低應變反射波時程曲線分析

1、工程樁低應變反射波時程曲線解析 主主 講講 趙竹占趙竹占2003.12 2003.12 photo by baueror also like that?small hammer impact deviceaccelerometer measures response(defect)方法原理方法原理 反射波法是以應力波在樁身中的傳播特征為理論基礎，當應力波在假反射波法是以應力波在樁身中的傳播特征為理論基礎，當應力波在假定的一維均質桿件（樁）中傳播時，其縱向的振動微分方程為：定的一維均質桿件（樁）中傳播時，其縱向的振動微分方程為：trivvvtriiaa2222221tcxuu方法原理方法原理由波

2、陣面動量守恒條件：由波陣面動量守恒條件：221111ccctritrivzvvz21方法原理方法原理 iirfvzzzzvv2112/itntvzzzvv2111/21111acz2222acz111222acacn方法原理方法原理反射系數(shù)反射系數(shù) 透射系數(shù)透射系數(shù) nnf11nt12111222acacn方法原理方法原理當樁底為支承樁，膠結良好，波阻抗近似不變時，當樁底為支承樁，膠結良好，波阻抗近似不變時， 21zz 時，由，可知 1n0f1t0rrv應力波為全透射，無反射信號，一般看不到樁底反射。但先決條應力波為全透射，無反射信號，一般看不到樁底反射。但先決條件是激振的能量充分影響到樁底情

3、況下。件是激振的能量充分影響到樁底情況下。則則方法原理方法原理 當界面上從高阻抗進入低阻抗時（當界面上從高阻抗進入低阻抗時（ ），如磨擦樁的樁底、斷裂、），如磨擦樁的樁底、斷裂、 離析、縮徑等缺陷。離析、縮徑等缺陷。 ，則則 ， ， 由式可知由式可知 與與 異號，下行的壓縮波，上行的拉力波，由式可知異號，下行的壓縮波，上行的拉力波，由式可知 與與 符號一致，反射波與入射波同相。符號一致，反射波與入射波同相。 21zz 21zz 1 n0f0trirviv方法原理方法原理 當界面上從低阻抗進入高阻抗時當界面上從低阻抗進入高阻抗時 ，如擴徑樁或嵌入高阻抗的，如擴徑樁或嵌入高阻抗的嵌巖樁，此時由于嵌

4、巖樁，此時由于 則則 ，由，式可知，由，式可知 與與 同號，反射應力同入射的壓縮波，而同號，反射應力同入射的壓縮波，而 與與 相反，反射波與入射波反相。相反，反射波與入射波反相。 21zz1n0frirviv21zz曲線解析曲線解析 一、完整樁一、完整樁 一般完整樁在時程曲線上的反應： 對于摩擦樁和嵌巖樁表現(xiàn)有三種情況：樁底反射與初始入射波同相；樁底反射不明顯,以及樁底反射與初始入射波先反相后同相。 如圖所示： 圖圖1：該狀徑該狀徑.377mm，樁長樁長8m的振動沉管樁，設計砼強度等級的振動沉管樁，設計砼強度等級c25,設計承載力為設計承載力為600kn,經測試后樁底反射明顯經測試后樁底反射明

5、顯,vp值為值為3400m/s,經靜荷載試驗加載經靜荷載試驗加載1216kn時時,樁累計沉降量為樁累計沉降量為7.63mm,卸載后樁頂回彈量為卸載后樁頂回彈量為2.74mm,樁的殘佘沉降為樁的殘佘沉降為4.62mm，屬完整樁。屬完整樁。圖1 完整樁波形圖 圖圖2：該樁為樁徑：該樁為樁徑1000m m，樁長樁長30.3m鉆孔樁，樁身完整鉆孔樁，樁身完整,波速在波速在3700m/s,砼設計強度砼設計強度c30,在在8m以前以前曲線下降曲線下降,為粉砂土較好地層反應為粉砂土較好地層反應,樁底反射與入射同相樁底反射與入射同相,樁底反射明顯樁底反射明顯.圖2 完整樁波形圖 圖圖3：該樁為橋梁樁，：該樁為

