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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2007-08-31

赵竹占
（浙江省地球物理技术应用研究所杭州 310015）

摘要：本文综合各类型工程桩低应变反射波的时程曲线解析，并讨论和总结其各类缺陷的应力波的传播特征。
关键词：时程曲线，扩径，缩径，离析，断裂

一．前言
灌注桩是建筑物的常用基桩形式，它将上部结构的荷载传递到地基土层或岩层之中。因此桩基的施工质量以及评价桩身完整性的检测工作就显得尤为重要。
多年来，对桩身完整性的检测，较为快速有效的方法是低应变反射波法。因此目前几乎所有的动测规范均将此方法列为检测桩身完整性的首选方法。本文综合了各类工程桩低应变完整性检测的典型曲线加以解析。
二．方法原理
反射波法是以应力波在桩身中的传播特征为理论基础，当应力波在假定的一维均质杆件（桩）中传播时，其纵向的振动微分方程为：
⑴
其中为纵波在杆件中的传播速度，需要说明的是应力波在传波过程中由于桩身截面
的非杆性体特性，因而将会引起三维效应和横向惯性效应，给动测资料带来一定的不单一性。
图1所示，在桩顶激振后，由于质点的振动引起应力波往下传播，
当遇到阻抗(RA)界面时，将产生反射和透射，根据界面连续条件和
牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度，应力均应相等。

由波阵面动量守恒条件：

反射系数
透射系数
⑴ 当桩底为支承桩，胶结良好，波阻抗近似不变时，则时，由⑷，⑸可知应力波为全透射，无反射信号，一般看不到桩底反射。但先决条件是激振的能量充分影响到桩底情况下。
⑵ 当界面上从高阻抗进入低阻抗时（），如磨擦桩的桩底、断裂、离析、缩径等缺陷。
，则，，由⑷式可知与异号，下行的压缩波，上行的拉力波，由⑸式可知与符号一致，反射波与入射波同相。
当桩底存在沉渣或桩身完全断裂情况下，则，此时由⑷，⑸式可得出则桩底处于应力为零，速度加倍。
⑶ 当界面上从低阻抗进入高阻抗时，如扩径桩或嵌入高阻抗的嵌岩桩，此时由于则，由⑷，⑸式可知与同号，反射应力同入射的压缩波，而与相反，反射波与入射波同相。
三．曲线解析

㈠完整桩
一般完整桩在时程曲线上的反应：对于摩擦桩和嵌岩桩表现有三种情况：桩底反射与初始入射波同相；桩底反射不明显,以及桩底反射与初始入射波先反相后同相。如图所示：
图2：该状为径0.37m，桩长8m的振动沉管桩，设计砼强度等级C25,设计承载力为600KN,经测试后桩底反射明显,Vp值为3400m/s,经静荷载试验加载1216KN时,桩累计沉降量为7.63mm,卸载后桩顶回弹量为2.74mm,桩的残佘沉降为4.62mm，属完整桩。

图2 完整桩波形图
图3：该桩为桩径1.0 m，桩长30.3m钻孔桩，桩身完整,波速在3700m/s,砼设计强度C30,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.

图3 完整桩波形图
图4：该桩为桥梁桩，钢筋笼到底，32#桩桩身完整，33#桩2.5m处局部扩径，5m处局部扩径；29#桩1-3m处扩径，3.5m处回缩至正常桩径，三桩桩底反射明显。

图4 完整桩波形图
图5：该桩设计桩径φ1.2m, 长53m,C25,进入中风化，二桩桩身完整，桩底反射明显。0-4号Vp=3598m/s,桩底呈同相反射，有沉渣; 0-7号桩Vp=3549m/s, 桩底呈反相反射，嵌岩较好。

图5 完整桩波形图
图6：该桩径1.4m，桩长26m钻孔桩，桩身完整，23m处为砂卵石层，孔壁坍塌，造成扩径，呈反向反射，但未见桩低反射，下图曲线在23m呈反相扩径，並可见26m处桩底反射。波速Vp=3400-3500m/s。

图6完整桩波形图
图7：该桩径1m，桩长34m钻孔桩，桩土作用在时域波形中有明显反映，0-13m为粉质黏土，13-31m为淤质黏土，31-32m含砾黏土，32-33.5m强风化，33.5m以上中风化。曲线完整,桩底反相,说明嵌岩良好．

图7 完整桩波形图
图8：该桩径1.2m,桩长26m，砼强度C25。桩尖持力于微风化安山粉岩2m，距桩头10-20m的地层较好，曲线上抬，桩底反射与入射波呈同相，说明有沉渣，波速在3500m/s，其桩身完整。

