基于雙速度法檢測樁身完整性與樁長的研究分析

張信貴ZHANG Xin-gui；朱裕輝ZHU Yu-hui；顏添毅YAN Tian-yi

（廣西大學土木建筑工程學院，南寧 530004）

1 工程概況

本研究依托于廣西百色市某消防支隊訓練基地排樁支護工程。該工程樁基類型為旋挖轉孔灌注樁，基礎形式為支護樁形式，總樁數為131 根。設計混凝土強度等級為C30 和C35。現場巖土層自上而下分別是素填土（暗黃色，以黏性土為主，結構為松散狀態，欠固結，均勻性差），耕表土（灰黑色，濕，以黏性土為主，為松散狀態），黏土（暗黃色，切面較光滑，韌性較好，干強度高，無搖震反應）和泥巖（深灰色，為場地下伏基巖地層，地質年代為三迭系河口組第一段，巖石具強風化，泥質結構，巖石堅硬程度屬極軟巖，巖芯以短柱狀為主，巖體完整程度屬較破碎，巖體基本質量等級屬Ⅴ級）。

2 檢測原理與試驗

2.1 檢測原理

低應變反射波法假設樁自身是一維、連續、均質、線彈性的，不考慮樁周土與樁土耦合面的影響。通過對樁頂施加點荷載，產生沿樁身向下傳播的彈性波，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析、夾層等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位時，將產生向樁頂傳播的反射波。采用低應變儀將反射波自動記錄存儲得到反射波形，通過波形后處理進行計算和分析，識別來自樁身不同部位的反射信息，判斷樁身完整性和樁身缺陷位置。而對于樁長、樁身平均波速未知的樁，可以采用低應變雙速度法進行測試。低應變雙速度法仍是一種反射波法，所不同的是傳感器安裝位置在樁側，平行于樁身軸向在樁側同時安裝兩個傳感器，兩個傳感器A1 和A2 分別安裝在距離樁頂深度為Z1 和Z2 位置處（Z1＜Z2），用耦合劑如502 膠水耦合于樁側面。通過在傳感器A1 之上施加激振信號產生應力波，該應力波沿樁身傳播過程中，A1 和A2 分別接收到響應信號；當應力波在傳播過程中，遇到不連續界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面（即波阻抗發生變化）時，將產生反射波。通過A1 和A2 之間的距離差（Z2-Z1）以及應力波下行產生的首波時間差，可以計算出樁身的平均波速；再檢測分析反射波的傳播時間、幅值、相位和波形特征得出樁長等信息。

2.2 試驗

對131 根樁進行了低應變單速度法與雙速度法試驗。試驗現場如圖1 所示。

圖1 雙速度法現場試驗

樁身的完整性判定依據《既有建筑地基基礎檢測技術標準》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106－2014）進行判定，判定準則如表1 所示。

表1 樁身完整性的判定

3 試驗分析

3.1 樁身完整性分析

圖3 Ⅱ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

根據相關規范的判定準則，采用單速度法檢測樁的完整性的結果對每一類樁取一個檢測結果作為分析。3 種類別的樁身完整性檢測信號曲線如圖2-圖4 所示，I 類別樁以130#樁的信號曲線為例，II 類別樁以5#樁的信號曲線為例，Ⅲ類別樁以3#樁的信號曲線為例（表2）。對131 根樁的單速度法試驗結果如表3 所示。試驗結果表明，本工程由I 類樁35 根，II 類樁88 根，III 類樁8 根，無IV 類樁。131 根樁的傳播速度在3703m/s～3898m/s 之間。I 類樁以130#樁為例，首次出現反射波的時間為3.70ms，之后并沒有明顯的反射波，2L/c 時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波，所以可以判定為I 類樁。II 類樁以5#樁為例，2L/c 時刻前出現輕微缺陷反射波，有樁底反射波，首次出現反射波的時間為6.34ms，同時，首次反射波之后還存在樁底反射波，所以可以判定為II 類樁。均滿足設計要求。

圖2 Ⅰ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

圖4 Ⅲ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

表2 3 個分析例子的樁信息

表3 樁身完整性評定

對于雙速度法檢測，同樣取130#，5#和3#樁的信號曲線進行分析。信號曲線如圖5-圖7 所示。

圖5 Ⅰ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（130# 樁）

圖7 Ⅲ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（3# 樁）

結合兩個速度的試驗曲線結果可以得出，對于I 類樁，都出現了樁底反射波，同時，樁底反射波之前都沒有其他反射波的出現，根據2L/c 時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波，可以判定為I 類樁。對于II 類樁而言，兩條曲線都出現了樁底反射波，同時在樁底反射波之前，兩個傳感器都出現了反射波，這表明，樁身出現輕微缺陷，所以，2L/c時刻前出現輕微缺陷反射波，有樁底反射波，判定為II類樁。

綜上所述，單速度法與雙速度法都可以作為樁身完整性的檢測試驗，二者區別不大，但雙速度法可以作為一種輔助手段，驗證單速度法的試驗結果，表明雙速度法可以更好地判斷樁身的缺陷問題。

3.2 樁身長度分析

根據《既有建筑地基基礎檢測技術標準》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106－2014），通過軟件RSM 低應變雙速度法分析軟件對雙速度法的檢測信號曲線圖進行計算分析樁長，抽取3 個樁（3#，67#，115#）作為分析例子，同時對雙速度法檢測的樁身長度進行誤差分析。對比結果如表4 所示。

表4 樁身長度試驗結果

試驗結果表明，作為計算實例的樁基通過計算得出的樁身長度與樁身實際長度相差不大，誤差在10%以內。對于131 根樁基的雙速度法計算的樁身長度誤差范圍是0.29%～9.96%，131 根樁的樁身長度誤差在10%以下，在合理誤差范圍之內。試驗誤差來源于低應變的基本假設。同時，對于旋挖灌注樁，樁的質量不能很好地保證，容易出現斷裂、裂縫、縮徑、擴徑、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩或松散。

圖6 ⅠⅠ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（5# 樁）

圖8 3# 樁雙速度法信號曲線圖

圖9 67# 樁雙速度法信號曲線圖

圖10 115# 樁雙速度法信號曲線圖

4 結語

結合實際工程，利用雙速度法對樁身完整性與裝設長度進行了探究分析，得出以下結論：①單速度法與雙速度法都可以對樁身完整性進行檢測分析。相比于單速度法，雙速度法的檢測方法更能準確地判斷樁身缺陷的位置。②相比于單速度法，雙速度法可以對樁身長度進行計算分析，且誤差在合理范圍內。