结合工程实例,探讨低应变法检测基桩持力层的若干问题

[摘要]本文介绍了低应变法的基本原理及其应用范围，阐述了低应变法在检测基桩桩底持力层是可能会出现的几种情况，并结合典型的工程实例，探讨低应变法检测基桩桩底持力层应注意的问题和技术要点，为类似工程提供参考。

[关键词]低应变法 持力层

[中图分类号] P258 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-97-2

0引言

低应变法检测基桩在我国已有二十多年历史，作为一种基桩完整性检测的普查方法，广泛地应用于工程实践中，具有快捷、无损、经济、轻便等优点。但作为一种半直接检测方法，还是存在一些不确定的因素会对检测结果的分析判断带来困难，甚至导致误判。预制桩质量可靠，且持力层往往达不到中风化以上的岩层，采用低应变法检测普查预制桩的桩身质量被认为是非常有效可行的方法。灌注桩是直接在所设计的桩位开孔，然后在孔内加放钢筋笼，再浇灌混凝土而成。这种地下隐蔽工程，施工难度大，工序多，施工过程很难监测，特别是桩底，容易出现沉渣、破碎、或未达到设计持力层的情况。低应变法激振能量低，对这类型的桩检测比较难判断，易出现无法判断或者误判的情况，应引起重视。

1检测方法原理简述

低应变法是指采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。基桩低应变法以一维应力波理论为基础，基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。

假设桩为一维线弹性杆，其长度为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，弹性波速为C（C 2 =E/ρ），广义波阻抗为Z=AρC；推导可得桩的一维波动方程：

假设桩中某左右阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为Z1）进入介质Ⅱ（阻抗为Z2）时，将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。

令桩身质量完好系数β= Z2/Z1，则有

缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，缺陷位置根据反射波的时间tx由下式确定

低应变检测桩身完整性是比较成熟的方法，现场操作简单方便，规范条文齐全，只要严格按照规范标准进行检测、分析、判断，是一种比较有效的普查桩身质量的既经济又快捷的方法。

2低应变法检测基桩持力层分析

对灌注桩检测中，低应变法的信号质量不易保证，因此对桩底的判断更加是难上加难。一方面，灌注桩桩身截面比较多变，容易产生多种反射波形在桩底叠加，导致桩底信号复杂，不易判断，或者可能是由于桩身质量问题导致应力波无法传播到桩底的情况。另一方面，低应变应力波在桩身传播过程中逐渐衰减，所以能否测得桩底反射，取决于应力波的衰减程度，也就是常说的最大检测桩长，因此，有无桩底反射，还与桩本身长度及桩周土力学性质息息相关。另外，当桩底土的等效阻抗与桩身波阻抗接近时，大部分能量在桩底向土中辐射，即使是长径比较小的桩，有时候也很难测得桩底反射。这种原因也会导致无法对桩底持力层进行分析判断。除了以上两方面的影响因素，还存在其他方面如测试点的选择、激振能量的大小等各个方面的因素，检测前应充分了解检测桩的基本情况，综合考虑，选择合适的激振设备，多点重复采集应力波曲线，以保证获取最好最能反映桩身问题的波形。同时，低应变法是半直接法，存在一定的局限性，应结合其他方法如钻芯法等进行对比验证，以保证检测质量。

3检测实例

（1）桩底反射清晰易判实例：图1为某工程旋挖灌注桩，桩径1米，桩长14.52米，设计桩底持力层为全风化。从曲线可以看出，该桩桩底同向反射明显，符合全风化岩持力层的桩底反射特征，桩长符合，桩身完整，为I类桩。图2为某工程冲孔灌注桩，桩径1.2米，桩长17.09米，设计桩底持力层为中风化。我们从曲线图中也可以清晰的判断该桩为I类桩。

（2）桩底持力层破碎实例：图3为某工程DZ2号桩曲线图，该桩为冲孔灌注桩，桩底持力层要求为中风化或微风化。根据所测曲线分析，该桩桩长较短，桩底反射非常明显，且先有一个小的负向然后再一个强的正向反射。依据以往检测经验，初步怀疑该桩桩底持力层偏差，有可能是持力层较破碎，建议对该桩采用钻芯法进一步检测。经钻芯验证，该桩所钻2个孔均在持力层10.10～10.60米处发现比较破碎的中风化岩。