图8 完整桩波形图

㈡缩径桩
缩径桩在时程曲线上的反映比较规则，缩径部位的缺陷呈先同相后反相，或仅见到同相反射的信号，视严重程度，可能有多次反射，此类缺陷桩一般可见桩底信号。如图所示：
图9：该桩径为1m，桩长56m钻孔桩，地质条件为20m上部为粉砂，下部为淤泥。从曲线分析4m左右扩径，19.5m左右缩径和地层界面的综合反映。经取芯岩性在19m处取得岩性一侧夹泥，是缩径所致。

图9 缩径桩波形图

图10：该桩径0.43m，桩长18m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，其原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10缩径桩波形图
图11：该桩径0.6m，桩长19.2m钻孔桩。桩头有约4m护筒，直径1.0m，在护筒底部有800mm缩径明显，并在5m处扩径，可见2次反射，桩底反射明显，计算Vp＝3650m/s判别属于正常完整Ⅰ类桩。

图11缩径桩波形图
图12：该桩径1.5m，桩长44.5m钻孔桩。桩设计混凝土强度C25,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，解释人员误认为传感器黏结引起的正常振荡而判为Ⅰ类，经证实在2.2m左右桩身严重缺陷（夹泥），应属于Ⅲ类，后凿去桩头缺陷上部段，重新接桩。

图12 夹泥桩波形图
图13：该桩径0.8m，桩长33m钻孔桩。设计强度C25,通长钢筋笼，初测在60-90公分处有较强同相反射,经开挖在60-80cm处细粉砂夹泥，范围占桩径1/2，开凿后再复测，波形正常,桩完整。

图13 缩径桩波形图

㈢扩径桩
扩径桩在曲线上反射波形较为规则，扩径处的反射子波呈反相，或先反相后续同相，也可能有多次反射，一般情况看到桩底反射。如图所示：
图14：下图桩径为0.38m，桩长8.5m夯扩桩。设计C25，设计极限承载力900KN，经测试52号桩底曲线无反相显示，表明夯扩无效，经静压承载力为480KN;7号桩桩底反相不相显，表明夯扩欠佳，经静压极限承载力760KN;10号桩底呈反相，说明夯扩较好，静压极限承载力950KN。

图14 扩径桩波形图
图15：该桩径1.0m，桩长26m，混凝土强度C25,R3-2桩：波形规则,可见桩底反射,为I类桩,但对R3-1 桩测试,发现在17m左右严重扩径,约20m处有同相反射(似桩底)，见不到桩底反射,经了解查实,钻孔至18m时，因发现塌孔无法钻进，施工单位把测绳剪去6m通过验深，使验孔深时末发现,被动测查出,定为III类.

图15扩径桩波形图
图16：该桩径1.2m，桩长18.3m，桩强度C25。在灌注桩成桩过程中由于孔口偏位校正而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。从测试波形可见2-5m严重扩径。并出现多次反射。取芯验证桩身完整.．砼强度滿足设计要求。

图16扩径桩波形图

㈣离析桩
由于离析部位的混凝土松散，对应力波能呈吸收较大，形成的缺陷子波不规则后续信号杂乱，而且频率较低，波速偏小，一般不易见到桩底反射。如图所示：
图17：钢筋φ20×12，在灌注到7m时因缺水泥停灌12h，后经处理重灌至设计标高。采用二台仪器动测均在3.05ms处（4.8m）有明显同向反射,伴有二次反射,经抽芯5m处离析。

图17 离析桩波形图
图18：该桩在距桩顶3m处扩径，6m处为扩径的二次反射并叠加有桩身缺陷，充盈系数达1.24,地质资料该处为软塑及流塑亚粘土分界面，经取芯:桩中心部采取率低，二侧钻孔采取率达90%。

图18离析桩波形图
图19：该桩径1.0m，护筒1.2m，h=2.0m，桩长45m，设计C30，在测试中发现14.8ms处明显呈低频同相反射，属离析反映，经监理反映在该处。由于事故，导管无法拔出拆断，另下导管灌注（停工半天）形成离析面。桩底无法见得，经钻二孔均存在离析面，后高压注浆处理。

图19离析桩波形图
图20：桩径1.2m，桩长22.5m，冲抓桩测试在4m左右扩径，自7m后呈低频振荡，判为离析，桩底无反应，经取芯后证实在7.5m-10.4m胶结不良，取芯率7.5-8.5m为30%，8.5-10.4m为53%，其它部位均密实，后采用二孔高压注浆处理。

图20离析桩波形图
㈤断裂桩
由于在断裂处波阻抗的突变，故形成有以下三种情况：上部断裂往往呈高频多次同相反射、反射波率值较高，衰减较慢；中部断裂反映为多次同相反射，缺陷的反射波幅值较低；而深部断裂波形反映下，类似摩擦桩桩底反射，但算得的波速明显高于正常桩的波速。如图所示：
图21：桩为预制空芯管桩，采用锺击式，桩长10m。设计承载力350kN，测试后发现1m左右有明显的
同向反射，并呈多次，判为断裂（Ⅲ类），经开挖桩身完整，再次了解该桩头1.2 m深进行灌注实芯混凝
土,下部为空芯,子波多次反射属截面积（A）的突变引起波阻抗(ρ.C.A)变化。应为ｌ类桩，而下图的管桩头部无混凝土灌注，波形呈完整形。

