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摘要：低应变反射波法是工程桩检测中常用的检测方法，具有操作简单、费用低廉、效率高等优点。本文对低应变反射波检测原理进行了详细的介绍，并结合两个工程实例，分析了低应变反射波法在灌注桩桩端性状检测中的应用，旨在为有关需要提供帮助。
关键词：低应变反射波法；灌注桩；检测
随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也取得了巨大的进步。在建筑工程施工中，灌注桩以其施工无振动、无挤土、噪音小等优点得到了广泛的应用。而灌注桩的桩端性状对灌注桩承载力具有极大的影响，关系到工程的质量和安全。因此，对灌注桩桩端性状的检测具有十分重要的现实意义。基于此，笔者进行了相关介绍。
1 低应变反射波法的检测原理分析
低应变反射波法检测是以一维波动方程为理论基础。把桩当为连续均质的弹性杆，研究桩顶在动态任用下，弹性杆的纵向波动，以一维波动理论为基础的桩土体系动态响应。
在桩顶施加激振力后，产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗Z（Z=ρCA，ρ为桩的质量密度，C为波在桩身内的传播速度，A为桩的横截面积）变化时，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播。Z1，Z2表示上下部分桩的波阻抗，V为质点的运动速度，脚码I、R、T表示入射、反射、透射。
在桩端混凝土与桩端的界面上：
（1）当Z1＜Z2时，说明波阻抗变大，反射波与入射波反向。在嵌岩桩低应变的曲线中，反映为桩端位置反向反射明显，表明桩端嵌入良好的基岩中。
（2）当Z1=Z2时，入射波完全透射，无反射波。在嵌岩桩低应变的曲线中，反映为无桩底反射。
（3）当Z1＞Z2时，说明波阻抗变大，反射波与入射波反向。在嵌岩桩低应变的曲线中，反映为桩端位置同向反射明显，表明桩端嵌岩性状较差。
2 工程实例及分析
2.1 实例1
某商品房小区2#楼，框剪结构，基础形式采用冲（钻）孔灌注桩，设计要求桩端持力层为中风化花岗岩。桩身砼强度为C35，场地土层简况自上而下为：①中细砂，层厚约9.5m；②淤泥夹砂，层厚约4.3m；③残积砂质粘性土，层厚约2.6m；④强风化花岗岩，层厚约5.6m；⑤中风化花岗岩，岩石单轴饱和抗压强度平均值91.34MPa。
对39#桩进行低应变检测，实测曲线如（图1），直观地从实测曲线上可以看出L/C（约10m附近）有类似扩径的反射，2L/C位置附近同向反射明显，幅值一般。文献提出的桩长L/2处阻抗增大会引起的二次反射的叠加而使得桩端位置反射波正向幅值变得很大。考虑过二次反射的叠加，判断桩端嵌岩性状尚可。对该桩进行钻芯法试验核验，试验结果见（图2）表明桩底无沉渣，持力层为中风化岩，符合设计要求。
图1 39#桩低应变实测曲线
经比较，该桩附近还有不少桩的实测曲线都有出现类似性状，而106#桩桩端反射最为明显，实测曲线如（图3）。
可以看出L/C（约10m附近）有类似阻抗增大的反射，2L/C位置附近同向反射明显，但同向反射的脉冲较宽且幅值较高。判断即使考虑过二次反射的叠加，桩端性状也有可能存在嵌岩不良的情况。建议进行钻芯法试验，试验结果表明在桩端位置存在厚度为38cm的沉渣，桩端持力层为中风化岩，见（图4）。显然桩端脉冲宽且幅值较高的反射，是由二次反射的叠加和桩端过厚的沉渣共同影响造成的。
