低應(yīng)變反射波法

1、地基與基礎(chǔ)工程質(zhì)量檢測課程報(bào)告題目：基于樁基檢測的低應(yīng)變反射波法號：業(yè)：地質(zhì)資源與地質(zhì)工程稱： 教授姓 名：林必挺 學(xué)院 系：地球科學(xué)與工程學(xué)院專指導(dǎo)教師：袁寶遠(yuǎn) 職2016年6月2016年4月基于樁基檢測的低應(yīng)變反射波法一、引言樁基礎(chǔ)屬于隱蔽性工程，是建、構(gòu)筑物重要的組成部分，其作用在于將上部結(jié) 構(gòu)荷載傳遞到樁周及下部較好地層中，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全與 穩(wěn)定。因此樁基對工程質(zhì)量起著不容忽視且不可替代的作用。然而在實(shí)際中由于現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜、施工工藝以及施工中對施工質(zhì)量控制不當(dāng)?shù)龋３?huì)出現(xiàn)各種各樣的工程缺陷。尤其是對于混凝土灌注樁，稍有不慎就容易造成諸如擴(kuò)徑、 縮徑、夾泥、離析

2、、空洞、斷樁等影響樁基安全使用的各種質(zhì)量問題。缺陷的存 在必然不同程度地影響到樁基承載力，嚴(yán)重者甚至使單樁喪失承載力。如果能事 先較為準(zhǔn)確地判斷出樁身缺陷類型及嚴(yán)重程度、缺陷位置等，就可以及時(shí)采取補(bǔ) 救措施,排除事故隱患。因此,對單樁承載力檢測以及樁身的完整性檢測對樁基工 程來說就具有極為重要的意義，是任何情況下都決不可忽視的至關(guān)重要的隱蔽工 程驗(yàn)收手段。目前,用于樁身質(zhì)量完整性檢測的方法主要有靜載荷試驗(yàn)、鉆芯檢測法、高 應(yīng)變動(dòng)測法、低應(yīng)變反射波法、超聲波透射法等。低應(yīng)變反射波法是在這種工程 需要和技術(shù)發(fā)展的背景下發(fā)展起來的一種對樁身結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評價(jià)的動(dòng)測方 法,具有操作簡單、快速、經(jīng)濟(jì)而且

3、能無破損檢驗(yàn)樁身質(zhì)量等多方面優(yōu)點(diǎn)，是目前 樁基質(zhì)量檢測規(guī)范首推的樁身完整性檢測方法，在樁基檢測當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng) 用。對于各檢測方法的對比如表1所示。表1各檢測方法的對比檢測類型檢測方法檢測目的檢測局限性有損檢測無損檢測靜載荷試驗(yàn)單樁承載力不能區(qū)分破鉆芯檢測法樁身結(jié)構(gòu)完 整性易斜鉆，局高應(yīng)變動(dòng)測法 單樁承載力和 樁身結(jié)構(gòu)完整 性不能解決樁強(qiáng)低應(yīng)變反射波法樁身結(jié)構(gòu)完整性多解性超聲波透射法樁身結(jié)構(gòu)完整 性不能檢測樁身壞模式部檢測度及沉降問題外形畸變檢測效率低較低一般高較咼檢測費(fèi)用高較高較高低較低從上表可以看出，綜合比較小低應(yīng)變反射波法作為一種無損檢測,可用于檢 測樁身結(jié)構(gòu)的完整性。具有檢測效率高，

4、檢測費(fèi)用低的特點(diǎn)。二、低應(yīng)變反射波法檢測基本原理低應(yīng)變反射波法又稱錘擊法，是以一維彈性桿應(yīng)力波波動(dòng)理論為理論基礎(chǔ)的 無損檢測方法，適用于檢測樁身完整性，判斷樁身缺陷類型、位置及嚴(yán)重程度等， 核對樁長，以及估計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等。反射波法基本原理可如下圖表示在樁頂 部位進(jìn)行豎向激振，給樁一定的能量，產(chǎn)生一縱向彈性波，該波沿樁身向下傳播， 當(dāng)傳至樁身明顯波阻抗有差異的界面，如擴(kuò)縮徑、嚴(yán)重離析、斷樁、樁底等部位, 將相應(yīng)地產(chǎn)生反射波反射信號可通過樁頂?shù)膫鞲衅魇叭?，并經(jīng)放大、濾波、數(shù)據(jù) 處理,我們可進(jìn)而根據(jù)處理結(jié)果計(jì)算彈性波在樁身各部位的傳播速度，據(jù)此可以達(dá)到檢測的目的。圖1低應(yīng)變反射波檢測原理根據(jù)應(yīng)