（3）桩底持力层满足要求，但桩底有沉渣实例：某工程桩检测曲线如下图4，该桩为人工挖孔灌注桩，桩长6.80米，桩底设计持力层为中风化岩。从图中可以看出，该桩桩底同向反射异常明显，存在比较大的问题。经现场与施工人员交流，该桩采用人工爆破方式进行成孔，确实已达到中风化岩层；在浇筑工程中也未发现大的异常。根据所掌握信息，初步怀疑该桩桩底存在沉渣，建议甲方对该桩进行钻芯法检测。后经钻芯法检测证实，该桩在6.40～6.90米存在50cm沉渣。

（4）桩底反射不明显的典型实例：图5与图6两条曲线的特点都是桩底反射不明显，难于对桩底进行判断。这时候，结合地质资料情况及该工程全部检测桩的曲线进行分析判断尤为重要。如图5，该桩设计持力层为中风化，从地质资料看，该工程地质情况良好，地层主要有粘土，全风化、强风化及中风化，各层分布较均为连续，是属于比较理想的地质条件。对比本工程其他桩的检测曲线，大部分曲线桩底反射都不明显，极少数可看到桩底负向反射。因此，我们认为该桩桩底持力层是满足设计要求的。后随机抽取3根桩进行钻芯法验证，各桩的持力层均为中风化岩。

图6所反映是另一种情况。该工程为人工挖孔桩，桩长均在10米内，设计桩底持力层为中风化花岗岩。该工程地质剖面图揭示该场地强风化岩分别深浅不一，差别可达4米。该工程检测的大部分桩桩底均负向反射较明显，唯独图6显示的GZ53号桩无桩底反射。综合分析，怀疑该桩持力层未达到中风化。经钻芯后发现：该桩桩底7.10～8.90米应为强风化岩，岩样抗压强度值仅为2100kpa。

因此，低应变检测无桩底反射时候应结合各方面的资料进行综合判断。

（5）同一根桩不同检测点所检测的曲线有时候会差别很大。图7、图8两条曲线为同一根桩不同检测点所测得的信号。该桩为人工挖孔桩，桩底持力层为中风化。从图中可以看出，两个点所测测的信息差别很大，与现场施工人员了解得知，该场地岩石埋深非常浅，挖到3米就挖不下去，只能采取人工爆破。施工过程未发现有异常。依据以往检测经验，会不会是由于桩底持力层的变截面引起的呢？毕竟采用爆破方式进行成孔，孔底部很容易出现不平整，甚至高差达到几十公分。为验证这一想法，建议对该进行钻芯，在对于位置各钻一个孔，以方便毕竟验证。最终发现，两孔桩长确实相差30cm，图7曲线对应的钻孔桩长符合，图8曲线对应的钻孔桩长为6.35米，长了30cm，但是桩底存在20cm的沉渣。

4结论

通过低应变法检测应力波分析，并结合地质资料及钻芯法验证等综合判断，可以有效的判别桩底持力层的性状，判断该桩是否达到设计的完整性要求。通过工程实例分析，我们可以得出以下结论：

（1）低应变法作为一种普查方法，正常情况下能较好的获得桩底信息，并且检测面广，容易发现问题，为进一步检测提供依据。

（2）对持力层有要求的基桩（设计持力层为中风化或微风化），桩底有沉渣及桩底岩层破碎均在曲线上反映为同向反射，反射程度一定程度上反映了沉渣厚度或者破碎程度。但是两者曲线还是稍微有点区别，桩底沉渣的桩底反射一般表现为直接正向起跳，且比较陡峭。而桩底岩层破碎的桩底反射一般先有点负向，然后再正向起跳，且一般比较平缓。

（3）检测曲线无桩底反射就否定低应变的检测方法，也是不合理的。应结合多方面的资料进行比较判别。

（4）检测时应考虑变截面的影响因素，特别是大直径桩，桩底截面并不能保持为平面，不同位置所检测的曲线会有很大的区别。因此，检测时应多选取几个位置进行，以保证获取准确客观的检测数据。

（5）低应变法作为一种半直接法，存在自己的局限性，特别是对桩底持力层的判别，尤为复杂。结合钻芯法等完整性检测方法进行综合判断比较容易得出准备的检测结果。

参考文献

[1]建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003），中国建筑工业出版社，2003.

[2]基桩检测技术与实例，中国建筑工业出版社，刘屠梅，赵竹占，吴慧明，2006.