低应变法检桩中的地质效应及处理

赵林杰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

低应变法检桩中的地质效应及处理

赵林杰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

为了确保桩身曲线判别的准确性和可靠性，结合多个工程实例，通过各种地质条件下的桩底反射识别、桩身曲线比对，并结合声波透射法、钻芯法和开挖验证、调查资料等方式，对低应变法检桩中的地质效应及处理作了分析研究。研究表明:声波透射法比低应变法更适宜检测完全嵌岩桩、柱桩;桩底反射波相位与基桩设计承载性状无必然关系;需考虑桩周地层波阻抗变化对低应变曲线的影响。

低应变 地质效应 地层波阻抗变化 假缺陷

低应变法采用瞬态激振方式，通过实测桩顶加速度或速度信号的时域、频域特征，基于一维弹性波动理论分析来检测基桩桩身完整性，以判定桩身的缺陷位置及其影响程度[1-5]。因其具有操作方便、检测速度快、费用低和检测覆盖面广的优点，低应变法已成为目前国内外使用最广泛的一种桩身无损检测方法[2-3，6]。

在判别低应变检测曲线的过程中，因过多地着眼于桩体本身的完整性，往往忽略其他影响因素。而实际上影响低应变检桩的因素众多，如桩长、长径比、桩身材料性质、施工工艺、地质条件、温度效用、检测技术等。其中，地质效应对桩身低应变检桩影响极为普遍，很多时候更是判别低应变检测曲线的关键依据。为确保低应变法检桩中桩身曲线判别的准确性和可靠性，本文拟结合几个混凝土灌注桩工程实例，对低应变法检桩中的地质效应及处理方法做出一定的分析研究。

本文涉及的低应变检测曲线均由欧美大地PITVV桩身完整性检测仪采集;涉及的声测曲线由武汉岩海RS-ST01D(P)声波透射法检测仪采集。

1 不同地质条件下的桩底反射对比

图1为两不同地质条件下基桩的低应变检测曲线。35-3#基桩桩身完全嵌岩，地质条件单一，基岩均为硬质石灰岩，混凝土强度等级为C30;45-9#基桩为摩擦桩，桩周地质条件单一，均为饱和中细砂，混凝土强度等级为C50。

在桩底反射信号均放大5倍的条件下，35-3#基桩设计桩长仅为7.0 m，但因嵌岩完好，无明显桩底反射;45-9#基桩设计桩长为44.0 m，虽已超过《铁路工程基桩检测技术规程(TB 10218—2008)》给出的40.0 m低应变检测桩长上限[2]，但桩底反射明显。并且这两根检测曲线在相同的地质条件下具有代表性。

通过上述对比可见:

1)完全嵌岩桩或柱桩不宜采用低应变法检测，建议采用声波透射法检测。

2)《铁路工程基桩检测技术规程》给出的40.0 m低应变检测桩长上限，只在特定地质条件下成立;不同地质条件下的低应变检测桩长上限是不同的。

2 相同地质条件下无桩底反射及处理

某桥跨区域地质条件较单一，为塑形黏土或半塑形黏土。基桩为摩擦桩，设计桩长均为40.0 m，桩径为1.0 m，混凝土强度等级均为C40。设计要求采用低应变法检测桩身完整性。

在该区域初期桩检工作中发现所有的桩身低应变检测曲线均无桩底反射或无明显桩底反射(如图2(a)所示)，无法准确地判别桩身完整性。

为确保桩身完整性类别判定的可靠性，经各相关方讨论，建设方和设计方同意:该区域部分基桩设置声测管，在低应变法检测的同时，进行声波透射法辅助检测，综合判定桩身的完整性类别。

以采用声波透射法辅助检测的1035-8#基桩为例，虽然其低应变检测曲线(图2(a))无明显桩底反射，但其辅助声测曲线(图2(b))显示，三个检测剖面0～40.0 m范围内声学参数均无异常，则综合判定1035-8#基桩的桩身完整性为Ⅰ类。