对91#桩进行低应变法检测，根据该场地低应变法检测及与钻芯法试验的比对，该工程在同样的砼强度条件下，桩身混凝土的波速在3700～3800m/s范围内。根据设定的波速及建设方提供的桩长进行测试，实测曲线见（图5－a），从实测曲线可以看出在设定的波速条件下，2L/C位置附近同向反射明显，单从曲线可认为桩端嵌岩情况不良，但在2L/C位置后有一类似入岩的反射。与其他桩进行比对笔者认为后一反射为桩端入岩反射，在确认过施工桩长后调整了波速，见（图5－b），调整后波速为3000m/s比场地的平均波速3700m/s，低了18.9%。初步判断可能由于桩身混凝土质量较差，导致了平均波速的下降。
图5 91#桩低应变实测曲线
对91#桩进行钻芯法核验，见（图6），试验表明：桩顶下0.0～1.5m，14.0～17.0m，22.0～24.0m均存在不同程度的混凝土离析及较连续沟槽，而在桩端附近混凝土离析更为严重28.2～29.0m段松散，仅见粗骨料，桩端持力层为中风化岩。可见桩身几段不同位置混凝土的离析，对应力波在桩身的传播产生了影响，使整桩的平均波速比正常桩下降很多。在各离析段还是有部分应力波透射，沿桩身传播达到桩底，而底部的混凝土离析段，使得桩端与持力层的阻抗变化差异加大，使得桩底反向反射较明显。
图6 91#桩钻芯法芯样照片
2.2 实例2
某枢纽工程，框架结构，基础形式采用冲（钻）孔灌注桩，设计要求桩端持力层为中风化石英云母片岩，桩身砼强度为C35，场地土层简况自上而下为：①素填土，层厚约为0.50m～10.60m；②粉质粘土，层厚0.60～3.40m；③云母片岩残积粘性土，层厚1.70～9.10m；④土状强风化石英云母片岩，层厚4.40～22.10m；⑤碎块状强风化石英云母片岩，0.70～16.0m；⑥中风化石英云母片岩。
对15#桩进行低应变法检测，见（图7），曲线显示在2L/C位置附近同向反射明显，但是其后入岩反向反射比较明显。初步判断是由于沉渣过厚导致的。
图7 15#桩低应变实测曲线
对15#桩进行钻芯法核验，见（图8），结果表明桩端混凝土与岩层紧密相连，桩端无沉渣。但交接段岩体裂隙较发育，完整程度为破碎，抓取岩样时已散成小碎块，无法进行岩样的抗压强度试验，该段长度约0.7m，其下为中风化岩。当持力层较破碎时，破碎界面的岩层阻抗比混凝土阻抗低，使得桩底同向反射明显。可见单纯从曲线上很难准确的判断出桩端的嵌岩性状。
对26#桩进行低应变法检测，实测曲线见（图9），桩端位置同向反射较明显，且在桩端之前有一幅值相对较小的同向反射，在2L/C位置之后的入岩反向反射一般。判断即使考虑桩身阻抗渐变产生的二次反射叠加，桩端可能存在嵌岩不良的情况。
对26#桩进行钻芯法核验，见（图10），由于沉渣较厚未能全部抓取，根据钻机的进尺判断沉渣约为50cm，其下持力层为中风化岩。可见对于桩端呈现“双峰”状的同向反射应给予足够重视，在难以判定桩端性状时应采用其他方法进行进一步的核验。
图10 26#桩钻芯法桩端位置照片
3 结语
综上所述，提高灌注桩桩端性状检测工作的质量和检测结果的准确性，是保证工程的施工质量及安全的重要手段。因此，在灌注桩桩端性状检测中，检测人员要结合工程实际情况，选择经济合理的检测方法进行检测，保证检测结果的准确可靠。低应变反射波法作为工程桩检测的一种经济、快速、有效可行的检测方法，可在相关检测中推广应用。
参考文献：
[1]林雄.低应变反射波法在岩溶地区灌注桩检测的初步探讨[J].福建地质.2014（01）
[2]陈丰菊，张克利.山区嵌岩灌注桩桩端性状检测技术[J].水利与建筑工程学报.2014（05）
论文作者:邹婵
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/13
标签：反射论文; 应变论文; 波速论文; 性状论文; 曲线论文; 阻抗论文; 沉渣论文; 《基层建设》2016年4期论文;