5、力波理論，有如下規(guī)律：式中V為質(zhì)點(diǎn)速度，下標(biāo)I、R分別表示入射波、反射波，乙、乙分別為反 射界面上下部廣義波阻抗（乙iGA , Z2 2C2A, A! ,A分別為界面上下樁身 截面積）。（1）當(dāng)樁身無缺陷時(shí)，乙=乙，Vr=0 ,樁身內(nèi)部不存在反射波，只存在樁底反射 波；（2）當(dāng)樁身存在缺陷時(shí)，Z2乙，Vr與V與同號，即在實(shí)測時(shí)域曲線上，反射波與入射波同相；反之，當(dāng)樁身存在擴(kuò)徑等原因而使波阻抗增大時(shí)，即Z2乙，Vr與Vi反號，即在實(shí)測實(shí)域曲線上，反射波與入射波反相。三、常見樁基缺陷類型造成樁基出現(xiàn)各種影響其樁身質(zhì)量和基樁承載能力的缺陷的因素有很多，如施工工藝不當(dāng)、成樁方式不合理、地質(zhì)條件復(fù)雜等。

6、一般來說，描述樁身缺陷有三個(gè)指標(biāo)一缺陷位置、缺陷性質(zhì)和缺陷嚴(yán)重程度。樁身阻抗變化是缺陷的綜合體 現(xiàn),可能是任一種或多種缺陷同時(shí)累加的結(jié)果 ，所以僅根據(jù)阻抗的變化是無法確 定缺陷性質(zhì)的，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料、樁型、施工工藝、施工記錄、現(xiàn)場條件等綜合 判斷,必要時(shí)可結(jié)合鉆芯取樣法、超聲波透射法等其它方法共同判斷。在樁基檢 測工作中，常見的缺陷類型有擴(kuò)徑、縮徑、裂縫、離析、蜂窩、空洞、夾泥、斷 樁等。（1）完整樁：樁身形狀規(guī)則，無變徑、離析、裂縫、夾泥等缺陷的樁。（2）擴(kuò)徑樁：成樁后樁身部分區(qū)段截面明顯大于設(shè)計(jì)值的灌注樁。（3）縮徑樁：成樁后樁身部分區(qū)段截面明顯小于設(shè)計(jì)值的灌注樁。（4） 離析樁：外形完整

7、、部分區(qū)段呈現(xiàn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)或松散狀態(tài)的樁。 離析部分 直接影響到樁的強(qiáng)度與承載力情況。造成樁身離析的原因很多，如所用材 料不合格或配比不合理，成樁時(shí)攪拌不均勻、振搗不密實(shí)使得部分區(qū)段砂 石含量過高等。（5）斷樁：樁身部分截面斷裂或者斷開的樁。根據(jù)樁身的缺陷程度，可將樁身分為幾類，如表 2所示。表2樁身完整性分類樁身完整性分類分類原則I類樁樁身完整n類樁樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮川類樁樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響w類樁樁身存在嚴(yán)重缺陷一般認(rèn)為，I類樁為優(yōu)質(zhì)樁，n類樁為合格樁，川類樁為經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算分析并 采取處理措施之后可以使用的樁，w類樁為不合格樁。四、樁身缺陷的成

