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提要：本文论述基桩在成层土条件下，受瞬态激震后应力波传播的特征，并讨论在不同模量的成层土中因阻尼引起的波能量耗散规律，同时结合典型工程实例进行分析，为正确判断桩完整性提供科学依据。
关键词：应力波；时程曲线；土阻尼
前言
桩基作为一种应用广泛，发展迅速，生命力很强的建筑基础形式已广泛地应用于各类工程的基础中，因而做为桩的质量检测工作历来受到工程界的重视。目前所使用最为普遍而快捷的是低应变反射波法，它以仪器轻便，方法简单，判读直观，成本较低的优点成为对工程桩质量普查的一种首选的方法。
但在对测试资料的解释时许多人往往注重于桩本身的缺陷所引起在时程曲线上的子波反射，而忽视了桩侧土对桩中应力波传播的影响，造成误判和失误，本文通过作者多年的工作经验和研究，对成层土桩中应力波的传播影响提出一些见解。
1桩土体系的时域响应分析
桩置于分层均质土中，每层土对桩的作用可简化为文克尔线性弹簧Ksk和线性阻尼Csk并联耦合器，取层土中桩身微单元作动力平衡分析可建立动力方程
对（2）式确定边界条件后进行拉氏变换后可得到当桩顶输入某脉冲激励f(t)可求得在半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度响应：
由（3）式可得到任意土层中桩在动力荷载作用下，桩基的动力响应取决于土的动力特性、桩的受力机理和桩土间的相互作用。
2 实例
某公路工程，桥基均采用钻孔灌注桩，其桩径1~1.5m，桩长10~60m不等，图1为某一标段桥桩的典型的动测曲线，该地区地质情况为0~12m砂质粉土，土质较好，动剪切模量为200MPa左右，12m以下为淤泥质粘土，属流塑状，模量一般为50MPa左右，当桩置这种地层条件下，应力波在桩身中传播，而桩周土从硬质土过渡到软质土时，桩中应力波由于透射引起能量损耗将从大变小，因此在时域曲线上反映为在7mS处有一个界线，即0~7mS曲线下拉，反映为土阻尼较大，而7mS以后即12m以下由于土阻尼的突然变小，曲线很快上抬，而桩底反射可见，这是在该区域内普遍存在的典型曲线，这不是桩本身的缩径离析，而是土层变化在时域曲线中的反映，许多完整桩和预制桩在软硬地层接触部位均存在这种规律性的反映。如将7ms处判定为缩方至为离析，这显然是错误了。
图2是比较典型的桩侧土阻尼变化所造成的动测曲线变化图，该桩为某公路工程桥桩，钻孔灌注桩，桩径φ1200mm，桩长39m，该处地质条件为0~9m淤泥质粘土，9~32m亚粘土，32~35m强风化页岩，35~40m中风化页岩，40m以下为微风化页岩。采用美国PIT桩基完整性动测仪取得的曲线分析，在0~10m处，曲线紧邻零线，反映在10m以内的地层阻尼小，应力波传播损耗小，而10~32m曲线与处至相位反向平缓下拉，明显可见在该地段土阻尼增大，这是由于应力波在桩中传播时由于透射的损耗之故，但在32~35m处曲线突然同向上抬，再于35m后的反向子波叠加。此现象也可以从基岩强风化与中风化嵌岩的岩土力学性质之差异来解释，从图中明显可见该桩在35m以后嵌入基岩中风化，但桩底却有沉渣，因为桩底与初至波的同向充分说明了这个无可争辩的结论。
图1 硬-软桩侧地层动测曲线图
图2 软-硬桩侧地层动测曲线图
3 结论
基桩质量动力测试，是集合应用物理、电子技术和计算机工程的综合性诊断学科，对桩完整性的判别带有较强的技术性和实践性。在对应力波时程曲线的分析中，不仅应考虑桩体本身材料、刚度以及缺陷的影响，同时受到桩侧土模量大小的制约。一般来说，桩侧土力学性质越好，应力波在桩侧土中损耗越大，在层间硬土层将会反映为似扩径的子波叠加，相反如软夹土层将会由于应力波透射损耗小而产生似缩径的子波叠加；此种机理分析同样适用于对桩底反射强弱的原理之中。
桩基的动测是一门新科学，在对检测曲线判断时，应该综合地质条件、施工工艺、应力波传播机理、桩侧土和桩尖土的力学指标，以及激震材料能量，传感器性能、类型、仪器参数等各种因素综合分析判断，才能得出比较符合实际情况的解释。
参考文献
[1]王腾 .成层土中纵向振动理论及其在PIT中的应用.浙江大学博士学位论文.2001年7月.
[2]赵竹占. 瞬态激震桩时程曲线识别基础的缺陷及类型 [J].勘察科学技术, 1994(3).
论文作者:张晓毛
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/11
标签：应力论文; 曲线论文; 阻尼论文; 子波论文; 地层论文; 桩基论文; 土层论文; 《基层建设》2016年11期论文;