低应变反射波法

洋洋味道

洋洋味道

姓名：林必挺

院系：地球科学与工程学院指导教师：袁宝远

2016 年 4 月

基于桩基检测的低应变反射波法

学号：

专业：地质资源与地质工程职称：教授

2016年6月

一、引言

桩基础属于隐蔽性工程, 是建、构筑物重要的组成部分, 其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中, 其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等, 常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩, 稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力, 严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等, 就可以及时采取补救措施, 排除事故隐患。因此

对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义, 是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。

目前,用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、高应变动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法, 在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表 1 所示。

表1 各检测方法的对比

检测类型有损检测无损检测

检测方法静载荷试钻芯检测高应变动测低应变反射超声波透射

验法法波法法

检测目的单桩承载桩身结构单桩承载力桩身结构完桩身结构完

力完整性和桩身结构整性整性

完整性

检测局限不能区分易斜钻，不能解决桩多解性不能检测桩

性破坏模式局部检测强度及沉降身外形畸变

问题

检测效率低较低一般高较高

检测费用高较高较高低较低

从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。具有检测效率高，检测费用低的特点。

二、低应变反射波法检测基本原理

低应变反射波法又称锤击法, 是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性, 判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长, 以及估计桩身混凝土强度等。反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量, 产生一纵向弹性波, 该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面, 如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位, 将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取, 并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度, 据此可以达到检测的目的。

图 1 低应变反射波检测原理

根据应力波理论，有如下规律：

式中V为质点速度，下标I 、R分别表示入射波、反射波，Z1 、Z2分别为反射界

面上下部广义波阻抗（Z1 1C1A1 , Z2 2C2A2, A1 , A2分别为界面上下桩身截面积）1）当桩身无缺陷时，Z2=Z1，V R=0, 桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；（2）当桩身存在缺陷时，Z2 Z1 ，V R与V1与同号，即在实测时域曲线上，反射波与入射

波同相；反之，当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时，即Z2 Z1，V R与V1 反

号，即在实测实域曲线上，反射波与入射波反相。

三、常见桩基缺陷类型

造成桩基出现各种影响其桩身质量和基桩承载能力的缺陷的因素有很多, 如施工工艺不当、成桩方式不合理、地质条件复杂等。一般来说, 描述桩身缺陷有三个指

标—缺陷位置、缺陷性质和缺陷严重程度。桩身阻抗变化是缺陷的综合体现, 可能是任一种或多种缺陷同时累加的结果, 所以仅根据阻抗的变化是无法确定缺陷性质的, 应根据地质资料、桩型、施工工艺、施工记录、现场条件等综合判断, 必要时可结合钻芯取样法、超声波透射法等其它方法共同判断。在桩基检测工作中, 常见的缺陷类型有扩径、缩径、裂缝、离析、蜂窝、空洞、夹泥、断桩等。

（1）完整桩：桩身形状规则, 无变径、离析、裂缝、夹泥等缺陷的桩。

（2）扩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显大于设计值的灌注桩。

（3）缩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显小于设计值的灌注桩。

（4）离析桩：外形完整、部分区段呈现蜂窝状结构或松散状态的桩。离析部分直接影响到桩的强度与承载力情况。造成桩身离析的原因很多, 如所用材料不合格或配比不合理, 成桩时搅拌不均匀、振捣不密实使得部分区段砂石含量过高

等。

5) 断桩：桩身部分截面断裂或者断开的桩。

根据桩身的缺陷程度，可将桩身分为几类，如表 2 所示

表 2 桩身完整性分类

分类原则

桩身完整性

分类

Ⅰ类桩桩身完整

Ⅱ类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥

Ⅲ类桩桩身有明显缺陷, 对桩身结构承载力有影响

Ⅳ类桩桩身存在严重缺陷

一般认为, Ⅰ类桩为优质桩, Ⅱ类桩为合格桩, Ⅲ类桩为经过设计计算分析并采取处理措施之后可以使用的桩, Ⅳ类桩为不合格桩。

四、桩身缺陷的成因分析

桩身缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。其中又以离析、夹泥较为常见。

一般情况下, 桩基出现质量问题, 主要是因为在勘察、设计、施工时等阶段中存在问题, 或者是因为在桩基工程完工后外部环境、使用条件等发生变化对桩基造成损坏。

地质因素

桩周的软土、流砂、地下水等影响混凝土质量，桩周存在空洞及不密实区造成漏浆等。

常规因素

（1）勘察阶段的问题各种现场及人为因素的影响, 使得勘察报告中提供的诸如地质

剖面图、钻孔柱状图以及土的各项物理力学指标和建议设计参数不准确

（2）设计阶段的问题设计人员个人习惯、设计能力等造成桩基础选型不当、设计参数选取不当

（3）施工阶段的问题：材料选取不当或施工管理不当, 施工方法、施工工序安排不

合理,施工过程控制不严格,质量检验不到位,各种施工人员、施工机械和施工时所处季节、天气等自然因素, 造成桩基础出现质量问题。

（4）环境因素的影响：临近地区基坑开挖、地面大面积堆载、上层结构荷载、重型机械行进、相邻桩挤土效应等, 也会影响到桩基础的质量。

工艺因素

1）桩身混凝土欠灌，造成桩头部位混凝土骨料少，浮浆多，浇注不良，桩身上部

质量差。

（2）灌注完成后导管抽拔太快，由于上部混凝土压力不够，使泥浆顺管壁下流，造成局部