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摘要：桩基础是建筑工程普遍采用的基础类型，其质量检验的水平直接关系到建筑结构的安全。为此，本文通过阐述低应变检测的工作机理，对低应变法在桩基完整性检测中的应用进行探讨，分析了各曲线特征，为类似检测提供参考。
关键词：低应变；工作机理；桩基；完整性；曲线分析
中图分类号：TU473.1文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着我国经济建设的快速发展，建筑工程数量日益增加，桩基础逐渐成为了我国工程结构建设中最重要的基础形式。但在建筑工程施工中，由于桩基属于地下隐蔽工程，且受施工工艺方面的影响，工作人员无法采用直接的、方便的方法对桩身完整性进行检测，建筑工程的质量就难以保证。目前用于桩基完整性检测的方法有很多，主要包括低应变反射波法、高应变法、声波透射法、静载试验等。低应变反射波法作为近年来新兴的一种检测方法，具有轻便灵巧、高效率、测试费用低廉和检测范围广等优点，成为了桩基完整性检测的重要方法。
2 工作机理
采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。
3 曲线分析
3.1 完整桩
一般完整桩在时程曲线上的特征为:波形规则,波列清晰,桩底反射波明显,易于读取反射波到达时间,如图1所示。
图1 完整桩波形图
图1:该桩桩径1000mm、桩长30.3m钻孔桩,设计混凝土强度等级为C30,桩身完整,波速為3700m/s,在8m以前曲线下降,为粉砂土较好地层反应。桩底反射与入射同相,桩底反射明显。
3.2 缩颈(夹泥)桩
缩颈处截面积变小,波阻抗减小,应力波遇到缩颈会产生与入射波振动方向同相的反射,波形比较规则,波速一般正常。一般能看到桩底反射,若缩颈部位较浅,缩颈还会出现几次反射,但若缩颈程度严重,则难以看到桩底反射。
图2 缩径桩波形图
图2:该桩为直径426mm、桩长18m的沉管桩。钢筋笼长6m,设计承载力标准值320kN。经测试,桩身6.5～7m处存在缩径或局部离析,系因成桩时拔管太快所致,说明钢筋笼底部存在缺陷,但桩底基本可见,属Ⅱ类桩。
图3 夹泥桩波形图
图3:该桩为直径1500mm、桩长44.5m、C25的钻孔桩。测试时发生在2m处同向子波反射幅值高于初至波,并有后继的多次反射,检测人员误认为是传感器黏结引起的正常振荡,判为Ⅰ类桩。经证实在2.2m左右桩身严重缺陷(夹泥),应属于Ⅲ类桩,后凿去桩头缺陷上部段,重新接桩。
3.3 扩径桩
扩径桩在曲线上反射波形较为规则,扩径处的反射波呈反相,或先反相后续同相,也可能有多次反射,一般情况能看到桩底反射。需要注意的是,如果桩周土较硬,波形曲线上也会出现类似于扩颈的反射波,如图4所示。
图4 扩径桩波形图
图4:该桩直径1200mm、桩长18.3m、C25。在灌注桩成桩过程中,由于孔口偏位校正,使桩浅部扩大造成扩径。实际灌入混凝土33m3(设计仅22m3)。充盈系数为1.5。从测试波形中可见2～5m严重扩径,并出现多次反射。取芯验证桩身完整,混凝土强度满足设计要求。
3.4 离析桩
由于离析部位的混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成的缺陷子波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,计算得到的波速偏小,一般不易见到桩底反射,如图5所示。
图5 离析桩波形图
图5:该桩直径1000mm、桩长45m,护筒直径1200mm、护筒长2.0m,设计混凝土强度等级为C30,在测试中发现14.8m处明显呈低频同相反射,属离析反映,无法见到桩底反射,经钻孔检测,发现均存在离析面。
3.5 断裂桩
由于在断裂处波阻抗的突变,在时程曲线上的反应有以下三种情况:①上部断裂往往呈高频多次同相反射,反射波幅值较高,衰减较慢；②中部断裂反映为多次同相反射,缺陷的反射波幅值较低；③深部断裂波形反映下,类似摩擦桩桩底反射,但计算的波速明显高于正常桩的波速,如图6所示。
