浅谈桩周土对基桩低应变检测结果的影响 摘要： 低应变法信号曲线是广义阻抗作用的结果。本文结合工程实例，阐述了桩周土对测试波形产生影响的机理及其在波形上的反映，从而提高低应变法对基桩桩身完整性判断的准确度。 关键词：桩周土低应变法波阻抗 弹性杆 Abstract: the low strain gauge signal curve is generalized impedance function results. Combined with engineering examples, this paper expounds a pile of soil test waveform mechanism and the influence of the waveform in response, so as to improve the low strain gauge the integrity of pile body the accuracy of judgment. Key words: a pile soil low strain gauge wave impedance elastic rod 1前言 众所周知，低应变法是利用桩身阻抗变化对信号曲线产生影响的原理来判断桩身质量的。但是除了桩身阻抗变化会影响信号曲线的因素以外，桩周土同样不可避免地会影响信号曲线。低应变法信号曲线所反映的不仅是桩身阻抗的变化情况，而且是广义阻抗作用的结果。我们分析低应变结果时，不能筒单地只分析波形的相位因素，而应综合各方面因素，桩周土对测试波形的影响应给以足够重视。本文结合检测工作中的工程实例，比较详细地叙述了桩周土对波形产生影响的机理及其在波形上的反映。 2低应变理论 低应变就是以一维波动理论为基础的，假定桩身为一维弹性杆件，且介质均匀连续；桩侧土是均匀的，桩侧士对桩的作用仅为沿桩身轴向作用的阻尼力。 基本工作原理是：在桩身顶部进行瞬态竖向激振而产生弹性应力波，该波沿桩身向下传播，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)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。然后采用速度或加速度传感器进行响应信号接收，最后在计算机上对接收到的信号进行分析处理，识别来自桩身不同部位的反射信息。从而根据这些反射信息，结合其他工程资料，对桩身完整性做出判断。因此，可以将桩假设为一维线弹性杆，其长度为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，弹性波速为C（ ），广义波阻抗为Z=AρC；根据波动理论，其应力应变关系： 经推导可得桩的一维波动方程： 假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为Z1）进入介质Ⅱ（阻抗为Z2）时，将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。 令桩身质量完好系数 ，则有： 缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，其位置根据反射波的时间tx由下式确定： 另外，被检测桩是一根有限长的圆柱体，在桩顶面锤击激震时，将产生无限球面波列向外传播，如图1所示，当遇到反射界面时无限的球面波产生透射波和折射波，透射波因土阻力的作用消失在岩土中，折射波最终传到桩底后，又会反射到桩顶面。当地层越硬，折射系数越大，这时折射入地层的能量就越多，传播到桩底的能量相对减小。所以有时桩周土阻力不大，但持力层很硬时也会出现桩底反射不明显的情况。 图1点振源产生的球面波传播示意图 3桩周土阻力影响分析 在实际分析桩的动力响应时，桩周土的影响是客观存在的，为了研究桩周土对应力波的影响，前人曾进行了以下的算例分析，假定有一明显缺陷基桩，见下图2。假定桩周土阻力分别为0、2、4、6、8、10，经过数值模拟出来的波形曲线如下图3所示： 图2明显缺陷基桩模型 图3 由此可见，桩周土会削弱或完全抵消该段内桩身缺陷产生的反射信号，甚至可能在波形曲线上几乎看不到缺陷或桩底的反射信号。