图1 不同地质条件下的低应变检测桩底反射对比

图2 某黏土地质条件下的基桩低应变检测曲线与辅助声测曲线

以此类推，该区域相同或相似地质条件下的桩身低应变检测曲线若与曲线图2(a)类似，且相关原始记录(经相关方签字、盖章确认)显示清孔、灌注混凝土合规，则可判定其桩身完整性为Ⅰ类。

3 特殊地质条件下的桩底反射识别及处理

某公路桥位于沙漠边缘，其3-2#基桩位置地质条件为:0(设计桩顶)～10.4 m桩深为湿陷性新黄土，10.4～14.6 m桩深为新黄土，14.6～16.9 m桩深为红砂岩(干抗压设计强度为25.0 MPa)，16.9 m桩深以下为红砂岩(干抗压设计强度为40.0 MPa)。基桩设计为端承桩，设计桩长为25.0 m，桩径为1.2 m，混凝土强度等级为C30。

若按照通常的端承桩桩底识别方法，假设桩底达到设计强度等级，桩顶激振产生的下行压缩波在桩底波阻抗变大处产生上行反射彼，相位与入射波相反，如图3(a)所示，反射波波速为4 145 m/s。

但该波速远超普通C30混凝土反射波波速经验值 3 700 ～ 3 900 m/s[2，4]。

另外，16.9 m以下地质条件单一，若嵌岩完好，桩身下部一般不会出现图3所示的强烈反射波信号。

检测方进一步调查了解到:桩底硬质红砂岩遇水变软，长时间泡水便溶解成散沙;施工方采用冲击钻成孔、水下灌注混凝土的施工工艺。

该桩的钻芯报告[7]显示:混凝土芯样完整、连续、胶结性好，实测桩长与设计桩长相符，桩身完整性为I类;该桩的芯样抗压试验报告显示:桩底三段芯样的破坏性抗压强度均≥33.2 MPa。

图3 某水溶性红砂岩地质条件下的低应变检测桩底识别

基于上述调查分析，把桩底定在反射波与入射波的相位相同处，如图3(b)所示，反射波波速为3 824 m/s。

由此可见，低应变检测桩底识别是一项需要综合考虑地质条件、桩身材料性质、施工工艺等诸多影响因素的工作。桩底反射波相位只与该处波阻抗变化有关，与基桩设计承载性状无必然关系;尤其是在特殊地质条件下，机械地照搬经验，是不能保证桩底识别可靠性的。

4 复杂地质条件下的桩身曲线判别及处理

图4为某复杂地质条件下的52-10#基桩低应变检测曲线。该地质条件为:0(设计桩顶)～1.2 m桩深为新黄土，1.2～3.3 m桩深为老黄土，3.3～8.2 m桩深为粉土，8.2～9.4 m桩深为煤层，9.4～9.8 m桩深为泥岩，9.8 m桩深以下为砂岩(干抗压设计强度为50.0 MPa)。基桩设计为端承桩，设计桩长为14.5 m，桩径为1.0 m，混凝土强度等级为C30。

在桩底反射信号放大2倍的条件下，虽因地层多变，52-10#桩身曲线复杂难判，但与附近同地质条件下等桩长基桩的低应变检测曲线比对，可以确认波速为3 790 m/s处的明显反射波便为桩底反射信号，相位与入射波相反。

只要能确认桩底反射信号，便可判定桩身无严重缺陷[2]。比对处于同一桩基础的52-1#～52-10#基桩低应变检测曲线，结合52-10#基桩施工工艺及其所处区域的地质条件，则综合判定:52-10#基桩的桩身完整性为Ⅱ类。复杂地质条件下的基桩低应变检测曲线若无明显桩底反射，且附近无同地质条件等桩长基桩的低应变检测曲线供比对，则必须采用钻芯法、高应变法、直接开挖法[2]等其他辅助方法，综合判定桩身的完整性。

图4 某复杂地质条件下的基桩低应变检测曲线

5 特别地况条件下的桩身曲线判别及处理

图5的1031-1#基桩与图2的1035-8#基桩处于同一区域。

同处一桩基础的8根基桩，编号为1031-1#～1031-8#，桩身低应变检测曲线均相同或相似，如图5所示;而该区域的其他基桩因地质条件、桩身几何与材料参数、施工工艺完全相同，桩身低应变检测曲线也均相同或相似，如图2所示。

