低應變法檢測工程基樁淺部缺陷的波形實例分析

摘 要：結合工程現場實例，簡要論述了低應變反射波檢測方法的原理和工程中常見的淺部缺陷樁，并詳細分析了實際檢測工作中典型淺部缺陷的低應變反射波形曲線。根據實測波形資料，總結了檢測工作中常見的各種淺部缺陷樁的波形特征和技術要點，為判別基樁缺陷性質提供借鑒。通過對基樁淺部異常波形曲線的詳細分析，避免實際檢測工作中的錯判或漏判。

關鍵詞：基樁檢測 低應變反射波法 實例分析 淺部缺陷

中圖分類號：TU473 文獻標識：A

Example Analysis of Testing the Waveform of Shallow Defects in Project Foundation Piles by the Low Strain Method

CHEN Hui1.2

1.Railway Engineering Research Institute， China Academy of Railway Sciences Group Co.， Ltd.， Beijing;2. State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing，100081 China

Abstract： Combined with the examples of the engineering site， the principle of the low strain reflection wave detection method and the common pile with shallow defects in the project are briefly discussed， and the low strain reflection waveform curve of typical shallow defects during actual detection is analyzed in detail. Based on the measured waveform data， the waveform characteristics and technical points of various common piles with shallow defects during detection are summarized， which provides reference for distinguishing the defect properties of foundation piles. The shallfa34eaed373f6f3fcf93ac88138b6bd3b872ebc75b0a106faf8b563cb1b19dc2ow abnormal waveform curve of foundation b9e2f942692ca3cae7e09d218d6fa0b76b3d9962dd32702642d1fcdd7931b2b4piles is analyzed in detain， so as to avoid erroneous judgement or missed judgement during actual detection.

Key Words： Foundation pile testing; Low strain reflection wave method; Shallow defect; Case analysis

作為基樁檢測的方法，低應變反射波法檢測保障了基樁施工的工程質量，并以其方便、快捷、檢測費用低等優勢，得到了工程質量檢測人員的廣泛認可。低應變反射波法適用于檢測混凝土樁身的完整性，確定樁身缺陷程度及位置。

隨著工程建設的發展，基樁使用非常普遍。在基樁施工過程中，樁身淺部常存在質量缺陷問題。基樁屬于地下隱蔽工程且在樁身淺部，其質量控制要引起重視。如果基樁樁身淺部存在缺陷，缺陷部位將會產生應力集中，影響承載力的發揮，對結構安全造成隱患，將直接影響工程質量安全。對淺部缺陷現場檢測時，在樁身淺部易形成檢測盲區，而且基樁樁身淺部缺陷極易和淺部擴徑混淆。淺部波形復雜，極難判斷，很容易漏判，或者錯判。基于此，本文結合工程實例及常見質量缺陷，詳細分析和論述在基樁淺部缺陷在低應變法檢測中的應用效果[1-2]。

1 關于檢測原理的分析

假設基樁樁長為，橫截面積為，樁身的材料密度為，彈性波速為，質點運動速度為，樁身截面的廣義波阻抗為。設在基樁樁身某缺陷處存在突變界面，參數由 變為。入射波為，對應的波速為；反射波為，對應的波速為；透射波為，對應的波速為。在突變界面處，質點運動速度、、滿足連續條件，應力波滿足平衡條件，根據波動方程理論有下列關系：

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中，腳標、、分別表示入射波、反射波和透射波，、分別為反射界面上下樁身的廣義波阻抗。

定義廣義波阻抗比，反射系數，透射系數，則由式（1）、式（2）、式（3）、式（4）得：

由式（5）、式（6）可知，如果要在樁頂接收到反射波，必須滿足。對于完整樁，樁身范圍內波阻抗無差異，，所接收到的反射波信號基本上是樁底反射波信號；對于缺陷樁，即樁身范圍內存在波阻抗差異，反射系數值在范圍內，因此根據反射系數的正負來判斷樁身缺陷的性質。

當時，反射波與入射波同相位，若、，即樁身材料性質不變，應力波由大截面向縮小的截面傳播；若、，即樁身截面無變化，應力波由高強度材料向低強度材料傳播。

當時，反射波與入射波反相位，若、，即樁身材料性質不變，應力波由小截面向增大的截面傳播；若、，即樁身截面無變化，應力波由低強度材料向高強度材料傳播。

當樁身無缺陷時，樁身內部無反射波，只有樁底反射波；當樁身有缺陷時，反射波和入射波在實測時域波形曲線上呈同相；當由于樁身擴徑等原因導致波阻抗增加時，反射波和入射波在實測時域波形曲線上呈反相[3]。

