彭述怡 卿晓锋

（四川宇晖工程技术有限公司，四川 成都 610052）

0 引言

低应变法采用瞬态激振的方式，通过实测桩顶加速度或速度响应的时域或频域特征，分析判定基桩的桩身完整性。根据一维弹性杆件波动理论，要求半径R＜桩长L，通常要求长径比L/R≥10，其假设波在横截面上是同幅值、同相位的。而在实际中，波在桩上部的传播是三维的［1］。当在桩头激振时，将产生纵波、横波及瑞利波［1］，其在桩头附近产生多次反射，形成干扰。实际工程中存在的“短而粗”的大直径灌注嵌岩桩，满足不了一维弹性杆件波动理论，这更增加了弹性波传播的三维特性［1］。同时，桩直径越大，桩头混凝土的不均匀性越明显，综合导致基桩低应变信号一致性变差。对于成都以南、以东的广大地区，拟建场地勘探深度范围内的地层由为第四系全新统粉质黏土、黏土，下伏白垩系上统夹关组（K2j）泥岩及砂岩构成。桩基础持力层一般为中分化泥岩、砂质泥岩或泥质砂岩，其天然单轴抗压强度通常小于15 MPa，属于软岩。桩底信号基本上以同向反射为主，推测波速往往比理论值高。对于此类基桩低应变成果利用，应结合工程具体情况加以分析，切忌仅根据一条波形确定［2］，否则易导致误判或错判。以下结合典型工程实例，对此类基桩低应变曲线进行分析。

1 工程概况

检测对象为大直径灌注嵌岩端承桩，基桩直径有1 200 mm、1 400 mm、1 600 mm、1 800 mm 四种，桩长6～13 m，混凝土强度等级C30。根据勘察资料，在桩深度范围内，桩周土为全风化、强风化和中等风化泥岩或泥质砂岩，桩底持力层为中风化泥岩或泥质砂岩，桩嵌岩深度大于3 m。此类桩为典型的大直径短桩，在工程中较为常见。

2 激振与接收问题

按照规范［3］要求，实心桩传感器安装点在桩中心约2/3半径处，激振点尽量位于桩头平面中心处，此布置可以最大程度减少高频干扰。由于大直径桩不满足一维弹性杆件要求，弹性波三维属性明显。同时，不同的激振器、桩面混凝土不均匀、桩面不平以及桩头有裂纹等也会对低应变检测造成严重干扰。这就导致当激振点固定时，传感器在不同位置接收曲线形态差异较大甚至完全不同，即同一基桩曲线一致性差。

图1 为激振点在桩中心处、两个传感器与激振点距离相同但方位不同所测低应变曲线。从图1可以看出，曲线1（从上往下依次）有明显的桩底信号，曲线2 则没有，两者浅部曲线形态也有较大差异。通过现场分析，主要是由3 个因素造成的。一是桩面处理不完全平整；二是桩径大，桩头的混凝土不均性；三是长径比小，桩浅部弹性波以球面波形式传播，曲线受到多重干扰导致形态不可控。因此，对此类基桩，建议在不同地点激振和不同方位接收，每根桩选取最符合实际的曲线分析利用，同一个工程尽量选取类似的曲线形态以便参照对比。

图1 不同接收位置低应变曲线对比（方位不同）

图2、图3 为激振点固定、传感器与激振点距离不同所测得的低应变曲线。可以看出，图2 曲线1有较明显的桩底信号，但是浅部特征不明显；曲线2首波后曲线下陷大，后半段基本为一条直线，异常和桩底信号不明显。图3 曲线1 形态干净，有桩底信号，正常判为一类桩；曲线2 形态杂乱，容易判浅部缺陷。通过现场分析，主要是由两个因素造成的。一是距离越近（图2 曲线2），传感器受到锤击影响大，掩盖了中深部及桩底反射信号；二是收发距离越远，当传感器与激振点之间的桩头范围内存在不均匀、破损、不平整等情况，会导致浅部信号杂乱无章。因此，对于此类基桩，建议更换不同激振点与传感器位置，收发距离适中，探索采集到合理的、较好的信号分析利用。

