低應變反射波法在PHC管樁試樁檢測中的應用

李俊

摘 要：目前，PHC管樁在工程中使用越來越廣泛。本文結合某地擬建某風電項目工程PHC管樁試樁檢測實例，介紹了低應變反射波法檢測管樁試樁完整性的檢測技術。根據檢測數(shù)據確定試樁完整性滿足設計要求。檢測可供類似工程參考。

關鍵詞：PHC管樁;低應變;檢測

中圖分類號：TU473.16 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）28-0092-03

Application of Low Strain Reflection Wave Method

in Testing PHC Pipe Pile

LI Jun

（Jiangsu Wuxi Transportation Higher Vocational Technical School，Wuxi Jiangsu 214000）

Abstract： PHC pipe pile is more and more widely used in engineering. This paper introduced the detection technology of the integrity of the pipe pile test by low-strain reflection wave method in combination with the test case of PHC pipe pile in a wind power project to be built somewhere. The integrity of test pile was determined to meet the design requirements according to the test data. The test can be used as reference for similar projects.

Keywords： PHC pipe pile;low strain;detection

1 研究背景

預應力高強度混凝土管樁（Pre-stressed High-strength Concrete Pile），簡稱PHC管樁，是一種新型的基樁，由日本應用推廣，并在國外廣泛使用。隨著我國基礎設施建設的大力發(fā)展，PHC管樁在我國建筑、橋梁建設等方面發(fā)揮的作用越來越大。PHC管樁是專業(yè)工廠采用先張法預應力和離心成型工藝，經過蒸壓養(yǎng)護而制成的一種空心圓筒體的等截面構件，運往施工現(xiàn)場后，通過錘擊或靜壓的方法沉入地下作為建（構）筑物的基礎[1]。

PHC管樁的特點是，單樁承載力高，制作工藝成熟，造價低;壓樁方便，施工速度快，節(jié)約施工周期。但是，存在抗剪承載力低，施工過程擠土效應顯著，且易出現(xiàn)樁身斷裂。此外，PHC管樁施工結束后，通過肉眼無法觀察到樁身的完整性，需要通過試樁檢測確定單樁完整性是否滿足設計要求，只有使用檢測合格的樁基，才能保證建筑物整體質量。

目前，在實際工程中常用的檢測管樁樁身完整性的方法有鉆孔取芯法、低應變反射波法、聲波透射法、靜載實驗和高應變法等[2]。其中，低應變反射波法具有檢測速度快的特點，在管樁的完整性檢測中被廣泛推廣應用。

2 項目概況

為了有效貫徹落實創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，建設清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，湖北省孝感市擬建風電項目工程。工程采用樁型為PHC-800C-110預制管樁，樁身砼強度等級C80，設計持力層為粉質黏土層。利用低應變反射波法檢測6根樁，樁長22.6～24m。

該項目工程所在地北部為丘陵，南部為平原，地勢低平。場地地形較平坦，高差變化不大。根據鉆探及室內土工試驗結果可知，在勘探深度范圍內，地層主要為第四系沖洪積粉土、黏土、細砂等。

場地在勘探深度范圍內土（巖）層自上而下的特征如表1所示。

3 低應變反射波法檢測原理

利用低應變反射波法檢測PHC管樁樁身結構完整性的基本原理如下：一般情況下，管樁的樁長遠遠大于管樁的直徑，因此，可以將管樁樁身視作各向分布均勻而且性能相同的一維桿。在管樁樁身頂部施加垂向激振信號，會產生沿樁身向下傳播的應力波，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如斷樁和嚴重離析等）或樁身截面積發(fā)生變化（如縮頸或擴頸），將產生反射波，經接收、放大、濾波和數(shù)據處理，可識別來自不同部位的反射信息。通過對反射信息進行分析計算，即可判斷樁身混凝土的完整性，判定樁身缺陷的程度及其位置。

如上所述，將管樁的樁身等價為一維線彈性桿，規(guī)定用[A]表示其橫截面積，[L]表示樁身長度，[E]表示其彈性模量，[ρ]表示其質量密度，用[C]（[C2=E/ρ]）表示其彈性波速，[Z=AρC]表示其廣義波阻抗，經推導可以得出樁身的波動方程：

[?2u?t2=c2?2u?x2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，u為沿樁身方向位移;桿軸為x軸。

在應力波傳播過程中，假設樁身某處有缺陷界面，該處阻抗會發(fā)生變化。當應力波從Ⅰ介質（阻抗為[Z1]）傳播至Ⅱ介質（阻抗為[Z2]）時，就會產生反射波，即速度反射波[Vr]、速度透射波[Vt]，其用公式表示為：

[Vr=Vi?1-β1+β]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

[Vt=Vi?21+β]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，[β]為樁身質量完好系數(shù)，計算公式為：

[β=Z2/Z1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

根據缺陷反射的幅值定性確定缺陷程度，而用如下方法確定缺陷位置[Lx]：

[Lx=ctx2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中，[tx]為反射波的時間。

4 樁身完整性分類及判定標準

結合管樁樁身缺陷出現(xiàn)的深度、測試信號衰減特性及管樁設計樁型、管樁成樁工藝、樁基施工情況、所處地基條件，根據表2及表3所展示的時域信號特征或幅頻信號特征，對管樁樁身完整性進行綜合判定。

5 試樁檢測

試樁樁位布置如圖1所示。

項目名稱：豐華應城東崗風電場風機PHC管樁試樁檢測項目。本項目共檢測了6根試樁，試樁實測低應變波形圖如圖2所示，6根試樁的檢測波形入射波和反射波信號明顯，無明顯缺陷（斷樁或其他缺陷）反射信號，樁身完整。

6 檢測結果

根據實測波形分析計算，本工程樁身結構完整性試驗結果如表4所示，各被測樁所測波形曲線如圖2所示，樁身尺寸及樁長由施工單位提供，縱波波速根據砼強度等級綜合設定。

根據《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ 106—2014）[1]中關于樁身完整性評判標準，6個波形曲線圖均為典型的使用低應變反射波法獲得的波形，6根管樁均為樁身完整的I類樁。

7 結語

應力高強度混凝土管樁（PHC管樁），因其具有造價低、施工速度快、單樁承載力高的特點，在國內工程中得到廣泛應用。為了控制PHC管樁的質量，確保樁身的完整性滿足設計要求以及對樁的質量進行合理評價，利用低應變反射波法對樁進行檢測是十分必要的。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑基樁檢測技術規(guī)范：JGJ 106—2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]張磊.超聲波透射法與低應變反射波法在基樁檢測中的對比研究[D].西安：長安大學，2012.