6、橋梁樁，800mm，樁長樁長25.5m。 樁身完整樁身完整,波速在波速在3500-3600m/s，砼設砼設計強度計強度c30，在在m后曲線下降，為粉砂土較好地層反應后曲線下降，為粉砂土較好地層反應,樁底反射與入射同相，樁底反映明顯。樁底反射與入射同相，樁底反映明顯。 圖3 完整樁波形圖 圖圖4：該樁設計樁徑：該樁設計樁徑1200mm, 長長53m,c25,進入中風化，二樁樁身完整，樁底反射明顯。進入中風化，二樁樁身完整，樁底反射明顯。0-4號號vp=3598m/s,樁底呈同相反射，有沉渣樁底呈同相反射，有沉渣; 0-7號樁號樁vp=3549m/s, 樁底呈反相反射，樁底呈反相反射，嵌巖較好。嵌

7、巖較好。 圖4 完整樁波形圖 圖圖5 5：該樁徑：該樁徑14001400mmmm，樁長樁長2626m m鉆孔樁，樁身完整，鉆孔樁，樁身完整，2323m m處為砂卵石層，孔壁坍塌，造成擴徑，處為砂卵石層，孔壁坍塌，造成擴徑， 呈反向反射，但未見樁低反射呈反向反射，但未見樁低反射，下圖曲線在圖曲線在2323m m呈反相擴徑，並可見呈反相擴徑，並可見2626m m處樁底反射。處樁底反射。 波速波速=3400-3500m/s=3400-3500m/s。圖5 完整樁波形圖 圖圖6：該樁徑：該樁徑1000mm，樁長樁長34m鉆孔樁，樁土作用在時域波形中有明顯反映，鉆孔樁，樁土作用在時域波形中有明顯反映，0

8、-13m為為 粉質黏土，粉質黏土，13-31m為淤質黏土，為淤質黏土，31-32m含礫黏土，含礫黏土，32-33.5m強風化，強風化，33.5m以上以上 中風化。曲線完整中風化。曲線完整,樁底反相樁底反相,說明嵌巖良好說明嵌巖良好圖6 完整樁波形圖 圖圖7：該樁徑：該樁徑1200mm,樁長樁長26m，砼強度砼強度c25。樁尖持力于微風化安山粉巖樁尖持力于微風化安山粉巖2m，距樁頭距樁頭10-20m的地層較好，曲線上抬，樁底反射與入射波呈同相，說明有沉渣，波速在的地層較好，曲線上抬，樁底反射與入射波呈同相，說明有沉渣，波速在3500m/s，其樁身完整。其樁身完整。 圖7 完整樁波形圖曲線解析曲線

9、解析二、縮徑樁二、縮徑樁 縮徑樁在時程曲線上的反映比較規(guī)則，縮徑部位的缺陷呈先同相后反相，或僅見到同相反射的信號，視嚴重程度，可能有多次反射，此類缺陷樁一般可見樁底信號。如圖所示： 圖圖8 8：該樁徑為：該樁徑為10001000mmmm，樁長樁長5656m m鉆孔樁，地質條件為鉆孔樁，地質條件為2020m m上部為粉砂，下部為淤泥。從曲上部為粉砂，下部為淤泥。從曲線分析線分析4 4m m左右擴徑，左右擴徑，19.519.5m m左右縮徑和地層界面的綜合反映。經取芯巖性在左右縮徑和地層界面的綜合反映。經取芯巖性在1919m m處取得巖性一側處取得巖性一側夾泥，是縮徑致。夾泥，是縮徑致。圖8 縮徑

10、樁波形圖 圖圖9：該樁徑：該樁徑426mm，樁長樁長18m沉管樁。鋼筋籠長沉管樁。鋼筋籠長6m，設計承載力標準值設計承載力標準值320kn,經測試經測試:樁身樁身6.5-7m處存在縮徑或局部離析，其原因成樁時拔管太快所致，說明鋼筋籠底部存在缺陷，處存在縮徑或局部離析，其原因成樁時拔管太快所致，說明鋼筋籠底部存在缺陷，但樁底基本可見，屬但樁底基本可見，屬類樁。類樁。圖9 縮徑樁波形圖 圖圖10：該樁徑：該樁徑600mm，樁長樁長19.2m鉆孔樁。樁頭有約鉆孔樁。樁頭有約4m護筒，直徑護筒，直徑1.0m，在護筒底部在護筒底部有有800mm縮徑明顯，并在縮徑明顯，并在5m處擴徑，可見處擴徑，可見2次