8、因分析樁身缺陷主要有夾泥、斷裂、裂紋、縮徑、空洞、離析等。其中又以離析、 夾泥較為常見。一般情況下，樁基出現(xiàn)質(zhì)量問題，主要是因?yàn)樵诳辈臁⒃O(shè)計(jì)、施工 時(shí)等階段中存在問題，或者是因?yàn)樵跇痘こ掏旯ず笸獠凯h(huán)境、使用條件等發(fā)生 變化對樁基造成損壞。4.1地質(zhì)因素樁周的軟土、流砂、地下水等影響混凝土質(zhì)量，樁周存在空洞及不密實(shí)區(qū)造 成漏漿等。4.2常規(guī)因素(1) 勘察階段的問題各種現(xiàn)場及人為因素的影響，使得勘察報(bào)告中提供的諸如地 質(zhì)剖面圖、鉆孔柱狀圖以及土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)和建議設(shè)計(jì)參數(shù)不準(zhǔn)確(2) 設(shè)計(jì)階段的問題設(shè)計(jì)人員個(gè)人習(xí)慣、設(shè)計(jì)能力等造成樁基礎(chǔ)選型不當(dāng)、設(shè) 計(jì)參數(shù)選取不當(dāng)(3) 施工階段的問題：材

9、料選取不當(dāng)或施工管理不當(dāng)，施工方法、施工工序安排 不合理,施工過程控制不嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)不到位，各種施工人員、施工機(jī)械和施工 時(shí)所處季節(jié)、天氣等自然因素，造成樁基礎(chǔ)出現(xiàn)質(zhì)量問題。(4) 環(huán)境因素的影響：臨近地區(qū)基坑開挖、地面大面積堆載、上層結(jié)構(gòu)荷載、 重型機(jī)械行進(jìn)、相鄰樁擠土效應(yīng)等，也會(huì)影響到樁基礎(chǔ)的質(zhì)量。4.3工藝因素(1) 樁身混凝土欠灌，造成樁頭部位混凝土骨料少，浮漿多，澆注不良，樁身上 咅B(yǎng)質(zhì)量差。(2) 灌注完成后導(dǎo)管抽拔太快，由于上部混凝土壓力不夠，使泥漿順管壁下流， 造成局部混凝土離析或夾泥，或在灌注過程中導(dǎo)管埋入混凝土過深或時(shí)間過長， 拔管時(shí)造成混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空洞、蜂窩等缺陷。(

10、3) 在灌注時(shí)護(hù)桶下部軟弱層在混凝土上翻時(shí)，將樁周土或卷入樁身，造成夾泥(4) 灌注時(shí)，由于各種原因引起灌注中斷時(shí)間過長，造成二次灌注，使上部混凝 土接近初凝，而泥漿中殘?jiān)粩喑恋?，再次灌注后形成夾層或斷樁。(5) 施工中樁頂標(biāo)高不準(zhǔn)，導(dǎo)致混凝土欠灌，造成接樁；或因樁頂浮漿太厚，清 掉浮漿后樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)值，進(jìn)行接樁處理。(6) 由于承臺(tái)基坑開挖及破樁頭方法不當(dāng)，對樁頭部位產(chǎn)生嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，引起樁身 淺部開裂。五、樁基缺陷典型曲線特征(1) 完整樁完整樁的振動(dòng)反應(yīng)曲線規(guī)則而圓滑，入射波和反射波信號較明顯，無子波反 射,波列純凈。摩擦型樁反射波信號與入射波初始相位相同，但如果錘擊能量不夠 當(dāng)樁長過

11、長時(shí)可能無樁端反射信號。端承型樁反射波與入射波信號反相，如圖2 所示。圖2 典型完整樁波形（2）擴(kuò)徑樁一般擴(kuò)徑樁反射波曲線不太規(guī)則 , 樁端反射和樁間反射明顯。存在多次反射 時(shí)第一次反射波和入射波反相 , 第二次同相。反射波的表現(xiàn)隨著擴(kuò)徑形態(tài)的不同 而各有差異。如圖 3 所示。圖 3 典型擴(kuò)徑樁波形（3）縮徑樁一般縮徑樁波形清晰、完整、直觀、不規(guī)則 , 第一次反射時(shí)反射波與入射波 同相, 第二次反射時(shí)反相 , 有明顯的樁底反射和樁間同相位子波反射，如圖 4 所 示。圖 4 典型縮徑樁波形（4）離析樁離析樁波形曲線不規(guī)則 , 有樁底反射和樁間同相位子波反射 , 但是比縮徑樁 弱。另外其波形與縮徑

