瞬态激振时域法在水库工程混凝土灌注桩检测中的运用

【摘 要】由于混凝土灌注桩在施工过程中存在隐蔽性，给工程的质量控制和检测带来一定的困难，本文主要介绍采用瞬态激振时域法（反射波法）对水库混凝土灌注桩进行低应变测试，分析检测桩桩身完整性，为工程设计提供依据，也为类似工程提供借鉴作用。

【关键词】瞬态激振时域法；灌注桩；检测

1. 工程概况

1.1 清泉水库位于葫芦河流域渝河支流中游清水沟，地处隆德县沙塘镇清泉村，距县城约15Km，是一座集防洪、拦泥、为下游提供灌溉水源的综合性水库。2010年列入宁夏小型病险水库除险加固计划，2011年3月开工建设。水库为碾压式黄土均质坝，控制流域面积6.8Km2，最大坝高30.0m，顶长128 m，上游坡坡比1：2.75，下游坡坡比1：2.5，顶宽8.0 m。设计总库容156.8万m3，其中调洪库容125.8万m3，属小（一）型水库。 除险加固的主要内容有：(1)土坝坝前陪厚3m；(2)新建输水建筑物，由输水水塔、涵洞、陡坡及消力池组成。

1.2 地质报告表明：坝址区建筑物基础属黄土丘陵地貌，出露的岩性有库区淤积物壤土 （Q42al）；第四系全新统冲积层（Q41al）壤土；第四系全新统冲洪积（Q42al）角砾；第三系红柳沟组(N1h)。

（1）库区淤积物壤土 （Q42al）：为灰黑色，软塑——可塑状态，厚度为5m左右。承载力［R］=130KPa，开挖边坡比1：1.25。

（2）第四系全新统冲积层（Q41al）：粉质粘土，土黄色间灰褐色等，可塑状态，分布于淤积物下方，厚度为6m。承载力［R］=130KPa，开挖边坡比1：1.25。

（3）第四系全新统冲洪积（Q42al） 角砾：杂色，密实状态，呈亚圆状，磨圆度好，一般粒径10～30mm，最大粒径50mm，大于2mm以上的粒径占总重的50%以上，成份以砂岩为主，砂及壤土充填。渗透系数密实状态，允许承载力［R］=250KPa，开挖边坡比1:1.5。

（4）第三系红柳沟组(N1h)砂质泥岩：浅红，砖红色，厚层状，泥质结构，风化强烈，裂隙发育，表部岩体呈碎块状。主要物理力学性质指标天然抗压强度1.00MPa ， 含水量17.3%，天然密度2.118g/cm3，内摩擦角25。，凝聚力0.08MPa 自由膨胀率29.5，该层强风化厚度在1.0m 左右，承载力［R］=200KPa，开挖边坡比1:1.25；中等风化厚度2.0m左右，承载力［R］=300KPa，开挖边坡比1:1.0；以下微风化承载力［R］=350KPa，开挖边坡比1:0.75。

2. 灌注桩设计

输水塔基础采用灌注桩，共8根，直径0.8m，每根桩长在16.5～22.5m之间，放置在中等风化的砂质泥岩中，高程为1843.0m，伸入微风化泥岩层中0.5m。库区淤积物壤土的极限侧阻力标准值为15KPa，壤土的极限侧阻力标准值为55KPa，角砾的极限侧阻力标准值为140KPa，强风化砂质泥岩的极限侧阻力标准值为170KPa，中等风化砂质泥岩的极限端阻力为1800KPa。

图1 低应变曲线图3. 灌注桩检测

3.1 检测原理、方法。采用瞬态激振时域法（反射波法）对水库混凝土灌注桩进行低应变测试，分析检测桩桩身完整性，推定缺陷类型及其在桩身的位置。 基本原理和方法是在桩顶安置加速度传感器，在桩身顶部竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，根据波动理论和震动理论以及应力波在桩体传播与反射的固有规律，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩、严重离析、夹泥层等部位），桩截面变化（如缩径、扩径）部位将产生反射波，由测桩仪接收放大、虑波和数据处理后，还原成时域波形图并传送到电子计算机储存，用测桩专用程序分析波形、波幅、波频、波速的变化，识别来自桩身不同部位的反射信息，结合工程地质报告与桩基施工记录等原始资料，综合判断灌注桩的匀质性，桩身完整性。并根据计算的桩身波速，对桩长度加以核定。具体计算公式如下：

Vp=2L/ Tr 及 L′= Vpm×Tr′/2

式中：Vp——桩身混凝土的波速

L′——桩身缺陷深度

L——桩长

Tr——桩底反射波的到达时间

Tr′——桩底缺陷反射波的到达时间

Vpm——同一工程已测多根合格桩桩身纵波速度平均值

3.2 检测设备。混凝土灌注桩低应变测试工作采用武汉岩土力学研究所开发的RSM-24FD型桩基动态仪，用小锤激振来检测桩身完整性。

4. 灌注桩质量检测结果

2011年11月10日，隆德县水利工程基建队委托宁夏工程物探勘察研究院采用低应变测试法对混凝土灌注桩桩身完整性进行质量检测和评价。通过对低应变曲线分析，检测报告表明：桩身无断桩、离析、夹泥现象；桩身截面无缩径、扩径出现；桩身匀质性、完整性好，所检测桩均为合格桩，达到设计要求。附低应变曲线图（见图1）。

5. 结束语

隆德县清泉水库水库除险加固工程2011年4月开工建设，2012年2月竣工，目前运行正常。采用瞬态激振时域法（反射波法）对水库混凝土灌注桩进行低应变测试在宁南山区水库除险加固中是第一次，给工程的质量控制和检测提供了新的技术手段，保证了混凝土灌注桩的施工质量。

参考文献

［1］ 《建筑桩基技术规范》，（JGJ94-2008），中国建筑出版社，2008年.

［2］ 《岩土工程勘察规范》，（GB50021-2001），中国建筑出版社，2009年.

［3］ 《建筑桩基检测技术规范》，（JGJ106-2003），中国建筑出版社，2003年.

［4］ 《宁夏隆德县泉河水库工程地质勘察报告》，宁夏水利水电勘测设计院地质队，2010年.