11、反射，樁底反射明顯，計算次反射，樁底反射明顯，計算vp3650m/s判判別屬于正常完整別屬于正常完整類樁。類樁。圖10 縮徑樁波形圖 圖圖11：該樁徑：該樁徑1500mm，樁長樁長44.5m鉆孔樁。樁設計混凝土強度鉆孔樁。樁設計混凝土強度c25,測試時發(fā)生在測試時發(fā)生在2m處同處同向子波反射幅值高于初至波，并有后繼的多次反射，解釋人員誤認為傳感器黏結引起的正常向子波反射幅值高于初至波，并有后繼的多次反射，解釋人員誤認為傳感器黏結引起的正常振蕩而判為振蕩而判為類，經證實在類，經證實在2.2m左右樁身嚴重缺陷（夾泥），應屬于左右樁身嚴重缺陷（夾泥），應屬于類，后鑿去樁頭缺類，后鑿去樁頭缺陷上部段，

12、重新接樁。陷上部段，重新接樁。 圖11 夾泥樁波形圖 圖圖12：該樁徑：該樁徑800mm，樁長樁長33m鉆孔樁。設計強度鉆孔樁。設計強度c25,通長鋼筋籠，初測在通長鋼筋籠，初測在60-90公公分處有較強同相反射分處有較強同相反射,經開挖在經開挖在60-80cm處細粉砂夾泥，范圍占樁徑處細粉砂夾泥，范圍占樁徑1/2，開鑿后再復測，波，開鑿后再復測，波形正常形正常,樁完整。樁完整。圖12 縮徑樁波形圖曲線解析曲線解析三、三、 擴徑樁擴徑樁 擴徑樁在曲線上反射波形較為規(guī)則，擴徑處的反射子波呈反相，或先反相后續(xù)同相，也可能有多次反射，一般情況看到樁底反射。如圖所示： 圖圖13：下圖樁徑為：下圖樁徑為

13、377mm，樁長樁長8.5m夯擴樁。設計夯擴樁。設計c25，設計極限承設計極限承載力載力900kn，經測試經測試52號樁底曲線無反相顯示，表明夯擴無效，經靜壓承載力為號樁底曲線無反相顯示，表明夯擴無效，經靜壓承載力為480kn; ;7號樁樁底反相不相顯，表明夯擴欠佳，經靜壓極限承載力號樁樁底反相不相顯，表明夯擴欠佳，經靜壓極限承載力760kn; ;10號樁號樁底呈反相，說明夯擴較好，靜壓極限承載力底呈反相，說明夯擴較好，靜壓極限承載力950kn。 圖13 擴徑樁波形圖 圖圖14：該樁徑：該樁徑1000mm，樁長樁長26m，混凝土強度混凝土強度c25,r3-2樁：波形規(guī)則樁：波形規(guī)則,可見樁底反

14、射可見樁底反射,為為i類樁類樁,但對但對r3-1 樁測試樁測試,發(fā)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在17m左右嚴重擴徑左右嚴重擴徑,約約20m處有同相反射處有同相反射(似樁底似樁底)，見不到樁底，見不到樁底反射反射,經了解查實經了解查實,鉆孔至鉆孔至18m時，因發(fā)現(xiàn)塌孔無法鉆進，施工單位把測繩剪去時，因發(fā)現(xiàn)塌孔無法鉆進，施工單位把測繩剪去6m通過驗深，使驗通過驗深，使驗孔深時末發(fā)現(xiàn)孔深時末發(fā)現(xiàn),被動測查出被動測查出,定為定為iii類類. 圖14 擴徑樁波形圖 圖圖1515：該樁徑：該樁徑12001200mmmm，樁長樁長18.318.3mm，樁強度樁強度c25。在灌注樁成樁過程中由于孔口偏位校正在灌注樁成樁過程中由于

15、孔口偏位校正而使樁淺部擴大造成擴徑。實際灌入混凝土而使樁淺部擴大造成擴徑。實際灌入混凝土33m3。（。（ 設計僅設計僅22m3）。充盈系數(shù)為充盈系數(shù)為1.5。從測。從測試波形可見試波形可見2-5m嚴重擴徑。并出現(xiàn)多次反射。取芯驗證樁身完整砼強度滿足設計要求。嚴重擴徑。并出現(xiàn)多次反射。取芯驗證樁身完整砼強度滿足設計要求。圖15 擴徑樁波形圖曲線解析曲線解析四、四、 離析樁離析樁 由于離析部位的混凝土松散，對應力波能呈吸收較大，形成的缺陷子波不規(guī)則后續(xù)信號雜亂，而且頻率較低，波速偏小，一般不易見到樁底反射。如圖所示： 圖圖1616：鋼筋：鋼筋20201212，在灌注到在灌注到7 7m m時因缺水泥

