低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用.docx

低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用摘 要：介绍低应变法进行桩基浅部缺陷检测的理论依据，分析浅部缺陷产生的原因，并根据大量实测资料，归纳了检测中经常遇到的各种浅部缺陷桩的波形特征和技术要点，以提高检测准确率，为合理利用低应变法进行桩基检测提供参考。 关键词：桩基检测；低应变法；浅部缺陷 引言 多年来，随着工程的需要和技术的进步，桩基的使用日益增多，新的桩型和施工工艺也在不断涌现。桩基是埋入地下的隐蔽工程，其质量较难控制，对于桩基缺陷的判别，已有学者作过研究 。 。在施工过程中，受成桩工艺、施工水平、地质条件等因素影响，桩身容易存在一些缺陷或质量隐患，特别是在桩顶以下3 m 内的桩身浅部，存在的缺陷和异常较多 ，如扩径、夹泥、离析、断裂等质量问题，而一旦浅部存在缺陷，将直接影响桩身上部荷载的向下传递，会在缺陷部位产生应力集中现象，严重影响桩基的抗压抗剪性能，对桩身质量和结构安全造成破坏，影响桩基安全使用和工程安全。同时由于检测理论和仪器的原因，其浅部缺陷波形易与首波叠加在一起，造成测桩盲区，且桩身浅部也易产生扩径现象，加上各种缺陷在波形上有相似之处，难以准确分辩和判识，容易造成错判和漏判。本文结合工程中大量实例以及遇到的一些问题，针对桩基浅部缺陷特点，对低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用进行分析和探讨。 1 低应变法基本原理 低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础 。该理论假定桩身为连续弹性的一维等截面均质杆件，在不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响下，在桩身顶部进行瞬态激振而产生弹性波，该波沿着桩身向下传播；当桩身存在明显波阻抗变化的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波；采用速度或加速度传感器进行响应信号接收，在计算机上对接收的信号分析处理，识别来自桩身不同部位的反射信息。在时域或频域曲线上确定桩底反射波的位置，据此计算桩身波速，评价桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。 2 桩身浅部缺陷的分类及成因 21 桩身浅部缺陷分类 桩身浅部缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。其中又以离析、夹泥较为常见。 22 桩身浅部缺陷的成因 221 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。 222 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，造成局部混凝土离析或夹泥，或在灌注过程中导管埋入混凝土过深或时间过长，拔管时造成混凝土内部出现空洞、蜂窝等缺陷。 (3)受负水头影响，护桶下部软弱层在灌注时混凝土上翻，将桩周土或卷入桩身，造成夹泥。 (4)最后灌注时，由各种原因引起灌注中断时间过长，造成二次灌注，使上部混凝土接近初凝；而泥浆中残渣不断沉淀，再次灌注后形成夹层或断桩。 (5)施工中桩顶标高不准，引起混凝土欠灌，造成接桩；或因桩顶浮浆太厚，清掉浮浆后桩顶标高低于设计值，也引起接桩。 (6)由于承台基坑开挖及破桩头方法不当，对桩头部位产生严重扰动，引起桩身浅部开裂。 3 浅部缺陷波的分析与判断 当桩身浅部存在严重缺陷时，激振引发的振动主要集中在缺陷以上桩体段。此时，应力波传播不再符合一维弹性杆件的要求，不满足一维弹性杆平面应力波波动理论，而是质一弹性系的刚性振动 ，其自振频率比应力反射波频率低得多。所以浅层缺陷的反射波频率很低、振幅大、周期长，常出现主频达100200 Hz的信号，或出现高、低频信号混叠的波形，容易出现多次反射，同时看不到桩底反射。由于缺陷在浅部，缺陷波形常与首波叠加，不易准确确定缺陷类型和位置。在检测过程中，要结合施工记录，地质资料以及开挖情况综合分析判定。 