洋洋味道洋洋味道姓名：林必挺院系：地球科学与工程学院指导教师：袁宝远2016 年 4 月基于桩基检测的低应变反射波法学号：专业：地质资源与地质工程职称：教授2016年6月一、引言桩基础属于隐蔽性工程, 是建、构筑物重要的组成部分, 其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中, 其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。

因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。

然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等, 常常会出现各种各样的工程缺陷。

尤其是对于混凝土灌注桩, 稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。

缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力, 严重者甚至使单桩丧失承载力。

如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等, 就可以及时采取补救措施, 排除事故隐患。

因此对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义, 是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。

目前,用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、高应变动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。

低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法, 在桩基检测当中得到了广泛的应用。

对于各检测方法的对比如表 1 所示。

表1 各检测方法的对比检测类型有损检测无损检测检测方法静载荷试钻芯检测高应变动测低应变反射超声波透射验法法波法法检测目的单桩承载桩身结构单桩承载力桩身结构完桩身结构完力完整性和桩身结构整性整性完整性检测局限不能区分易斜钻，不能解决桩多解性不能检测桩性破坏模式局部检测强度及沉降身外形畸变问题检测效率低较低一般高较高检测费用高较高较高低较低从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。

具有检测效率高，检测费用低的特点。

二、低应变反射波法检测基本原理低应变反射波法又称锤击法, 是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性, 判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长, 以及估计桩身混凝土强度等。

反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量, 产生一纵向弹性波, 该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面, 如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位, 将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取, 并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度, 据此可以达到检测的目的。

图 1 低应变反射波检测原理根据应力波理论，有如下规律：式中V为质点速度，下标I 、R分别表示入射波、反射波，Z1 、Z2分别为反射界面上下部广义波阻抗（Z1 1C1A1 , Z2 2C2A2, A1 , A2分别为界面上下桩身截面积）1）当桩身无缺陷时，Z2=Z1，V R=0, 桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；（2）当桩身存在缺陷时，Z2 Z1 ，V R与V1与同号，即在实测时域曲线上，反射波与入射波同相；反之，当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时，即Z2 Z1，V R与V1 反号，即在实测实域曲线上，反射波与入射波反相。

三、常见桩基缺陷类型造成桩基出现各种影响其桩身质量和基桩承载能力的缺陷的因素有很多, 如施工工艺不当、成桩方式不合理、地质条件复杂等。

一般来说, 描述桩身缺陷有三个指标—缺陷位置、缺陷性质和缺陷严重程度。

桩身阻抗变化是缺陷的综合体现, 可能是任一种或多种缺陷同时累加的结果, 所以仅根据阻抗的变化是无法确定缺陷性质的, 应根据地质资料、桩型、施工工艺、施工记录、现场条件等综合判断, 必要时可结合钻芯取样法、超声波透射法等其它方法共同判断。

在桩基检测工作中, 常见的缺陷类型有扩径、缩径、裂缝、离析、蜂窝、空洞、夹泥、断桩等。

（1）完整桩：桩身形状规则, 无变径、离析、裂缝、夹泥等缺陷的桩。

（2）扩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显大于设计值的灌注桩。

（3）缩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显小于设计值的灌注桩。

（4）离析桩：外形完整、部分区段呈现蜂窝状结构或松散状态的桩。

离析部分直接影响到桩的强度与承载力情况。

造成桩身离析的原因很多, 如所用材料不合格或配比不合理, 成桩时搅拌不均匀、振捣不密实使得部分区段砂石含量过高等。

5) 断桩：桩身部分截面断裂或者断开的桩。

根据桩身的缺陷程度，可将桩身分为几类，如表 2 所示表 2 桩身完整性分类分类原则桩身完整性分类Ⅰ类桩桩身完整Ⅱ类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥Ⅲ类桩桩身有明显缺陷, 对桩身结构承载力有影响Ⅳ类桩桩身存在严重缺陷一般认为, Ⅰ类桩为优质桩, Ⅱ类桩为合格桩, Ⅲ类桩为经过设计计算分析并采取处理措施之后可以使用的桩, Ⅳ类桩为不合格桩。

四、桩身缺陷的成因分析桩身缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。

其中又以离析、夹泥较为常见。

一般情况下, 桩基出现质量问题, 主要是因为在勘察、设计、施工时等阶段中存在问题, 或者是因为在桩基工程完工后外部环境、使用条件等发生变化对桩基造成损坏。

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。

常规因素（1）勘察阶段的问题各种现场及人为因素的影响, 使得勘察报告中提供的诸如地质剖面图、钻孔柱状图以及土的各项物理力学指标和建议设计参数不准确（2）设计阶段的问题设计人员个人习惯、设计能力等造成桩基础选型不当、设计参数选取不当（3）施工阶段的问题：材料选取不当或施工管理不当, 施工方法、施工工序安排不合理,施工过程控制不严格,质量检验不到位,各种施工人员、施工机械和施工时所处季节、天气等自然因素, 造成桩基础出现质量问题。