16、停灌時因缺水泥停灌1212h h，后經處理重灌至設計標高后經處理重灌至設計標高。采用二臺儀器動測均在采用二臺儀器動測均在3.053.05msms處（處（4.84.8m m）有明顯同向反射有明顯同向反射, ,伴有二次反射伴有二次反射, ,經抽芯經抽芯5 5m m處離析。處離析。圖16 離析樁波形圖 圖圖1717：該樁在距樁頂該樁在距樁頂3m處擴徑，處擴徑，6m處為擴徑的二次反射并疊加有樁身缺陷，充盈處為擴徑的二次反射并疊加有樁身缺陷，充盈系數(shù)達系數(shù)達1.24,地質資料該處為軟塑及流塑亞粘土分界面，經取芯地質資料該處為軟塑及流塑亞粘土分界面，經取芯:樁中心部采取率低，二樁中心部采取率低，二側鉆孔采

17、取率達側鉆孔采取率達90%。圖17 離析樁波形圖 圖圖1818：該樁徑：該樁徑10001000mmmm，護筒護筒1.21.2m m，h=2.0mh=2.0m，樁長樁長4545m m，設計設計c30c30，在測試中發(fā)現(xiàn)在測試中發(fā)現(xiàn)14.814.8msms處明顯呈低處明顯呈低 頻同相反射，屬離析反映，經監(jiān)理反映在該處。由于事故，導管無法拔出拆頻同相反射，屬離析反映，經監(jiān)理反映在該處。由于事故，導管無法拔出拆斷，另下斷，另下導管灌注（停工半天）形成離析面。樁底無法見得，經鉆二孔均存在離析面，導管灌注（停工半天）形成離析面。樁底無法見得，經鉆二孔均存在離析面，后高壓注漿處理。后高壓注漿處理。圖18 離

18、析樁波形圖 圖圖19：樁徑：樁徑1200mm，樁長樁長22.5m，沖抓樁測試在沖抓樁測試在4m左右擴徑，自左右擴徑，自7m后呈低頻振蕩，后呈低頻振蕩，判為離析，樁底無反應，經取芯后證實在判為離析，樁底無反應，經取芯后證實在7.5m-10.4m膠結不良，取芯率膠結不良，取芯率7.5-8.5m為為30%，8.5-10.4m為為53%，其它部位均密實，后采用二孔高壓注漿處理。，其它部位均密實，后采用二孔高壓注漿處理。圖19 離析樁波形圖曲線解析曲線解析五、五、 斷裂樁斷裂樁 由于在斷裂處波阻抗的突變，故形成以下三種情況：上部斷裂往往呈高頻多次同相反射、反射波頻率值較高，衰減較慢；中部斷裂反映為多次同

19、相反射，缺陷的反射波幅值較低；而深部斷裂波形，類似摩擦樁樁底反射，但算得的波速明顯高于正常樁的波速。如圖所示： 圖圖2020：樁為預制空芯管樁，采用鍾擊式，樁長：樁為預制空芯管樁，采用鍾擊式，樁長1010m m。設計承載力設計承載力350350knkn，測試后發(fā)現(xiàn)測試后發(fā)現(xiàn)1 1m m左右左右有明顯的同向反射，并呈多次，判為斷裂（有明顯的同向反射，并呈多次，判為斷裂（類），經開挖樁身完整，再次了解該樁頭類），經開挖樁身完整，再次了解該樁頭1.2 1.2 m m深進行灌注實芯混凝土深進行灌注實芯混凝土, ,下部為空芯下部為空芯, ,子波多次反射屬截面積（子波多次反射屬截面積（a a）的突變引起波

20、阻抗的突變引起波阻抗( (.c.a).c.a)變化。應為類樁，而下圖的管樁頭部無混凝土灌注，波形變化。應為類樁，而下圖的管樁頭部無混凝土灌注，波形呈完整形。呈完整形。圖20 斷裂樁波形圖 圖圖21：該樁徑：該樁徑700mm,樁長樁長54.9m,砼強度砼強度c25，由于地下室開挖，造成部分樁斷裂由于地下室開挖，造成部分樁斷裂,樁頭傾樁頭傾斜，經測試曲線呈等距多次同桐反射，經開挖在斜，經測試曲線呈等距多次同桐反射，經開挖在1.6m處裂，曲線呈多次同相等距反射。處裂，曲線呈多次同相等距反射。 圖21 斷裂樁波形圖 圖圖22：碼頭均采用打入預制樁：碼頭均采用打入預制樁.該樁為該樁為0.50.5的預制樁