图6 断裂桩波形图
图6:该桩直径700mm、长54.9m、C25。由于地下室开挖,造成部分桩断裂,桩头倾斜。经测试,曲线呈等距多次同相反射。开挖后发现在1.6m处断裂。
图7:该桩为直径377mm、桩长16m的沉管桩。设计混凝土强度等级为C20,钢筋笼长度4.5m,承载力450kN。经测试在1.4m处有强的同相多次反射,衰减慢,无桩底反射,判为2.8m处断。开挖检查发现2.85m处断裂。属机械开挖时受损。
图7 断裂桩波形图
3.6 脱焊虚焊等不良焊接桩
预制桩和管桩的焊接缺陷及成桩时受损造成的焊接问题,表现为有同相反射,严重时难以见到下部位较大的缺陷或桩底反射。如图8。
图8 焊接不良桩
图8:该桩为PHC管桩,桩径600mm,壁厚10cm,桩长53m(10+10+10+11+12),在5.09m处有同相反射,判为11m处,说明第一节打裂,焊接点脱焊。
3.7 桩头疏松
桩头疏松或强度偏低的桩,测试结果无法反映桩的完整性,曲线反应为入射波波峰较低、脉冲较缓,而且后续波形呈低频,此类现象均属桩头强度偏低,如图9所示。
图9 桩头疏松桩波形图
图11:该桩为直径800mm、桩长33m的钻孔桩,C25,通长钢筋笼。初测时桩头疏松,曲线呈低频型,明显反映为弹性波呈慢速传播。经开凿桩头松散,凿去1～2m后,再进行复测,结果桩身完整,曲线正常,为Ⅰ类桩。
4 结语
为了更好的运用低应变技术来检测建筑桩基完整性，在检测过程中，应结合施工现场的实际情况及施工工艺等因素，判断桩基的完整性和质量类别。工作人员要重视工程桩基础现场检测的各个环节，做好施工记录分析工作。同时，对于一些重要工程桩基础检测工作，可以采用多种方法共同检测，以提高检测的精准度。
参考文献
[1] 臧丽萍.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].河南科技,2012年第08期
[2] 刘福臣;王文;张振善;刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身整性判别[J],港工技术.2012年第02期
关键词：低应变；工作机理；桩基；完整性；曲线分析
中图分类号：TU473.1文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着我国经济建设的快速发展，建筑工程数量日益增加，桩基础逐渐成为了我国工程结构建设中最重要的基础形式。但在建筑工程施工中，由于桩基属于地下隐蔽工程，且受施工工艺方面的影响，工作人员无法采用直接的、方便的方法对桩身完整性进行检测，建筑工程的质量就难以保证。目前用于桩基完整性检测的方法有很多，主要包括低应变反射波法、高应变法、声波透射法、静载试验等。低应变反射波法作为近年来新兴的一种检测方法，具有轻便灵巧、高效率、测试费用低廉和检测范围广等优点，成为了桩基完整性检测的重要方法。
2 工作机理
采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。
3 曲线分析
3.1 完整桩
一般完整桩在时程曲线上的特征为:波形规则,波列清晰,桩底反射波明显,易于读取反射波到达时间,如图1所示。
图1 完整桩波形图
图1:该桩桩径1000mm、桩长30.3m钻孔桩,设计混凝土强度等级为C30,桩身完整,波速為3700m/s,在8m以前曲线下降,为粉砂土较好地层反应。桩底反射与入射同相,桩底反射明显。
3.2 缩颈(夹泥)桩
缩颈处截面积变小,波阻抗减小,应力波遇到缩颈会产生与入射波振动方向同相的反射,波形比较规则,波速一般正常。一般能看到桩底反射,若缩颈部位较浅,缩颈还会出现几次反射,但若缩颈程度严重,则难以看到桩底反射。
图2 缩径桩波形图
图2:该桩为直径426mm、桩长18m的沉管桩。钢筋笼长6m,设计承载力标准值320kN。经测试,桩身6.5～7m处存在缩径或局部离析,系因成桩时拔管太快所致,说明钢筋笼底部存在缺陷,但桩底基本可见,属Ⅱ类桩。