12、樁有相似之處 , 即第一次反射時(shí)反射波與入射波同相 , 第二 次反射時(shí)反相。由于離析差異區(qū)段混凝土密實(shí)度差 ,離析程度不均勻 , 入射波在缺 陷部位會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反射、 折射、散射、透射等, 所以其波形很亂 , 有時(shí)甚至沒有 明顯的樁底反射和樁間同相位子波反射，如圖 5 所示。圖 5 典型離析樁波形（5）斷樁 波形規(guī)則,呈尖峰狀,波列整齊,有多次反射,無樁底反射,如圖 6所示。圖 6 典型斷樁波形六、缺陷樁處理缺陷樁處理常用方法有擴(kuò)大承臺(tái)、原位復(fù)樁、接樁、樁芯鑿井法、補(bǔ)樁、補(bǔ) 強(qiáng)，改變施工方法， 修改設(shè)計(jì)方案等。 下面結(jié)合事故發(fā)生的原因分別介紹幾種方 法的應(yīng)用情況。（1）擴(kuò)大承臺(tái)（梁）法。a.

13、樁位偏差過大，原設(shè)計(jì)的承臺(tái)（梁）斷面寬度滿足不了規(guī)范要求，此時(shí)采用 擴(kuò)大承臺(tái)（梁）來處理。b. 考慮樁基共同作用，當(dāng)單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可用擴(kuò)大承臺(tái)（梁）并 考慮樁與天然地基共同分組上部結(jié)構(gòu)荷載的方法。 需要注意的是在擴(kuò)大承臺(tái) （梁） 斷面寬度的同時(shí)，適當(dāng)加大承臺(tái)（梁）的配筋。 （2）原位復(fù)樁。對在施工過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢測出的斷樁，采用徹底清理后， 在原位重新澆筑一根新樁，做到較為徹底處理。此種方法效果好、難度大、周期 長、費(fèi)用高，可根據(jù)工程的重要性、地質(zhì)條件、缺陷數(shù)量等因素選擇采用。（3）接樁。確定接樁方案，首先對樁進(jìn)行聲測，確定好混凝土的部位。其次， 根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料確定井點(diǎn)，

14、降水 - 開挖-20#素混凝土進(jìn)行護(hù)壁，護(hù)壁內(nèi) 用鋼筋箍圈進(jìn)行加固。 第三，挖至合格數(shù)處利用人工鑿毛， 按挖孑 L 法混凝土施 工方法進(jìn)行混凝土的澆注。（4）樁芯鑿井法。這種方法做起來比較困難，即邊降水邊采用風(fēng)鎬在缺陷樁中 心鑿一井，深度至少超過缺陷部位，然后封閉清洗泥沙，放置鋼筋籠，用挖孑 L 混凝土施工方法澆筑膨脹混凝土。（5）接樁法。當(dāng)成樁后樁頂標(biāo)高不足時(shí)，常采用接樁法處理，方法有以下兩種：a. 開挖接樁挖出樁頭，鑿去混凝土浮漿及松散層，并鑿出鋼筋，整理與沖洗干 凈后用鋼筋接長，再澆混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。b. 嵌入式接樁當(dāng)成樁中出現(xiàn)混凝土停澆事故后， 清除已澆混凝土有困難時(shí)， 可 采用此法。

15、（ 6）補(bǔ)樁法。樁基承臺(tái)（梁）施工前補(bǔ)樁，如鉆孔樁距過大，不能承受上部荷 載時(shí)，可在樁與樁之間補(bǔ)樁。（7）鉆孔補(bǔ)強(qiáng)法。此法適應(yīng)條件是樁身混凝土嚴(yán)重蜂窩、離析、松散、強(qiáng)度不 夠及樁長不足，樁底沉渣過厚等事故，常用高壓注漿法來處理。a. 樁身混凝土局部有離析、 蜂窩時(shí)， 可用鉆機(jī)鉆到質(zhì)量缺陷下一倍樁徑處， 進(jìn) 行清洗后高壓注漿。b. 樁長不足時(shí)，采用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)持力層標(biāo)高；對樁長不足部分注漿加固。 （ 8）改變施工方法。 樁基事故有些是因?yàn)槭┕ろ樞蝈e(cuò)誤或方式工藝不當(dāng)所造成， 處理時(shí)一方面對事故樁采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施；另一方面要改變錯(cuò)誤的施工方法， 以防止事故的發(fā)生。常用的方法有以下兩種：a. 改變成

