低應變法檢測沖孔灌注樁完整性的應用探討

朱 華

(核工業二九0研究所，廣東 韶關 512029)

低應變法檢測樁身完整性是應用廣泛經濟有效的一種方法。樁基受巖土地質條件、樁型施工工藝、施工控制、專業技術水平等相關因素影響具有復雜性，樁基礎屬于地下隱蔽工程，還具有高度隱蔽性，易產生斷樁、局部夾泥、沉渣等質量問題。

本文在大量工程實踐的基礎上，對檢測過程中的影響因素進行總結和分析，提出一些技術建議。選取粵北巖溶地區應用廣泛的沖孔樁為對象進行應用探討。

1 方法原理

低應變法是在樁頂部施加豎向激振產生彈性波，彈性波沿著樁身縱向傳播，當樁身存在波阻抗差異界面(如斷樁和離析等)或樁身截面積變化部位，將產生反射波，經接收放大，通過實測曲線的幅值、相位、到達時間等分析計算，判定樁身缺陷程度及其位置，對基樁的完整性給予評價。

2 常見質量缺陷

沖孔樁，以其獨有的優勢在大型建筑物、橋梁等被廣泛采用。常見質量缺陷如下：1)水下澆筑時，施工不當如導管下口離開混凝土面或澆筑不連續時，樁身會出現斷樁；攪拌不均、水灰比過大或導管漏水均會產生離析。2)當泥漿相對密度配置不當，地層松散或呈流塑狀，或遇承壓水層時，導致孔壁不能直立而出現塌孔時，則會不同程度的出現擴徑、縮徑或斷樁。3)樁底虛土過多，易產生沉渣過厚，會導致基樁承載力下降，當地層穩定性差出現塌孔，樁身也會出現夾泥或斷樁。

3 影響檢測因素和解決辦法

3.1 樁頭質量

樁頭質量直接影響到采集信號的質量，樁頭松散軟弱，彈性波能量衰減，削弱樁身及樁底反射信號，不能有效識別波形。應鑿去樁頂浮漿、破損、裂紋等軟弱部分，露出堅硬平整干凈的混凝土，且不能含水及有雜物。

3.2 傳感器安裝

傳感器安裝與樁的耦合質量至關重要，應力避弱彈性介質或樁表松軟層，安裝在距離樁中心約2/3R處，且應遠離鋼筋。為避免可能出現與樁的橫向振動相應的高頻干擾，應多設敲擊點，敲擊點與傳感器距離不宜小于樁徑的1/4。

3.3 樁頂激振

激振脈沖應根據樁長、缺陷所在位置深淺進行調整；宜采用寬脈沖獲取長樁的樁底或深部缺陷反射信息，采用窄脈沖獲取短樁或樁淺部缺陷的反射信息。選取力棒激振，激振點選擇應力避弱彈性介質或樁表松軟層，切忌敲凹凸位置。

3.4 信號采集

現場信號采集應根據基樁工程情況設置參數，根據樁徑大小，收集2個～3個有效信號，以便通過疊加提高信噪比。如發現波形出現異常或不能反映樁身完整性，應變換傳感器位置進行測試，多次實測信號一致性較差時，應及時分析是人為因素或設備等原因，增加檢測點數量。

4 工程實例

4.1 低應變和鉆芯法檢測

本次以87號樁對象，先低應變法檢測，后鉆芯法驗證。該樁長為32.8 m，樁徑2 000 mm，17.0 m左右有明顯同向反射，出現二次反射；樁端有同向反射，波幅較寬、幅值較小、較緩；波形異常。結合鉆芯檢測，取芯表明16.08 m～18.2 m連續溝槽、蜂窩，樁底8 cm沉渣；抗壓強度滿足設計要求。根據低應變法及鉆芯法完整性判定標準，該樁為Ⅲ類樁。

低應變法結果及芯樣見圖1，圖2。

對比兩種方法檢測結果，以高一級的方法鉆芯法為準。樁身夾泥、蜂窩和樁底沉渣，相當于材質ρ變小，波速c變小，則波阻抗Z變小，產生同相反射；缺陷程度越嚴重，同向反射相對越明顯，幅值相對更清晰，波幅寬窄及幅值大小，則在很大程度上反映缺陷的相應范圍及缺陷程度。通過鉆芯法驗證檢測，能有效對沖孔樁的完整性進行評定，對于巖溶特別發育、巖性多樣的粵北地區，條件許可還應適當擴大抽檢比例。

4.2 典型波形特征

大量的工程實踐表明，界面性狀或缺陷狀態與波形態關系存在一定相關性，探討這種關系能指導波形分析，較好判定樁身完整性。

1)沉渣：樁底反射與入射波同相位，幅值大小與沉渣厚度和物理力學性質呈正相關。

2)縮徑：波形較規則，第一反射波與入射波同相位。反射子波振幅大小與縮徑尺寸正相關。縮徑不嚴重時，一般可見樁底反射。

3)離析：波形較規則，缺陷嚴重時，一般見不到樁底反射。第一反射波與入射波同相位，幅值視離析程度呈正相關，頻率明顯降低中淺部嚴重離析，可見多次反射。

4)斷樁：淺部斷裂周期性鋸齒狀子波疊加或大低頻大振幅衰減振蕩，無樁底反射；中部斷裂為多次等距反射，振幅逐次下降。深部斷裂似樁底反射曲線，但所計算波速遠大于正常波速。

5)擴徑：第一反射波與入射波反相位，反射波與入射波反向，反射波振幅與擴徑尺寸正相關。一般而言，擴徑能增強基樁承載力，對上部結構具有促進作用。

6)完整樁：摩擦樁，樁底反射與入射波同相位；端承樁，樁底反射與入射波反相位。

樁身完整性的影響因素眾多，缺陷形成和形式也有多種多樣，甚至同一種缺陷類型因程度不同使得實測波形反映也有差異，所以不能單純依靠波形，應結合其他方法綜合判定。

5 結語

1)現場檢測應力避樁頭軟弱介質，根據基樁情況選取合適錘型，采集有效的高質量的波形信號。

2)樁身完整性類別除應結合缺陷出現的深度、測試信號的衰減特性及樁型、成樁工藝、地質條件等情況，還應結合上部建(構)筑物的重要性等因素進行綜合判定。

3)低應變法的優勢和局限性，更大意義在于普查作用，為其他方法確定樁位提供依據，從而既節約檢測成本，又可靠的反映樁身質量。