21、，的預制樁，強度強度c45,樁頭離海底入樁頭離海底入土距離土距離13m,原測試為完穩(wěn)樁原測試為完穩(wěn)樁,后被油船碰撞致使樁頭偏位后被油船碰撞致使樁頭偏位1m多多,經重復測試在經重復測試在14m處有強同相反射處有強同相反射,同時雖多次反射同時雖多次反射,故判故判類斷樁。類斷樁。圖22 斷裂樁波形圖 圖圖23：某在建造水泥儲窯圓形樁基礎（：某在建造水泥儲窯圓形樁基礎（96根樁），樁徑根樁），樁徑800mm，樁長樁長30m鉆孔樁。鉆孔樁。測試發(fā)現(xiàn)西北角測試發(fā)現(xiàn)西北角10根樁動測波形根樁動測波形2.8ms(5m左右左右)呈多次反射，開挖見呈多次反射，開挖見4.8-5.0m處斷，處斷，原因為成樁原因為成樁

22、20天時北側堆土造成土體擠壓剪切造成斷樁。天時北側堆土造成土體擠壓剪切造成斷樁。 圖23 斷裂樁波形圖 圖圖2424：該樁徑：該樁徑377377mmmm，樁長樁長1616m m沉管樁。樁設計沉管樁。樁設計c20c20，鋼筋籠長度鋼筋籠長度4.54.5m m，承載力承載力450450knkn，經測試在經測試在1.41.4m m處有強的同向多次反射，衰減慢，無樁底反射，判為處有強的同向多次反射，衰減慢，無樁底反射，判為2.82.8m m處斷，處斷，后開挖后開挖2.852.85m m處斷裂。屬機械開挖是受損之故。處斷裂。屬機械開挖是受損之故。 圖24 斷裂樁波形圖曲線解析曲線解析六、六、脫焊虛焊等不

23、良焊接脫焊虛焊等不良焊接樁樁 預制樁和管樁的焊接質量及成樁時由于受損造成焊接處表現(xiàn)為有同相反射，嚴重時難以見到下部位較大的缺陷或樁底反射。如圖所示： 圖圖2525：該樁為：該樁為phcphc管樁，樁外徑管樁，樁外徑600600mmmm，壁厚壁厚1010cmcm，樁長樁長5454m m（10+10+10+11+1210+10+10+11+12），），在在5.09ms處有同向反射，判為處有同向反射，判為11m處，說明第一節(jié)打裂，焊接點脫焊。處，說明第一節(jié)打裂，焊接點脫焊。 圖25 脫焊樁波形圖 圖圖26：下圖在：下圖在9.72ms處有明顯的同相反射處有明顯的同相反射，9.724250221m處，說

24、處，說明第一節(jié)完好，第二節(jié)由于打樁使焊接點打脫裂，造成同相反射，下部無信號。明第一節(jié)完好，第二節(jié)由于打樁使焊接點打脫裂，造成同相反射，下部無信號。圖26 脫焊樁波形圖曲線解析曲線解析七、七、鋼筋籠長度鋼筋籠長度 有時為了監(jiān)理或業(yè)主的要求，對混凝土樁的鋼筋籠長度需要測試和驗證，樁中的鋼筋籠長度檢測波形如下圖： 圖圖27：該樁砼強度：該樁砼強度c25,樁長樁長18m,要求對鋼筋籠長度進行要求對鋼筋籠長度進行 檢測檢測,經測試經測試t=2.25ms，算得鋼筋長度算得鋼筋長度5.7m，實際鋼筋長度為實際鋼筋長度為6m，誤差誤差5%。圖27 樁鋼筋長測試波形圖 圖圖28：樁為樁內鋼筋籠長度是否達到設計要求（：樁為樁內鋼筋籠長度是否達到設計要求（46m= 24m）進行測試，室內測得鋼進行測試，室內測得鋼筋筋vp5050m/s，實地測得單鋼筋多次反射，時間為等距實地測得單鋼筋多次反射，時間為等距t7.15ms，求得鋼筋籠長度為求得鋼筋籠長度為l50507.1510-32=18.05m。圖28 樁鋼筋長度測試波形圖曲線解析曲線解析八、樁頭疏松八、樁頭疏松 樁頭浮漿或強度偏低的樁，測試結果無法反映樁的完整性，曲線反應為入射波峰較低而且脈沖較緩，而且后續(xù)波形