所以在实际工程中，在沉桩的开始阶段，桩身周边土的阻力随着沉桩时间的延长慢慢增大，这个时候试验中会发现得出的波速与幅度逐渐减小，反射波的反射次数也会减少，直到土阻力增大到稳定的状态，达到原有的阻力为止。这就是在自由的状态下，可以看到很多次反射波，但是随着桩沉入土中越来越深，测试中可以看到的反射波也会越来越少，直到进入持力层，桩周土阻力充分发挥后，一般就只能看到1～2次的反射波了，甚至有时很难看到桩底的反射法。 低应变试验中一般采用的锤击能量是很小的，如果试验中发现看不到桩底信号或不明显，这时应该增加锤击的能量，尽量克服土阻力的影响，以至于能检测到桩底的信息，准确分析桩身的完整性，特别对一些长桩要求就很明显。另外，在一些有软弱夹层的桩周土中，也会由于地层的突变使土阻力产生突变，测试中的信号从而在地层的交界处产生变异，如果遇到坚硬夹层，波形曲线在坚硬土层的位置有下凹的反射信号，产生类似扩径的假缺陷；碰到软弱夹层，波形曲线在较弱土层的位置有上凸的反射信号，产生类似缩颈的假缺陷；如果遇到上软下硬的相邻土层，波形曲线会在软硬土层交界附近产生一下凹的反射信号，曲线下凹后并不立即恢复而是逐渐回升到原来的高度，这种情况在灌注桩中的体现更为明显，为避免误判，应采取一些验证措施，进行有效的区分。 4 实例分析 对一些打入式的挤土桩，当桩周土是风化残积或坡积土时，土阻力很高，桩侧摩阻力很大，如图4所示，是一根打入全风化混合花岗岩的残积土中的预应力管桩，桩长只有7.0m，却测试不到桩底反射波的信号，说明应力波全消耗在桩周土中。 图4 现场浇灌的混凝土灌注桩（非挤土桩），桩侧摩阻力很小，因此传到桩侧表面的应力波消耗在桩周土中的能量也小，大部分应力波在桩的侧面反复折射传到桩底，若未嵌入岩层中或桩端有少量沉渣时，如图5所示为一根桩径为1.0m，桩长为39.5m的冲孔灌注桩低应变法测试波形，桩尖持力层为中风化混合花岗岩，桩周土主要是全风化岩的残积土，低应变法测试信号有明显的桩底反射波。经钻芯验证，桩底有6.0cm左右厚的沉渣。 图5 当冲（钻）孔灌注桩嵌入岩层有一定的深度时，由于冲孔在较硬的岩层中，孔壁冲洗得很干净，与灌注的混凝土胶结在一起，此时桩侧的摩阻力很大，应力波被岩石吸收，形成明显的负向反射波，而且是在应力波到达桩底前出现，如图6所示。 图6 虽然在低应变测试中施加的冲击力较小，应力波弹性传播主要集中在桩侧表面，所激发的土阻力(包括静阻力与动阻力)对测试结果有很大影响。大量实测资料表明，桩周土的作用会使得桩中波速变化且幅值衰减，严重弱化桩端及缺陷部位的反射信号。 5结论 桩基础属于隐蔽工程，应力波在桩身中不是简单的直线传播的，而是半球面波形式传播，是球面波。应力波向下传播的能量主要集中在基桩表面，桩周土摩阻力大小直接影响到应力波的传播深度，对波形曲线的影响主要有以下几个方面： 1) 导致应力波迅速衰减，检测时有限深度减少； 2) 影响缺陷反射波的幅值，使缺陷分析时误差加大； 3) 在软硬土层交界处及附近产生土阻力波，干扰桩身反射波，土阻力反射波与桩身缺陷反射波易混淆，从而造成误判。 总之，低应变法测试结果的分析判断，要依据波形的变化特征，结合桩的类型、施工情况及地质资料进行综合分析，才能对被检测的基桩的桩身完整性做出准确可靠的判断，否则可能会造成误判。 参考文献： 1、《基桩质量检测技术》 陈凡、徐天平、陈久照、关立军编著，中国建筑业出版社 2、《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003中华人民共和国行业标准 3、《基桩动测技术》 王雪峰、吴世明2001 4、2010全国基桩检测技术研讨会论文集 5、《建设工程基桩检测技术问答》陈建荣、高飞、郑小勇编著 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/b6c9e6c549fe04a1b0717fd5360cba1aa8118cff.html