基于双速度法检测桩身完整性与桩长的研究分析

张信贵ZHANG Xin-gui；朱裕辉ZHU Yu-hui；颜添毅YAN Tian-yi

（广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004）

1 工程概况

本研究依托于广西百色市某消防支队训练基地排桩支护工程。该工程桩基类型为旋挖转孔灌注桩，基础形式为支护桩形式，总桩数为131 根。设计混凝土强度等级为C30 和C35。现场岩土层自上而下分别是素填土（暗黄色，以黏性土为主，结构为松散状态，欠固结，均匀性差），耕表土（灰黑色，湿，以黏性土为主，为松散状态），黏土（暗黄色，切面较光滑，韧性较好，干强度高，无摇震反应）和泥岩（深灰色，为场地下伏基岩地层，地质年代为三迭系河口组第一段，岩石具强风化，泥质结构，岩石坚硬程度属极软岩，岩芯以短柱状为主，岩体完整程度属较破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ级）。

2 检测原理与试验

2.1 检测原理

低应变反射波法假设桩自身是一维、连续、均质、线弹性的，不考虑桩周土与桩土耦合面的影响。通过对桩顶施加点荷载，产生沿桩身向下传播的弹性波，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析、夹层等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位时，将产生向桩顶传播的反射波。采用低应变仪将反射波自动记录存储得到反射波形，通过波形后处理进行计算和分析，识别来自桩身不同部位的反射信息，判断桩身完整性和桩身缺陷位置。而对于桩长、桩身平均波速未知的桩，可以采用低应变双速度法进行测试。低应变双速度法仍是一种反射波法，所不同的是传感器安装位置在桩侧，平行于桩身轴向在桩侧同时安装两个传感器，两个传感器A1 和A2 分别安装在距离桩顶深度为Z1 和Z2 位置处（Z1＜Z2），用耦合剂如502 胶水耦合于桩侧面。通过在传感器A1 之上施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，A1 和A2 分别接收到响应信号；当应力波在传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面（即波阻抗发生变化）时，将产生反射波。通过A1 和A2 之间的距离差（Z2-Z1）以及应力波下行产生的首波时间差，可以计算出桩身的平均波速；再检测分析反射波的传播时间、幅值、相位和波形特征得出桩长等信息。

2.2 试验

对131 根桩进行了低应变单速度法与双速度法试验。试验现场如图1 所示。

图1 双速度法现场试验

桩身的完整性判定依据《既有建筑地基基础检测技术标准》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106－2014）进行判定，判定准则如表1 所示。

表1 桩身完整性的判定

3 试验分析

3.1 桩身完整性分析

图3 Ⅱ类别桩的单速度法检测信号曲线图

根据相关规范的判定准则，采用单速度法检测桩的完整性的结果对每一类桩取一个检测结果作为分析。3 种类别的桩身完整性检测信号曲线如图2-图4 所示，I 类别桩以130#桩的信号曲线为例，II 类别桩以5#桩的信号曲线为例，Ⅲ类别桩以3#桩的信号曲线为例（表2）。对131 根桩的单速度法试验结果如表3 所示。试验结果表明，本工程由I 类桩35 根，II 类桩88 根，III 类桩8 根，无IV 类桩。131 根桩的传播速度在3703m/s～3898m/s 之间。I 类桩以130#桩为例，首次出现反射波的时间为3.70ms，之后并没有明显的反射波，2L/c 时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波，所以可以判定为I 类桩。II 类桩以5#桩为例，2L/c 时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波，首次出现反射波的时间为6.34ms，同时，首次反射波之后还存在桩底反射波，所以可以判定为II 类桩。均满足设计要求。

图2 Ⅰ类别桩的单速度法检测信号曲线图

图4 Ⅲ类别桩的单速度法检测信号曲线图

表2 3 个分析例子的桩信息

表3 桩身完整性评定

对于双速度法检测，同样取130#，5#和3#桩的信号曲线进行分析。信号曲线如图5-图7 所示。

图5 Ⅰ类别桩的双速度法检测信号曲线图（130# 桩）

图7 Ⅲ类别桩的双速度法检测信号曲线图（3# 桩）

结合两个速度的试验曲线结果可以得出，对于I 类桩，都出现了桩底反射波，同时，桩底反射波之前都没有其他反射波的出现，根据2L/c 时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波，可以判定为I 类桩。对于II 类桩而言，两条曲线都出现了桩底反射波，同时在桩底反射波之前，两个传感器都出现了反射波，这表明，桩身出现轻微缺陷，所以，2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波，判定为II类桩。

综上所述，单速度法与双速度法都可以作为桩身完整性的检测试验，二者区别不大，但双速度法可以作为一种辅助手段，验证单速度法的试验结果，表明双速度法可以更好地判断桩身的缺陷问题。

3.2 桩身长度分析

根据《既有建筑地基基础检测技术标准》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106－2014），通过软件RSM 低应变双速度法分析软件对双速度法的检测信号曲线图进行计算分析桩长，抽取3 个桩（3#，67#，115#）作为分析例子，同时对双速度法检测的桩身长度进行误差分析。对比结果如表4 所示。

表4 桩身长度试验结果

试验结果表明，作为计算实例的桩基通过计算得出的桩身长度与桩身实际长度相差不大，误差在10%以内。对于131 根桩基的双速度法计算的桩身长度误差范围是0.29%～9.96%，131 根桩的桩身长度误差在10%以下，在合理误差范围之内。试验误差来源于低应变的基本假设。同时，对于旋挖灌注桩，桩的质量不能很好地保证，容易出现断裂、裂缝、缩径、扩径、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝或松散。

图6 ⅠⅠ类别桩的双速度法检测信号曲线图（5# 桩）

图8 3# 桩双速度法信号曲线图

图9 67# 桩双速度法信号曲线图

图10 115# 桩双速度法信号曲线图

4 结语

结合实际工程，利用双速度法对桩身完整性与装设长度进行了探究分析，得出以下结论：①单速度法与双速度法都可以对桩身完整性进行检测分析。相比于单速度法，双速度法的检测方法更能准确地判断桩身缺陷的位置。②相比于单速度法，双速度法可以对桩身长度进行计算分析，且误差在合理范围内。