31 桩身浅部严重扩径 此类情况在检测中较常见，波形呈正弦波形低频宽幅振荡或出现多次反射，不易看到桩底，容易误判为桩身浅部存在严重缺陷，检测人员要结合施工记录和实际开挖情况综合判识。 图1(a)和图1(b)为同一桥墩相邻的两根桩的低应变检测波形，桩长均为44 m，设计为摩擦桩，C30混凝土。由图可见两桩均呈现低频正弦波形振荡，看不到明显桩底反射，似乎桩身浅部有严重缺陷。经查施工记录，发现两桩在灌注相同深度时均有超灌现象，据现场地质，两桩在桩顶下23 m处存在姜井(北方存放东西的洞窑)，且与两桩横向相交，经开挖验证，两桩在桩顶下1829 m严重扩径，且两桩混凝土通过姜井将两桩连为一体，故波形在桩顶部位因严重扩径形成低频宽幅振荡，排除为桩身缺陷。 32 桩身浅部夹泥 图2为一桥梁钻孔灌注桩实测波形，桩长49 m，设计为摩擦桩，C30混凝土。由图2 (a)可知：在桩身浅部波形呈高频振荡，初步判识为浅部缺陷，经查施工记录，该桩存在超灌现象，经开挖发现在桩顶以下20 m桩身向一侧严重扩径，同时在19 m桩身另一侧夹泥缩径，经打掉上部20 m后复测，桩身波形如图2(b)，恢复为合格桩波形。对于此种扩径和夹泥缩径同时存在的情况，根据波形不易分辩，此时采用开挖验证是最好的办法。 33 桩身浅部纵向裂纹 图3为一桥梁钻孔灌注桩实测波形，桩长59 m，原设计为声测法检测，因堵管采用低应变法补充检测。从图3看出，此桩在12 m出现同向反射，能看到桩底，核查施工灌注量没有异常。经开挖发现，在桩顶以下12 m桩身出现一纵向裂纹，桩头形成一个斜断裂面，实为破桩头时机械施工造成桩身浅部开裂。在打掉桩顶2 11进行复测的波形如图3(b)，从图上看出，此桩身波形完好，验证了先前的判识，经接桩后检测为合格。 34 桩身浅部横向裂纹 图4为一客运专线复合地基CFG桩实测波形，桩长120 m，桩径为50 em，设计为C20混凝土。该桩呈明显低频宽幅振荡，分辨不出桩底信号，基本认定为桩身浅部严重缺陷，但不能确定缺陷位置。经开挖发现此桩在桩顶下05 In出现一横向裂纹，形成一横向断裂面，在除掉上部05 m后对波形进行复测曲线如图4(b)，桩身波形恢复正常。此种情况在小直径桩中较为常见，多为机械开挖清除浮浆时操作不当造成。 35 桩身浅部断裂 图5为一客运专线复合地基CFG桩实测波形，桩长140 m，桩径50 cm，设计为C20混凝土。从波形上可知，在桩身约35 m出现一明显同向反射，同时分别在70，105，140 m，均出现相似的同向多次反射，判定此桩为桩身浅部断裂。经开挖证实，此桩在桩顶下32 m完全断裂。值得注意的是， 由于此桩桩底处刚好位于多次反射区域，因此无法确认该处同向反射信号为桩底反射，不能以此为判识依据。 36 桩身浅部离析 图6为一桥梁钻孔灌注桩实测波形，桩长190m，设计为摩擦桩，C30混凝土。曲线在18 in出现明显同向反射并呈现振荡，桩底反射较为明显，开挖发现，该桩在1722 In处混凝土离析，出现大量蜂窝麻面。 4 结语 (1)根据波动理论，高频成分衰减快，分辨率高，适合用来检测短桩或分辩浅部缺陷；低频成分衰减慢，但分辨率低，多用来检测长桩。因此，现场应根据桩长、桩径选定合适的振源和激振方式。对于短桩的浅部缺陷，宜选用小锤、点锤，这样脉冲力持续时间短，力谱高频成份丰富，波长小，分辨率高；对于长桩，怀疑桩身浅部有缺陷时，应采用大锤和小锤相结合的激振方式，这样既能保证有足够能量传到桩底，也能保证浅部缺陷不漏判。 (2)桩身浅部扩径和存在缺陷的反射波形不易区分，因此检测过程中应充分收集、了解区域的地质资料和施工记录，如混凝土灌注量、灌注时间等，排除是否因桩身扩径造成的误判。 (3)由于存在检测盲区，当缺陷位置很浅时波形往往呈现低频振荡，不能准确确定缺陷位置。由于桩身中的离析、断裂、夹泥和桩身缩径的反射波形的反映大体一致，均为波阻抗变低，出现负反射，因而是何种缺陷，存在多解性和不确定性。因此，应采用开挖和取芯方式进行验证。 (4)在分析时域曲线时要注意合理选择滤波参数，不能为了追求波形好看，过分进行滤波，否则容易将桩身浅部缺陷的高频信号滤掉，造成漏判。 总之，对于桩身浅部缺陷，采用低应变法检测是可行的。但由于受到理论和仪器等方面的制约，根据单一波形进行判识存在一定的局限性和不确定性，在实际检测过程中，需要检测者有丰富的检测经验，并根据施工记录、地质资料和开挖情况进行综合判识。