低应变法分析某工程载体桩上浮实例

邓 波，于秉坤，朱 坪，梁青斌，杨 勇

(中节能建设工程设计院有限公司，四川成都 610052)

在工程测试中，低应变法的目的是检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2003 中，仅对嵌岩桩当桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同相时，应采取其他方法核验桩端嵌岩情况作出了规定，对基桩上浮引起低应变测试桩底反射信号的放大畸变没有做出相应的阐述说明。文章结合工程实例及低应变测试原理，证实该方法对于判定工程桩上浮是可行的，具有一定的指导意义。

1 测试原理

1.1 低应变测试原理

利用手锤(或力棒)在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器或加速度传感器接收由初始信号和由桩底产生的反射信号组合的时程曲线，利用信号采集分析仪所记录的带有桩身质量信息的波形特征进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录对桩身完整性进行分析。现场测试工作如图1 所示。

图1 现场测试示意

1.2 基本理论依据与典型波形

1.2.1 广义波阻抗及波阻抗界面

设桩身某段为一分析单元，其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分析用ρ、C、A 表示，则令

当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的ρ、C、A 发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。其比值称为广义波阻抗比可表示为:

1.2.2 应力波在阻抗界面处的反射与透射

设一维平面应力波沿桩身传播，直达与传播方向垂直的波阻抗界面如图2 所示。

图2 应力波的反射与透射

根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有:

式中:U、ρ 分别表示应力波的速度和应力，下标I、R、T分别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守恒条件，由式(4)得:

联立式(3)、(4)，求解可得:

式(6)和(7)就是低应变测试中利用的反射波与入射波的速度量的相位关系来作分析的重要关系式。

1.2.3 低应变测试载体桩应力波的反射、与入射的关系

1.2.3.1 桩身嵌入载体情况

此时，因为ρ1C1A1与ρ2C2A2相差不大，所以n=Z2/Z1接近于1，代入式(7)得F≈0(T 恒＞0)。

由上式(7)可知，在桩嵌入载体完好的情况下，在低应变测试曲线中，桩底反射并不明显，桩底后的载体反射明显。

1.2.3.2 桩身上浮，未嵌入载体情况

此时，桩身相当于在桩端与载体接触地方完全脱开。Z2相当于空气的波阻抗，有Z2→0，可得:

由式(7)得:F=－1，T=0

代入式(6)，可得UR=UI，UT=0

即应力波在脱开处发生反射，由于透射波为零，故应力波仅在桩身段多次反射而到不了载体，且反射幅值过大，类似于基桩桩端自由的情况。

典型实测V(t)曲线如图3 所示。

图3 典型实测V(t)曲线

图3 多次反射，桩端反射信号类似于桩端自由情况，不见载体反射信号

2 工程地质条件

3 检测情况分析

现场施工前先做了4 根试桩，这4 根试桩均设置了不同程度的上浮量，在进行单桩竖向抗压静载试验前先进行了低应变测试，后进行了单桩竖向抗压静载试验，其中上浮量最大的234#桩在加载至902.4 kN 过程中，桩顶位移过大，该级沉降量超过上一级沉降量的15 倍以上，以后的加载过程中沉降趋于稳定，未发现陡降现象，总沉降量满足规范要求，小于60 mm。其检测结果见图4、图5。

234#桩低应变7 次桩底反射信号幅值与敲击信号幅值及其比值结果见表1。

图4 234#桩单桩竖向抗压静载试验Q～S 曲线

图5 234#桩静载试验前的低应变测试曲线

表1 234#桩低应变7 次测试结果

234#桩测试的7个曲线桩底反射信号幅值/敲击信号幅值比值在0.19～0.29 之间，平均值0.235。

在后期的工程桩施工过程中，根据234#桩在静载试验中出现的异常情况结合低应变测试的7个曲线测试结果对工程桩进行施工监控，以平均值0.235 作为判别标准，超过0.235 的桩判别为异常，视为载体桩上浮并会影响单桩承载力的发挥。

在测试的328 根工程桩中，选取每根桩桩底反射最大且桩底反射特征类似图3 的曲线分析，发现有38 根桩出现异常，其桩底反射信号幅值/敲击信号幅值比值在0.241～0.467 之间。

根据低应变测试的结果，施工单位进行了复打，在复打的过程中运用低应变测试方法对复打桩进行了实时监控，根据复打结果，各上浮桩的复打沉降量在3～56 mm 之间，平均值21.1 mm。

4 结论

(1)通过该工程实践，应用低应变测试曲线桩底反射信号特征结合该载体桩施工特点分析基桩的上浮是可行的，并且在复打的过程中可以对复打进行实时监控，提出合理化建议;

(2)本次低应变测试理论的建立是测试场地地质土层无重大变化，测试信号不受土层阻抗的影响，并且测试的桩桩身完整，桩底信号幅值不受桩身缺陷的影响，测试时测试仪器的参数设置不变。只有在以上条件都符合的情况下，低应变测试分析基桩上浮的结果才具有针对性和可靠性。

［1］JGJ 106－2003 建筑基桩检测技术规范［S］

［2］中国科学院武汉岩土力学研究所智能仪器仪器研究室.RSM工程动测仪使用手册［S］.2003