关于低应变法检测旋挖灌注桩分析

关于低应变法检测旋挖灌注桩的分析摘要：本文作者结合工程实例，通过对某商住楼基桩动测波形畸形异常进行分析。

采用低应变法检测基桩静载荷试验及机理分析，论述了旋挖灌注桩检测在工程应用中应注意的问题。

关键词：旋挖灌注桩；低应变法检测；静载荷试验；机理分析；
0.前言：
在桩基检测中，桩基的检测方法有直接法和半直接法，直接法包括静载试验（抗压、抗拔、水平）和钻芯法;半直接法包括低应变、高应变和声波透射法。

而这些方法中由于低应变检测法具有检测速度快、费用低和检测覆盖面广的优点，已成为基桩完整性检测中最为广泛的应用方法。

1．工程概况
某商住10#楼位于其该市内东区，场地为新近填土，拟建筑物为18层全框架结构住宅楼，桩基础采用旋挖灌注桩，总桩数99根，桩径φ1000mm、φ1200mm，桩长约7．1m~17．8m，桩端持力层为中等风化泥岩，桩身材料采用c25砼。

该场地自上而下土质情况见表1：
表1场地自上而下土质情况
序号土质厚度
1 填土松、湿、层厚(1．7-3．5)m
2 粘土层厚(0．90~3．3)m
3 淤泥层厚(0~3．0)m
4 淤泥质粘土层厚(0~3．4)m
5 粉质粘土层厚(0~4．8)m
6 强风化泥岩揭示厚度(1．8~6.0)m
7 中风化泥岩最大揭示厚度为3．6m
2．低应变法检测
受甲方委托，我单位分别于2009年5月13日和21日对该商住10#楼桩基进行基桩低应变法检测，两次共检测99根桩，均发现该工程大部分基桩动测波形均畸形异常，见图1，时域波形直达波畸形异常，有些桩还没有明显桩底反射。

现场据监理和施工人员反映，该工程桩顶标高比原设计标高提高了50cm，可能因桩顶浮浆未砍到位，桩顶浅部砼密实度较差所致，建议继续砍桩50cm后再检测，但我们查看了桩头，其砼密实度与强度均较好，不可能是砼强度低引起的波形异常；另了解到该工程桩水泥用量比正常多用了百来吨。

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图13#、21#、45#、52#、63#、77#桩低应变动测波形
3．静载荷试验
该工程选了三根工程桩做静载荷试验，三根桩静载荷试验在最大试验荷载下累计沉降均小于10mm，详细结果见表2。

表2静载荷试验情况
桩号桩径（mm）桩长（m）最大试验荷载（kn）最
大试验荷载下桩顶沉降（mm）残余变形(mm) 单桩竖向极限承
载力(kn)
21 1000 13.00 3500 8.23 6.36 ≥3500
45 1200 12.00 3850 8.36 5.63 ≥3850
63 1000 12.15 3500 8.79 6.39 ≥3500
根据静载荷试验情况，认定该工程的承载能力均良好，排除了不良桩身缺陷引起的动测波形畸变因素。

4．现场开挖验证
根据动测、静载资料分析，我们建议委托方对典型波形的3#、52#、77#桩进行开挖验证。

开挖结果情况如下：3#桩开挖深度2．00m，发现桩顶面以下0．5m至1．2m处呈东西两侧大鼓肚状况，最大鼓肚直径约1700mm，1．2m以下恢复正常桩径；63#桩开挖深度2．6m，发现桩顶面以下1．8m至2．5m处呈南侧大北侧小鼓肚状况，最大处桩径达1600mm，2．5m以下恢复正常桩径；77#桩开挖深度3．6m，发现桩顶面以下2．4m至3．2m处呈单边葫芦状鼓肚，最大处直径达1500mm，3．2m以下恢复正常桩径。

5．综合分析
该工程施工桩型为旋挖桩，从现场观察和地质资料分析，土层表层为新近填土，层厚1．7~4．8m，其主要成份为砂质粘性土、淤泥、建筑垃圾及少量生活垃圾，第二土层为粘性土。

由此可见，由于该场地表层为新近回填土，结构较松软，旋挖桩施工过程虽然进行了泥浆护壁，但灌注水泥量大大超量，桩身浅
部充盈度较大，故造成桩身浅部扩径、鼓肚等畸变现象。

根据动测、静载、开挖资料综合对比，21#静载试桩动测曲线与52#桩类似，均有微弱桩底反射(见图1)，45#静载试桩动测曲线判为ⅰ类桩，63#静载试桩动测曲线表现为浅部轻微缺陷，为ⅱ类桩。

综合考虑以上因素，认为该工程基桩其动测波形畸变、比较复杂，反映浅部大鼓肚、磨菇状、葫芦状扩径等桩身畸形，但不影响桩的使用承载力，桩身质量仍为合格桩。

6．机理分析
众所周知，低应变法的理论基础以一维线性弹性杆件数学模型为依据，并要求受检桩必须符合等截面、均匀、各向同性、连续细长弹性杆件的基本假设，假定桩在变形时横截面保持为平面，沿截面有均布的轴向应力。

否则会造成波形畸变。

当桩浅部存在有严重缺陷时，由于缺陷以上桩段变成短桩，可将其视为单一刚性质量块mb，在缺陷位置处引入弹簧kb和阻尼器ηb，并假定下部的桩段静止不动，采用“质—弹—阻”模型可求其自身响应。

其方程解为：
式中：
fm为严重缺陷诱发的固有频率，实测信号表现为单一的大低频和较高幅值。

由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回桩顶的
传播为一能量和幅值逐渐衰减过程。

若桩身截面阻抗多变或变幅较大，往往应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传至桩底，其能量已完全衰减或提前反射，致使仪器测不到桩底反射信号。

当灌注桩桩身截面呈渐变或突变，在阻抗突变处的一次或二处反射常表现为类似明显扩径、严重缺陷或断桩的相反情形，如果单纯凭动测波形判断结果，易造成误判。

如本工程扩径桩型表现为相反的缩径波形。

对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。

3．认识体会
该工程已竣工，沉降察建筑物最终沉降量很小，也无其它异常情况发生，说明基桩检测结果的判断是客观的，通过本工程的分析，得出如下几点体会：
（1）桩顶测试条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。

因此，要求受检桩桩顶的砼质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。

灌注桩应凿去桩顶浮浆和松散、破损部份，并露出坚硬的砼平整表面。

（2）对于大直径旋挖灌注桩，用低应变法检测时，由于受尺寸效应的影响，应多增加检测点数量，每个检测点有效信号数不宜少于3，通过叠加平均提高信噪比，剔除干扰信号，确保采集到有效信号。

（3）对于大直径旋挖灌注桩，用低应变法检测时，不能单纯地
只凭就动测曲线形态就判断其结果，特别当动测曲线出现异常时，应综合考虑其它各因素，如现场环境情况、施工情况、地质条件、静载试验结果，必要时应采取现场开挖、钻孔取芯检测、静载荷试验等有效的验证手段，以免误判。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。