图2 不同接收位置低应变曲线对比（距离不同）

图3 不同接收位置低应变曲线对比（桩面不均匀）

图4 为传感器在同一位置、激振器不同所测得的低应变曲线，曲线1为铁手锤激振所测，曲线2为力棒激振所测。从图4 可以看出，力棒曲线首波横向宽度较大，浅部形态较宽缓，浅部分辨率较低，桩底信号较明显，显示出弹性波相对低频特征；铁手锤首波横向窄，浅部形态更细致，浅部分辨率较高，但桩底信号不明显，显示出弹性波高频特征。通过现场分析，主要是由3 个因素造成的。一是力棒激振能量大，同时尼龙头激振的弹性波频率段更低，波长更大导致波传播更深、分辨力弱。而铁手锤激振能量小，激振弹性波以高频段为主，波长小，衰减快，浅部分辨率高［4］。因此，对于此类大基桩，建议使用组合锤激振，以力棒为主，铁手锤为辅，每根桩分别保存两种激振设备的信号。

图4 同位置接收的尼龙力棒与铁手锤低应变曲线对比

3 桩底反射与波速问题

3.1 桩底反射问题

以泥岩或砂质泥岩作为持力层的桩基础，基桩混凝土等级一般为C30、C35，桩身与持力层具有明显的阻抗差异。按照波阻抗理论，桩底信号应为同向反射信号；但嵌岩桩进入基岩一定深度且嵌岩效果良好（无沉渣和桩周紧密接触）的情况下，桩底部与基岩接近融为一体，阻抗反而增大，桩底信号应为反向反射信号或者无明显信号。实际中本地区绝大多数桩底信号为同向反射信号。这是由于软岩持力层阻抗明显低于桩身，即使嵌岩良好，也难以达到两者阻抗接近或者超过桩身阻抗，同时实际施工也很难控制到嵌岩良好，因而以同向反射为主。实际中仅硬质基岩持力层上嵌岩良好的情况下才能呈现反向桩底信号。

图5 曲线桩底同向反射信号明显，作为嵌岩桩，容易与桩底沉渣所引起的桩底信号混淆。众多工程实例表明，解决这一问题最可靠的措施是结合钻芯法和声波法综合核验桩底沉渣情况。当钻芯法和声波法未发现基桩明显沉渣情况下，可分析该工程大面积基桩的桩底信号共性特征。当基桩均有明显桩底同向反射信号，施工记录和地质水文条件分析沉渣的可能性不大，则基本可以排除沉渣隐患。个别仍有疑虑的基桩还应结合桩长和桩周土性状分析，在桩长较长、桩周土较硬、波速正常的情况下，桩底同向反射信号如果过于明显应考虑其他方法进行桩底沉渣验证［5］。

3.2 波速问题

由图5可知，根据施工、钻芯桩长以及曲线形态定桩底后，推测平均波速达到了4 400～4 500 m/s，较大超过了C30混凝土的理论波速3 800～4 200 m/s。通常这在大直径灌注桩上较为常见，多以速度偏大，桩越短，偏大越多。这是因为桩横向尺寸引起的时间滞后，即激振点至传感器有一定距离，在传感器接收到激振产生的直达波时，激振处纵波已经向桩身下部传播一定距离，导致接收时间滞后，波速偏大。通常传感器距激振点越远，或者桩头处理不平整等，波在桩面传播时间越长导致波速偏大。针对这个问题，建议检测中传感器与激振点保持适中距离。前期选取数根典型桩试验得出最佳激振和接收参数［5］，对整个工程桩采取同样的参数检测。

图5 桩底反射信号明显的低应变曲线

4 结语

通过工程实例分析，低应变法在大直径嵌岩桩上应用有一定的可靠性，但暴露出来的问题也不少。若要对每一根基桩作出正确的判断，就要求检测人员不仅要熟悉桩的成桩工艺和工程地质情况，还要对低应变法本身的适用条件、理论分析和现场检测注意事项等熟练掌握，必要时还应采取其他方法进行验证，避免误判或错判。