（4）环境因素的影响：临近地区基坑开挖、地面大面积堆载、上层结构荷载、重型机械行进、相邻桩挤土效应等, 也会影响到桩基础的质量。

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）在灌注时护桶下部软弱层在混凝土上翻时，将桩周土或卷入桩身，造成夹泥。

（4）灌注时，由于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，导致混凝土欠灌，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，进行接桩处理。

（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。

五、桩基缺陷典型曲线特征（1）完整桩完整桩的振动反应曲线规则而圆滑, 入射波和反射波信号较明显, 无子波反射, 波列纯净。

摩擦型桩反射波信号与入射波初始相位相同,但如果锤击能量不够, 当桩长过长时可能无桩端反射信号。

端承型桩反射波与入射波信号反相，如图 2 所示。

图 2 典型完整桩波形2）扩径桩一般扩径桩反射波曲线不太规则, 桩端反射和桩间反射明显。

存在多次反射时第一次反射波和入射波反相, 第二次同相。

反射波的表现随着扩径形态的不同而各有差异。

如图3 所示。

图 3 典型扩径桩波形（3）缩径桩一般缩径桩波形清晰、完整、直观、不规则, 第一次反射时反射波与入射波同相第二次反射时反相,有明显的桩底反射和桩间同相位子波反射，如图 4 所示。

图 4 典型缩径桩波形（4）离析桩离析桩波形曲线不规则, 有桩底反射和桩间同相位子波反射,但是比缩径桩弱。

另外其波形与缩径桩有相似之处, 即第一次反射时反射波与入射波同相, 第二次反射时反相。

由于离析差异区段混凝土密实度差, 离析程度不均匀,入射波在缺陷部位会发生复杂的反射、折射、散射、透射等,所以其波形很乱, 有时甚至没有明显的桩底反射和桩间同相位子波反射，如图 5 所示。

图 5 典型离析桩波形（5）断桩波形规则,呈尖峰状,波列整齐,有多次反射,无桩底反射,如图6所示。

图 6 典型断桩波形六、缺陷桩处理缺陷桩处理常用方法有扩大承台、原位复桩、接桩、桩芯凿井法、补桩、补强，改变施工方法，修改设计方案等。

下面结合事故发生的原因分别介绍几种方法的应用情况。

（1）扩大承台（梁）法。

a. 桩位偏差过大，原设计的承台（梁）断面宽度满足不了规范要求，此时采用扩大承台（梁）来处理。

b. 考虑桩基共同作用，当单桩承载力达不到设计要求，可用扩大承台（梁）并考虑桩与天然地基共同分组上部结构荷载的方法。

需要注意的是在扩大承台（梁）断面宽度的同时，适当加大承台（梁）的配筋。

（2）原位复桩。

对在施工过程中及时发现和检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底处理。

此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。

（3）接桩。

确定接桩方案，首先对桩进行声测，确定好混凝土的部位。

其次，根据设计提供的地质资料确定井点，降水-开挖-20# 素混凝土进行护壁，护壁内用钢筋箍圈进行加固。

第三，挖至合格数处利用人工凿毛，按挖孑L 法混凝土施工方法进行混凝土的浇注。

（4）桩芯凿井法。

这种方法做起来比较困难，即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一井，深度至少超过缺陷部位，然后封闭清洗泥沙，放置钢筋笼，用挖孑施工方L 混凝土法浇筑膨胀混凝土。

（5）接桩法。

当成桩后桩顶标高不足时，常采用接桩法处理，方法有以下两种：a. 开挖接桩挖出桩头，凿去混凝土浮浆及松散层，并凿出钢筋，整理与冲洗干净后用钢筋接长，再浇混凝土至设计标高。

b. 嵌入式接桩当成桩中出现混凝土停浇事故后，清除已浇混凝土有困难时，可采用此法。

（6）补桩法。

桩基承台（梁）施工前补桩，如钻孔桩距过大，不能承受上部荷载时，可在桩与桩之间补桩。

（7）钻孔补强法。

此法适应条件是桩身混凝土严重蜂窝、离析、松散、强度不够及桩长不足，桩底沉渣过厚等事故，常用高压注浆法来处理。

a. 桩身混凝土局部有离析、蜂窝时，可用钻机钻到质量缺陷下一倍桩径处，进行清洗后高压注浆。

b. 桩长不足时，采用钻机钻至设计持力层标高；对桩长不足部分注浆加固。

（8）改变施工方法。

桩基事故有些是因为施工顺序错误或方式工艺不当所造成，处理时一方面对事故桩采取适当的补救措施；另一方面要改变错误的施工方法，以防止事故的发生。

常用的方法有以下两种：a. 改变成桩施工顺序：如桩布置太密不便施工时，可采用间隔成桩法。