16、樁施工順序：如樁布置太密不便施工時(shí)，可采用間隔成樁法。b. 改變成樁方法。如成孔樁出現(xiàn)較大的地下水時(shí)，采用套管內(nèi)成樁的方法。 （9）修改設(shè)計(jì)。a. 改變樁型。 當(dāng)?shù)刭|(zhì)資料與實(shí)際情況不符時(shí)， 造成樁基事故， 可采用改變樁型 的方法處理，如灌注樁成樁困難時(shí)，可采用打預(yù)制樁。b. 改變樁位。灌注樁出現(xiàn)廢樁或遇到地下管線障礙，可改變樁位方法處理。c. 上部結(jié)構(gòu)卸荷。 有些重大樁基事故處理困難， 耗資巨大， 只有采取削減建筑 層數(shù)或用輕質(zhì)材料代替原設(shè)計(jì)材料，以減輕上部結(jié)構(gòu)荷載的方法。七、低應(yīng)變反射波法的缺陷（ 1） 定量化分析不夠，缺陷判斷的可靠度仍需提高。 （2）計(jì)算缺陷深度、樁長與實(shí)際情況存在差別。

17、（ 3）平均波速與混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系無法準(zhǔn)確確定，不能提供混凝土強(qiáng)度，也難以判斷樁底沉渣具體厚度。（ 4）對于樁身存在輕微缺陷、多處缺陷、深部缺陷以及超長樁，低應(yīng)變反射波 法很難正確檢測，分析時(shí)容易誤判、漏判。（ 5）適用于檢測預(yù)制樁、灌注樁，不宜用于檢測異型樁、水泥攪拌樁。八、結(jié)語相對于高應(yīng)變動(dòng)測法而言 , 低應(yīng)變反射波法簡單易行、 操作方便、 快速靈活、 效率高、耗費(fèi)少 ,所需錘擊能量很小 ,對基樁幾乎不產(chǎn)生任何影響 , 因此很適用于 大面積的普測。近些年來 , 憑借其明顯優(yōu)勢 , 低應(yīng)變反射波法得到大力的推廣使 用。由于樁土間復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 , 反射波法也有其應(yīng)用局限性 , 例如不

18、能應(yīng)用于 檢測水泥土樁等非剛性材料樁、混凝土竹節(jié)樁等異形剛性材料樁。此外, 低應(yīng)變反射波法存在檢測盲區(qū)（一般為樁頂面以下2m范圍）；不能定量分析缺陷大小而 只能依靠經(jīng)驗(yàn)判斷； 無法正確檢測較小的缺陷、 長徑比超過一定限度的樁； 容易 漏判深部缺陷；當(dāng)遇到漸變類缺陷時(shí)傳感器很難接收到清晰可辨的反射信號, 從而無法得到想要的結(jié)果。 因此在進(jìn)行低應(yīng)變反射波樁基檢測時(shí)應(yīng)適當(dāng)輔以超聲波 透射法及鉆芯法等手段來提高樁基檢測的精度。參考文獻(xiàn)2 張冬美低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用J.山西建筑，2010,06:118-119.3 黃永恒,江學(xué)良，楊慧，黎超群.低應(yīng)變反射波法檢測缺陷樁的難點(diǎn)技術(shù)研究J.工程勘察,2010,10:83-86+92.4 郭慶清，陳維文，張紹和.人工挖孔樁低應(yīng)變反射波法完整性檢測的局限性研究J.長江科學(xué)院院報(bào),2014,02:62-67.5 李正印,柯宅邦，劉東甲，盧志堂，郭楊.低應(yīng)變反射波法判別PHC管樁接頭質(zhì)量的研究J.巖土工