图5 某黏土地质条件下的墓区基桩低应变检测曲线

1031-1#基桩低应变检测曲线显示桩身浅部有缺陷反射波信号，且基本等间距排列;但经开挖等方式验证桩身浅部完好无缺陷。可见1031-1#桩身曲线存在“假缺陷”[10]。

检测方调查了解到:区别于该区域其他桩基础地段，1031-1#桩基础地段在解放前为一墓地。开挖过程中且发现，0(设计桩顶)～2.0 m桩深土层坚硬密实，2.0～3.5 m土层松软，3.5 m桩深以下土层较密实。

另外，低应变法检桩时，根据能量扩散机理，需考虑桩周地层波阻抗变化对桩身曲线的影响[2-3，8-9]。桩周地层波阻抗变大，便会影响桩身曲线产生一个与入射波相位相反的反射波信号;桩周地层波阻抗变小，便会影响桩身曲线产生一个与入射波相位相同的反射波信号。

基于上述原因，检测方综合分析认为:引起上述“假缺陷”的原因为浅部桩周地层波阻抗变小对桩身曲线产生了明显的影响。

同样，图4的52-10#桩身曲线在10.0 m桩深附近与入射波相位相反的反射信号可认为是桩周地层波阻抗变大对桩身曲线产生的影响;另外，较厚的基础垫层也可引起基桩低应变检测曲线浅部“假缺陷”。

6 结语

本文结合工程实例，从不同地质条件下的桩底反射对比，相同地质条件下无桩底反射及处理，特殊地质条件下的桩底反射识别及处理，复杂地质条件下的桩身曲线判别及处理，特别地况条件下的桩身曲线判别及处理五个方面对低应变法检桩中的地质效应及处理作出了分析研究。

笔者作出以下七点总结:

1)调查历史地况、地貌，研究地质资料，是低应变法检桩工作的一个重要环节;

2)地质条件对能否正确判别基桩低应变检测曲线常起到决定性作用;

3)完全嵌岩桩或柱桩不宜采用低应变法检测，建议采用声波透射法检测;

4)不同地质条件下的低应变检测桩长的桩上限是不同的;

5)桩底反射波的相位，与基桩设计承载性状无必然关系;

6)只要能确认桩底反射信号，便可判定桩身无严重缺陷;

7)低应变法检桩时，需考虑桩周地层波阻抗变化对桩身曲线的影响。

[1]中华人民共和国建设部.JGJ 106—2003 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2003.

[2]中华人民共和国铁道部.TB 10218—2008 铁路工程基桩检测技术规程[S].北京:中国铁道出版社，2008.

[3]薛桂霞，王鹏.基桩桩身完整性检测中的影响因素浅析[J].北京:地球物理学进展，2008，23(5):1646-1650.

[4]浙江省交通厅工程质量监督站.JTG/T F81-01—2004 公路工程基桩动测技术规程[S].北京:人民交通出版社，2004.

[5]陈凡.基桩质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[6]董承全，张佰战，胡在良，等.桩身完整性不同检测方法的对比试验[J].铁道建筑，2009(12):75-77.

[7]吴文军，陈美珍，刘贵军.基桩低应变反射波法和钻芯法桩身完整性检测对比分析[J].建筑监督检测与造价，2010，3(7):34-36.

[8]朱波，李薇.低应变反射波法测桩中的几何弥散效应[J].西南公路，2003(2):74-75.

[9]祝永庆.桩周土阻尼对基桩完整性试验的影响[J].科技信息，2009(17):263，360.

[10]丁振杰.低应变反射波法在基桩完整性检测中“假缺陷”的探讨[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/3cfb9136f111f 18583d05a46.html，2011-02-04.

TU473.1+6

A

1003-1995(2012)06-0046-04

2011-12-16;

2012-02-15

赵林杰(1982— )，男，江苏徐州人，工程师，硕士。

(责任审编 孟庆伶)