图21 断裂桩波形图

图22：该桩径0.7m,长54.9m,砼强度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桐反射，经开挖在1.6m处裂，曲线呈多次同相等距反射。

图22 断裂桩波形图

图23：码头均采用打入预制桩.该桩为0.5×0.5的预制桩，强度c45,桩头离海底入土距离13m,原测试为完稳桩,后被油船碰撞致使桩头偏位1m多,经重复测试在14m处有强同相反射,同时虽多次反射,故判Ⅳ类断桩。

图23断裂桩波形图
图24：某在建造水泥储窑圆形桩基础（96根桩），桩径0.8m，桩长30m钻孔桩。测试发现西北角10根桩动测波形2.8ms(5m左右)呈多次反射，开挖见4.8-5.0m处断，原因为成桩20天时北侧堆土造成土体挤压剪切造成断桩。

图24 断裂桩波形图
图25：该桩径0.4m，桩长16m沉管桩。桩设计C20，钢筋笼长度4.5m，承载力450Kn，经测试在1.4m处有强的同向多次反射，衰减慢，无桩底反射，判为2.8m处断，后开挖2.85m处断裂。属机械开挖是受损之故。

图25断裂桩波形图

㈥脱焊虚焊等不良焊接桩
预制桩和管桩的焊接质量及成桩时由于受损造成焊接处表现为有同相反射，严重时难以见到下部位较大的缺陷或桩底反射。如图所示：
图26：该桩为PHC管桩，桩径0.6m，壁厚10cm，桩长54m（10+10+10+11+12），在5.09ms处有同向反射，判为11m处，说明第一节打裂，焊接点脱焊。

图26 断裂桩波形图

图27：下图在9.72ms处有明显的同相反射，9.72×4250÷2＝21m处，说明第一节完好，第二节由于打桩使焊接点打脱裂，造成同相反射，下部无信号。

图27 断裂桩波形图

㈦钢筋笼长度
有时为了监理的需要，对桩身的钢筋笼长度需要测试和验证，桩中的钢筋笼长度检测波形如下图：
图28：该桩砼强度C25,桩长18m,要求对钢筋笼长度进行检测,经测试Δt=2.25ms，
算得钢筋长度5.7m，实际钢筋长度为6m，误差5%。

图28断裂桩波形图

图29：桩为桩内钢筋笼长度是否达到设计要求（4×6m= 24m）进行测试，室内测得钢筋Vp＝
5050m/s，实地测得单钢筋多次反射，时间为等距Δt＝7.15ms，求得钢筋笼长度为L＝5050×7.15
×10-3÷2=18.05m。

图29断裂桩波形图
㈧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，曲线反应为入射波峰较低而且脉冲较缓，而且后续波形呈低频，此类现象均属桩头强度偏低。如图所示：

图30：该桩径1.2m，桩长45m，桩设计混凝土强度等级为C25,经测试发现曲线呈低频振荡，其应力波在桩头开始无按一维杆件的传播特征,判为桩头浅部强度低或局部离柝，经取芯验证，0---1m岩芯松散，1---2.7m岩芯有气孔,强度低,2.7m以后岩芯强度达到要求，芯样完整。

图30 桩头疏松波形图
图31：该桩径0.8m，桩长33m钻孔桩。设计混凝土强度C25，通长钢筋笼.初测时桩头疏松，曲线呈低频型.明显反映为弹性波传播呈慢速，经开凿桩头松散,凿去1-2m后，再进行复测桩身完整，曲线正常，为Ⅰ类桩。

图31 桩头疏松波形图
四、结束语：
基桩的低应变动力检测及对资料的分析是一门诊断学科，它在分析桩身应力波传播特征的基础上结合地质条件，施工工艺等多种因素，判断其完整性和质量类别。其各环节均十分重要。特别应做到：
1、重视工程桩现场检测的每个环节：如桩头的处理、传感器的安置、激发点的位置、激
发能量，激发脉冲宽度，以及仪器参数的科学设置等等。
2、重视地层、地质环境特别是地层界面对应力波传波的影响，以避免不必要的误判。
3、重视施工记录的分析，对施工中的混凝土充盈系数，灌注时间、钢筋笼规格，拔管速
度，以及预制桩节头焊接工艺、最终压力值、锤击数等均应仔细的分析。
综上所述：只有取得真实工程桩的应力波传播的特征曲线并结合各种因素来综合判断得出真实的科学结论，才是一个测试工作者的应有的素质。

注：原帖无图表