图3 夹泥桩波形图
图3:该桩为直径1500mm、桩长44.5m、C25的钻孔桩。测试时发生在2m处同向子波反射幅值高于初至波,并有后继的多次反射,检测人员误认为是传感器黏结引起的正常振荡,判为Ⅰ类桩。经证实在2.2m左右桩身严重缺陷(夹泥),应属于Ⅲ类桩,后凿去桩头缺陷上部段,重新接桩。
3.3 扩径桩
扩径桩在曲线上反射波形较为规则,扩径处的反射波呈反相,或先反相后续同相,也可能有多次反射,一般情况能看到桩底反射。需要注意的是,如果桩周土较硬,波形曲线上也会出现类似于扩颈的反射波,如图4所示。
图4 扩径桩波形图
图4:该桩直径1200mm、桩长18.3m、C25。在灌注桩成桩过程中,由于孔口偏位校正,使桩浅部扩大造成扩径。实际灌入混凝土33m3(设计仅22m3)。充盈系数为1.5。从测试波形中可见2～5m严重扩径,并出现多次反射。取芯验证桩身完整,混凝土强度满足设计要求。
3.4 离析桩
由于离析部位的混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成的缺陷子波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,计算得到的波速偏小,一般不易见到桩底反射,如图5所示。
图5 离析桩波形图
图5:该桩直径1000mm、桩长45m,护筒直径1200mm、护筒长2.0m,设计混凝土强度等级为C30,在测试中发现14.8m处明显呈低频同相反射,属离析反映,无法见到桩底反射,经钻孔检测,发现均存在离析面。
3.5 断裂桩
由于在断裂处波阻抗的突变,在时程曲线上的反应有以下三种情况:①上部断裂往往呈高频多次同相反射,反射波幅值较高,衰减较慢；②中部断裂反映为多次同相反射,缺陷的反射波幅值较低；③深部断裂波形反映下,类似摩擦桩桩底反射,但计算的波速明显高于正常桩的波速,如图6所示。
图6 断裂桩波形图
图6:该桩直径700mm、长54.9m、C25。由于地下室开挖,造成部分桩断裂,桩头倾斜。经测试,曲线呈等距多次同相反射。开挖后发现在1.6m处断裂。
图7:该桩为直径377mm、桩长16m的沉管桩。设计混凝土强度等级为C20,钢筋笼长度4.5m,承载力450kN。经测试在1.4m处有强的同相多次反射,衰减慢,无桩底反射,判为2.8m处断。开挖检查发现2.85m处断裂。属机械开挖时受损。
图7 断裂桩波形图
3.6 脱焊虚焊等不良焊接桩
预制桩和管桩的焊接缺陷及成桩时受损造成的焊接问题,表现为有同相反射,严重时难以见到下部位较大的缺陷或桩底反射。如图8。
图8 焊接不良桩
图8:该桩为PHC管桩,桩径600mm,壁厚10cm,桩长53m(10+10+10+11+12),在5.09m处有同相反射,判为11m处,说明第一节打裂,焊接点脱焊。
3.7 桩头疏松
桩头疏松或强度偏低的桩,测试结果无法反映桩的完整性,曲线反应为入射波波峰较低、脉冲较缓,而且后续波形呈低频,此类现象均属桩头强度偏低,如图9所示。
图9 桩头疏松桩波形图
图11:该桩为直径800mm、桩长33m的钻孔桩,C25,通长钢筋笼。初测时桩头疏松,曲线呈低频型,明显反映为弹性波呈慢速传播。经开凿桩头松散,凿去1～2m后,再进行复测,结果桩身完整,曲线正常,为Ⅰ类桩。
4 结语
为了更好的运用低应变技术来检测建筑桩基完整性，在检测过程中，应结合施工现场的实际情况及施工工艺等因素，判断桩基的完整性和质量类别。工作人员要重视工程桩基础现场检测的各个环节，做好施工记录分析工作。同时，对于一些重要工程桩基础检测工作，可以采用多种方法共同检测，以提高检测的精准度。
参考文献
[1] 臧丽萍.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].河南科技,2012年第08期
[2] 刘福臣;王文;张振善;刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身整性判别[J],港工技术.2012年第02期