低应变反射波法检测桩身完整性应慎重对缺陷类别的判断7页.doc

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低应变反射波法检测桩身完整性应慎重对缺陷类别的判断鹿逢月淮安市建筑科学研究院有限公司【摘要】介绍了低应变反射波法的检测原理，并结合工程实例说明应慎重对缺陷类别的判断【关键词】低应变反射波法，桩身完整性。1引言低应变反射波法是基桩桩身完整性检测的首选方法，该方法具有快速、经济、无损等优点，应用最为广泛，但是该方法由于有它成立的假设条件，使得该方法在应用中，存在对灌注桩桩身缺陷的误判或重判，对预制桩桩身缺陷的漏判或轻判。2低应变反射波法的基本原理2.1基本假设假设受检桩为一维弹性杆件，其介质均匀连续，纵向振动时桩横截面保持为平面，横截面的轴向应力均匀分布，入射波波长远大于桩径，信号沿桩身传播不发生衰减，在测试过程中，认为桩周土对桩身应力波的信号不发生影响。2.2检测原理取桩身某段为一个分析单元，其波阻抗、介质密度、纵波波速、横截面积分别用Z、ρ、c、A表示，则：Z=ρcA，当桩身几何尺寸或材料物理性质发生变化时，相应的ρ、c、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。在桩顶激振后，将产生压缩波，以波速c沿桩身向下传播。当遇到波阻抗界面时，产生反射波和透射波。根据应力波传播理论，只要两种介质在界面处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），根据波阵面动量守恒条件可求得反射系数F，如下式：F=(Z2-Z1)/(Z2+Z1),桩身各种性状以及桩底不同的支承条件均可归纳成以下3种波阻抗变化类型。（1）波阻抗近似不变（Z1≈Z2）桩底支承介质与桩身阻抗近似，桩身完整、均匀、无缺陷都属于这种类型。应力波为全透射，无反射信号产生。（2）波阻抗减小（Z1＞Z2）桩底支承介质较桩身材料软以及桩身断裂、缩径、离析、裂缝等都属于这种类型。反射波为上行拉力波，反射波速度、应力均与入射波信号极信一致。（3）波阻抗近似不变（Z1＜Z2）桩底支承介质较桩身材料硬、桩身扩径、鼓肚都属于这种类型。反射波为上行压缩波，反射波速度、应力均与入射波信号极信相反。3对桩身缺陷出现误判及轻判的原因反射波法检测桩身完整性的前提条件桩是连续的一维均质横截面积不变的弹性杆件，而混凝土灌注桩却不能满足此条件，它的桩径从桩顶至桩底并不是一直不变的，受土质变化及施工因素的影响，当桩径从桩身某个位置逐渐变粗至一定深度遇到坚硬土层桩径会突然恢复正常桩径时，由于上部桩径是逐渐变化，相当于Z1≈Z2，应力波为全透射，无反射信号，下部桩径恢复正常桩径时，相当于Z1＞Z2，且F值较大，产生明显的上行拉力波，这样从检测信号来判断，桩径恢复为正常处，就存在明显的缺陷反射波信号，应判为Ⅲ类桩，而实际上此处是桩径的突变处，这就导致了误判。对混凝土预制桩，低应变反射波法检测的假设条件基本能成立，它的桩身横截面积是恒定不变的，Z1=Z2，应力波为全透射，无反射波信号，当遇到桩身断裂或接头脱接时，产生明显的上行拉力波，这时会误认为桩的接头所产生的正常信号，这就会漏判或轻判为Ⅱ类桩；当桩底支承介质与桩身阻抗近似时，即桩底支承在坚硬的岩土层上，Z1≈Z2应力波为全透射，无反射信号产生，这就会影响对桩长的判定，若桩长与设计要求稍短也难以发现，这也会造成对桩身完整性的漏判。4工程实例（1）某安置小区11#楼6#试桩，基桩为钻孔灌注桩，设计参数：砼强度等级C30，桩径600mm，桩长31m，低应变检测信号如下：该信号反映此桩在桩顶向下4.7m左右存在明显的缺陷，后经开挖验证，该桩从桩顶向下3m开始桩径逐渐变大，至4.7m时桩径突变为正常桩径，因此低应变检测信号在此处会出现缩径的反射波信号，被误判为此处桩身存在明显的缺陷，开挖后桩身照片如右图。后经抗压静载试验进一步验证检测该桩加载到设计要求单桩竖向抗压承载力极限值时沉降量仅为18.92mm。（2）某小区一期工程1#楼，基础采用增强型预应力管桩，桩型为：T-PHC-AB600-560（110）-C80，桩长22m～29m，采用低应变反射波法对桩身完整性进行全数检测，结果该批桩有三分之一以上在桩顶向下4m～10m左右桩身存在明显缺陷，将其判为Ⅲ类桩，须作一定处理，为了确保检测结果的准确性，建设方从所判的Ⅲ类桩中随机选取2根桩进行了孔内摄像检测，发现该两根桩均在桩的上部接头处桩身有部分破裂，与低应变检测结果相吻合。其中一根253#桩低应变检测曲线如下：孔内摄像在桩顶向下6m处所摄图像如下：（3）某小区二期工程4#楼，基础采用预应力管桩，桩型为：PHC-500（125）AB-C80，桩长为8m+8m,单桩竖向抗压极限承载力为2700kN。对试桩进行抗压静载检测时，发现该批试桩抗压承载力与设计要求相差较大，其中一根124#桩加载至54kN时桩就急剧下沉，采用低应变反射波法对桩身完整性进行检测，结果该桩在桩顶向下6m左右桩身存在严重缺陷缺陷，将其判为Ⅳ类桩，为了查明原因，对该桩进行了孔内摄像检测，发现该桩在接头处严重脱接，124#桩低应变检测曲线如下：孔内摄像在桩身接头处所摄图像如下：（4）下面几例是桩底支承在坚硬的岩土层上，Z1≈Z2应力波为全透射，或由于传播能量的衰减，导致无反射信号产生，这就影响了对桩长的判定，若桩长与设计要求稍短也难以发现的实例。这些信号全部经过100倍指数放大：①工地1为多支盘挤扩钻孔灌注桩，设计参数：砼强度等级C40，桩径750mm，桩长32.5m,4个支盘，盘径1550mm；②工地2为预应力砼管桩，设计参数：PHC-600(130)-C80，桩长48m；③工地3为钻孔灌注桩，设计参数：砼强度等级C30，桩径600mm，桩长31m；5结语通过以上工程实例费分析，我们在用低应变反射波法检测桩身完整性时，对缺陷的类别进行判别时，别轻易的下结论，可通过其他检测方法进一步进行验证检测，否则会给造成不必要的浪费或者给工程质量带来巨大的安全隐患。对桩身浅部缺陷的判断可通过开挖方式进行验证检测；对混凝土灌注桩深部缺陷的判断可通过钻芯法、高应变法或抗压静载荷试验进行验证检测；对混凝土预制空心桩深部缺陷的判断可通过孔内摄像法进行验证检测，对混凝土预制实心桩深部缺陷的判断可通过高应变法或者抗压静载荷试验进行验证检测。参考文献［１］JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范。［２］罗骐先．桩基工程检测手册．人民交通出版社。