沿海地区嵌岩桩桩底低应变曲线的探讨

徐鸿飞

摘 要：沿海地区机械成孔灌注桩是建筑工程地基基础中常见的一种桩基础形式，桩底是否嵌岩或者嵌入深度是否达到设计要求，桩底混凝土离析或者桩底沉渣过厚等情况会严重影响桩基承载力。以大连沿海地区机械成孔灌注桩实际检测过程中出现的情况为例，探讨一些桩底完整及有缺陷的嵌岩桩反射波曲线特征。

关键词：沿海地区；机械成孔灌注桩；反射波曲线

1 基桩反射波法检測桩身完整性的基本原理

通过在桩顶施加激振信号产生应力波脉冲，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。现场测试示意图见图1。

反射波法理论基础是一维杆波动理论：假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为Z1）进入介质Ⅱ（阻抗为Z2）时，将产生速度反射波和速度透射波。令桩身质量完整性系数β= Z2/Z1，反射系数为α，

a）若β=1，△Z=0时，α=0说明界面无阻抗差异，即没有反射波。

b）若β<1，△Z>0时，α>0说明界面阻抗变小，出现与入射波同向的反射波。

c）若β>1，△Z<0时，α<0说明界面阻抗变大，出现与入射波反向的反射波。

2 嵌岩桩桩底反射波特征分析

根据反射波法的测试原理和波形形态，判断桩的缺陷类型并不十分困难，但利用低应变法对大直径嵌岩桩的检测有其特殊性，需要进行综合分析：

（1）低应变反射波法检测桩基完整性是建立在桩基满足一维弹性杆的假设理论条件基础上的，但对沿海嵌岩桩桩基嵌入地表基岩较深的情况，如果桩基嵌岩段与基岩结合较好或者基本练成一体，由于桩周岩石的波阻抗与桩身的波阻抗差异不大，桩的嵌岩段部分已经很难满足将桩近似作为一维弹性杆件的要求，对桩基嵌岩段的检测结果判断有很大影响。且由于岩石的波阻抗与桩身差异不大，在许多情况下，波形曲线上基本看不到明显的桩底反射，用没有桩底反射或桩底反射不明显的波形曲线分析桩身完整性是很困难的。

（2）嵌岩段桩周岩石的侧阻尼较大，将削弱或完全抵消该段桩本身缺陷产生的反射信号，甚至可能在波形曲线上看不到缺陷反映。

（3）基岩以上的桩身部分一般情况要使用泥浆护壁、混凝土护壁或者钢桶护壁，由于土层性质的差异，桩身护壁厚度沿轴向变化通常较大，间接造成桩身截面的复杂，波形曲线也随之变得复杂，难以判断缺陷产生的反射。

（4）沿海地区嵌岩桩的桩长有时很长，这样就造成力棒击振能量不足，反射波无法顺利通过仪器接收。

（5）沿海地区嵌岩桩的桩径一般很大，而有时桩长较短，桩的长径比满足不了检测理论，将桩看作一维弹性杆件的要求。

（6）低应变反射波法检测桩基完整性时，如果在缺陷上方或缺陷附近出现扩径现象时，由于两者接收信号产生方向相反的相位，使得从波形上不能正确地判断桩基的完整性。

3 检测实例

3.1完整嵌岩桩的桩底反射波特征及工程实例

桩底反射信号和激振信号相位关系取决于被测桩所进入的持力层的情况。通常情况嵌岩桩桩底土层强度高于桩身强度，特别是当被测桩桩端位于坚硬的岩层上，并且桩底沉渣清理干净，桩底反射信号与激振信号相位相反，会出现明显的扩径信号，当桩身混凝土强度与基岩强度相近时，检测波形上就没有明显桩底反射。

工程实例1：大连沿海某工程项目7-40#桩，基础设计机械成孔灌注桩，设计要求桩入岩深度不少于500mm，桩端持力层为中风化石灰岩，桩身混凝土强度C30，检测波形图见图2，钻芯验证芯样见图3。

工程实例2：大连沿海某工程项目298#桩，基础设计机械成孔灌注桩，设计要求桩入岩深度不少于500mm，桩端持力层为中风化板岩，桩身混凝土强度为C35，检测波形图见图4，钻芯验证芯样见图5，经过实验室压力机验证桩身混凝土与桩端持力层基岩强度相当。

3.2桩底缺陷嵌岩桩桩底反射波特征及工程实例

桩底未嵌入基岩分两种情况一种是基桩在灌注前塌孔，这在工程中是比较常见的，因塌孔导致桩底混凝土与基岩没有胶结，中间出现沉渣缺陷层；另一种是机械成孔灌注桩，钻孔终孔时没进入基岩，在钻孔过程中根据设计桩长而终孔，桩底持力层没有达到设计要求，没进入基岩。这类桩进行低应变反射波法检测时，反射波沿桩身传播过程中将会穿过两个波阻抗界面，实测波形上，反射波与入射波同相，桩底反射波曲线将会出现类似一个周期的正弦曲线。

工程实例3：大连沿海某工程项目D-34#桩，基础设计机械成孔灌注桩，设计要求桩入岩深度不少于500mm，桩端持力层为中风化石灰岩，桩身混凝土为C35，检测波形图见图6，钻芯验证芯样见图7，桩底有50mm左右厚沉渣。

4 结论

（1）对沿海地区机械成孔灌注桩进行低应变检测，由于桩底地质情况往往很复杂，波形信号易发生畸变，因此在对基桩进行判定时要充分结合地勘报告情况及施工工艺综合考虑。

（2）被测基桩反射波与激振信号相位关系，一定程度上反映了嵌岩桩的桩身质量。

（3）采用低应变法检测沿海地区嵌岩桩时，由于桩身本身特点和基岩的影响，检测条件不符合低应变反射波法检测桩基前提条件：将桩作为一维弹性杆件的假设条件，使得实测波形不能完全反映桩身的实际情况。因此对这种嵌岩桩的检测应该慎重处理，应充分结合本项目地质勘查报告，采用多种检测方法并用如声波投射法、钻芯法等，综合判断从而得出桩基完整性结论。

参考文献

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（作者单位：大连渤海检测有限公司）