2 樁身淺部缺陷檢測實例波形分析

實例一：某工程基樁設計樁長38 m，設計樁徑1 m，設計強度C30，低應變法檢測波形見圖1，圖1（a）該波形表現為形態異常的低頻波形，波形上未知缺陷位置，但圖1（b）的波形曲線可知缺陷位置。因此在現場基樁檢測時，對于淺部缺陷，如果激勵脈沖寬度比較小，則可以檢測和識別淺部缺陷及其具體位置。

實例二：某工程基樁設計樁長21 m，設計樁徑1 m，設計強度C30，低應變法檢測波形見圖2，缺陷位置在距樁頂約3 m處。

實例三：某工程基樁設計樁長27 m，設計樁徑1 m，設計強度C30，低應變法檢測波形見圖3，缺陷位置在距樁頂約4 m處。

實例一、二、三，從波形上看，均為淺部缺陷樁，缺陷反射波信號強烈，缺陷特征明顯且位置清晰可見。施工現場對缺陷基樁進行開挖并得到驗證，采取接樁處理。這種樁的低應變反射波形曲線特征明顯，淺部存在較強的反射，這種信號特征很容易辨認識別[4]。如果使用低頻錘（或力棒）激振時，入射脈沖較寬且時域信號中的低頻波形是異常的，并且難以確認缺陷位置。然而，當使用高頻錘（或力桿）激振時，高頻信號在低頻信號的基礎上疊加，高頻信號的對應位置即是缺陷位置。這種具有嚴重淺部缺陷的樁易于檢測和處理。通常的處理方法是將上部鑿除后，接樁處理即可。

實例四：某工程基樁設計樁長30 m，設計樁徑1.25 m，設計強度C30，低應變法檢測波形見圖4，基樁缺陷位置在距樁頂約7.5 m處。從低應變檢測波形看，有缺陷多次反射波，反射次數達四次。圖中所示并非樁底反射波，而是缺陷的第四次反射波。因為如果此處是樁底，波速僅3 035 m/s，波速偏小。據現場挖驗結果，約11 m處才見混凝土界面。此樁可以判斷為完全斷樁。

這種缺陷類型的樁在缺陷位置表現出周期性的多次反射波，在波形曲線中反射波的幅值較高，清晰可見，而且反射間隔相等。

實例五：某工程基樁設計樁長35 m，設計樁徑1 m，設計強度C30，低應變法檢測波形見圖5，基樁缺陷位置在樁身淺部，在樁身淺部存在波形振蕩，無樁底反射波信號。根據現場施工灌注記錄，該樁存在混凝土超灌，現場地質資料顯示，該區域原地面下1～2 m范圍是淤泥質黏土，開挖在距離樁頂約1.5 m處出現嚴重擴徑。因此，由于嚴重擴徑，檢測波形出現異常振蕩波形，并非樁身存在不良缺陷，判斷為樁身淺部擴徑。

這種情況在低應變檢測中很常見，波形多次反射，樁底不明顯，很容易將其誤以為樁身淺部缺陷，需要根據實際開挖情況進行判別[5-6]。

3 結語

對于樁身淺部明顯缺陷的基樁，當用重錘激振時，測得的低應變反射波形曲線呈現寬峰或大低頻振蕩曲線特性，缺陷位置不易判別，如果采用極小的錘輕敲可以檢測識別出斷樁的具體位置。現場檢測時應根據樁的長度和直徑選擇合適的振源和激振方法，并根據缺陷位置的深度改變錘擊脈沖的寬度。長樁或深部缺陷應采用寬脈沖檢測，短樁或淺層缺陷應采用窄脈沖檢測。一般來說，淺部缺陷的反射波信號比深部缺陷的反射波信號更明顯，且淺部缺陷反射波存在多次反射波。

對于樁身淺部擴徑的基樁，信號極易和淺部缺陷混淆，淺部反射信號不易分辨，為排除因樁身擴徑造成的誤判，在實際檢測中根據低應變法檢測波形對基樁質量進行判識時，要根據施工記錄、地質資料、開挖情況和檢測經驗進行綜合判別。

參考文獻

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[3] 李業亮，汪燕寧.低應變法淺部缺陷測試波形分析與驗證總結[J].工程技術，2023，50（3）：84-87.

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