低应变检测基桩完整性

       定量判读标准 

           （天津市勘察院    300191） 

一、            前言 

在低应变反射波法检测基桩完整性中，工程技术人员根据中华人民共和国行业标准《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）的规定描述，对基桩进行完整性分类，因无量化参数作为分类依据，对基桩的桩身完整性分类判断往往带有人为因素及不确定性。本文引入振速反射系数Rv为反射系数Rv为反射振速与入射波振速成之比），对基桩的桩身完整性量化分析进行初步的探讨。 

二、            原理 

低应变反射波法检测桩身完整性的工作方法是在桩顶施加 一个初始扰动力（用特制的力锤敲击），由此激发的弹性波从桩顶往桩底传播。同光线在非均匀介质中传播一样，弹性波在遇到弹性分界面时也要产生反射和透射，其反射和透射会产生与入射波波型相同的同类波和与入射波波型不同的转换波。而低应变反射波法中激发的弹性波是垂直入射 的，根据斯奈尔（Snell）定律和诺特（Knott）方程可知，其转换波的反射系数和透射系数均为零，所以不存在转换波，其反射与透射见图1。 

                        图一   垂直入射和反射和透射 

   设上下介质的纵波速度及密度分别为C1，C2，p1，p2，根据弹性为学理论，这三个波在弹性分界面上应满足边界条件：即应力连续和振速连续。则有： 

  设应力向下为正，应力向上为负，因为F=Zv，所以 

（1）式可化为： 

（2）式经整理的有： 

Rv即为“振速反射系数”，它是反射波与入射波的振幅之比。 

三、            分类量化标准 

从波动力学的观点看，桩身完整性的问题是桩身阻抗发生的界面问题。设图2中某一基桩截面的完整性系数β为： 

                                                    Z1         

将式（4）代入式（3）得出：                          Z2       

图2 某基桩截面阻抗变化图     

根据中华人民共和国行业标准《基桩高应变动力检测规程》（JGJ106-97）第7、4、3、1条例中的桩身结构完整性评价表和式（2-5）可推出表1： 

表1 桩身结构完整性系数B值和振速反射系数RY对比表 

  桩身完整性分类标准： 

I 类桩：波形规则， 桩底反射明显，有缺陷相位出现，但无多次反射出现，则为基本完整桩或轻微缺陷桩； 

II类桩：波形较规则， 桩底反射明显，有缺陷相位出现，但无多次反射出现，波速正常，则为基本完整桩或轻微缺陷桩； 

III类桩：波形很不规则， 无桩底反射 ，缺陷相位出现强烈多次反射 波振幅衰减较快或波速 偏低，为明显缺陷桩； 

IV类桩：波形很不规则，无桩底反射 ，缺陷相位出现强烈多次反射，且反射 波振幅衰减较慢或波速严重偏低，为严重缺陷桩或断桩。 

综合表1、上述分类标准及中华人民共和国行业标准《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）第4.4.3-4.的规定可推出采用振速反射 系数Rv对基桩的桩身完整性进行量化分析的参考值，具体见表2。 

                    表2 桩身完整性情况的定量分析表 

下面以实例来说明表2桩身完整性情况的定量分析表的应用。 

1、某基桩为沉管灌注桩，桩型 尺寸为0.45X20.75m，波速为3600 m/s，从其曲线形态（图3）看，波形规则，桩底反射明显，波速正常，无缺陷相位出现，根据桩身完整性分类标准可判断其为完整桩，完整性分类为I类；由于无缺陷相位出现，其Rv值为零，根据表2桩身完整性情况的定量分析表可判断其为完整桩，完整性分类为I类。 

2、某基桩为沉管灌注桩，桩型 尺寸为0.45X20.75m，波速为3600 m/s，从其曲线形态（图4）看，波形较规则，桩底反射明显，有缺陷相位（后基坑开槽发现距桩顶1.5M左右有轻微缩径）出现，但无多次反射出现，波速、桩长正常，根据桩身完整性分类标准可判断其为基本完整或轻缺陷桩，完整性分类为II类；其距桩顶1.5m左右的缺陷反射波振幅与入射波振幅比Rv约为0.10，根据表2桩身完整性情况的定量分析表可判断其为基本完整或轻微缺陷桩，完整性分类为II类。 

3、某基桩为钻孔灌注桩，桩型 尺寸为0.6X25.0m，波速为3300 m/s，从其曲线形态（图5）看，波形不规则，无桩底反射，缺陷相位（后基坑开槽发现距桩顶1.5M左右有夹泥现象）出现二次反射，但反射波振幅衰减较快，根据桩身完整性分类标准可判断其为明显缺陷桩，完整性分类为III类；其距桩顶1.5m左右的缺陷反射波振幅与入射波振幅比Rv约为0.23，根据表2桩身完整性情况的定量分析表可判断其为明显缺陷桩，完整性分类为III类。 

4、某基桩为钻孔灌注桩，桩型 尺寸为0.6X25.0m，波速为3300 m/s，从其曲线形态（图6）看，波形很不规则，无桩底反射，缺陷相位（距桩顶4.2M左右的缺陷）出现强烈多次反射，根据桩身完整性分类标准可判断其为严重缺陷桩，完整性分类为IV类；其距桩顶4.2m左右的缺陷反射波振幅与入射波振幅比Rv约为0.25，根据表2桩身完整性情况的定量分析表可判断其为严重缺陷桩，完整性分类为IV类。 

五、            讨论 

引入振速反射系数Rv ，对基桩桩身完整性进行分类，尤其对于解决介于II、III类桩的判断，给出了一个定量标准，但这一定量标准也有一定的局限性和地区性。对于基桩桩头的缺陷为低应变反射 波法检测盲区，无法分离出桩头缺陷的反射波，仍需靠特性曲线进行判别；对于有多处缺陷的基桩，反射 波法记录的是多个相互干涉的反射波组，形成了复杂的波列，此时应仔细甄别，对其波列进行仔细的分析，分离出主缺陷的反射波，才能对其进行量化分析。