基桩低应变法在桩身完整性检测的理论与实践

基桩低应变法在桩身完整性检测的理论与实践

张玉录，杨晓东，姚占伟，秦希俊，田庆水（河南省地球物理工程勘

［作者简介］张玉录（1963－），男，河南省新乡人，毕业于郑州地质学校中专，工程师，从事工程检测及矿产勘察工作。基桩低应变法在桩身完整性检测的理论与实践

张玉录，杨晓东，姚占伟，秦希俊，田庆水

（河南省地球物理工程勘察院河南郑州450053）

【摘要】本文结合具体的工程实例，对低应变法在桩身完整性检测中的理论进行了论述，对基桩低应变检测方法进行了实践。

【关键词】低应变法；桩身完整性；阻抗

Thetheoryandptacticeoflowstrainintegritytestinginpileintegrity

ZhangYu-lu,YangXiao-dong,YaoZhan-wei,QinXi-jun,TianQing-shui

(HenanacademyofgeophysicalandengineetingexplorationZhengzhouHenan450053)【Abstract】Talkedthetheoryoflowstrainintegritytestinginpileintegrity,berelatedtothefrondoseengineeringexample.【Keywords】Lowstrainintegrity；Pileintegrity；Impedance

1.前言随着我国工程事业蓬勃发展，在高层建筑、大型厂房、桥梁、港口码头，海上采油平台等重大工程中，大量采用混凝土桩基础，通过大量实例证明，它是一种有效安全可靠的基础型式，从而给混凝土基桩质量检测提出了相应的研究课题。目前，对混凝土桩桩身完整性无损检测方法主要有低应变、高应变、声波透射等方法。由于低应变法经济、快捷及场地条件要求简单，为此，国内外广泛采用了低应变法检测新技术。自1968年圣·维南（St·Venant）提出钢性锤撞击一个弹性杆的问题以来，应用应力波传播理论对基桩质量无损检测在20世纪80年代进行越来越广泛的研究，并应用于工程实际。在我国随着桩基础工程迅速发展，同时基桩质量的无损检测也得到了广泛开展。低应变法检测技术也在不断提高。

2.检测理论一般桩长都远大于桩的直径，因此桩可视为一维弹性杆，当桩顶作用一脉冲力后，便有应力波沿桩身传播，遇到波阻抗（Z=ρAC）变化处将产生反射和透射。如图1所示，Z1和Z2分别表示上下部分桩的波阻抗，A1和A2为上下部分桩的截面积。根据应力波理论、连续性条件和牛顿第三定律。界面上速度V和力F有：VI+VR=VT（1）A1（σI+σR）=A2σT（2）下标I、R、T分别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守恒条件，式（2）可改写为：Z1（VI-VR）=Z2VT（3）设:完整性系数β=Z2/Z1反射系数：ξR=（β-1）/（β+1）透射系数：ξT=2β/（1+β）联立（1）、（3）式可得：VR=－ξRVI（4）VT=（1/β）ξTVI（5）1+ξR=ξT（6）图1由公式（4）～（6）式可得以下结论：(1)β=1，即Z2/Z1=1，应力波不受任何阻碍地沿桩身正向传播。(2)β＞1，即波从小阻抗介质传入大阻抗介质。因ξR＞0，故反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI异号。(3)β＜1，即波从大阻抗介质传入小阻抗介质。因ξR＜0，故反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI同号。

3.工程实例

3.1完整桩型。图2为河南灵宝某工程挖孔灌注桩低应变法实测曲线，桩径1.0m，桩长9.0m。手锤锤击桩顶时，速度传感器接受的应力波。由于桩身完整，仅在桩底发生阻抗变化，反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI同号。曲线上明显看出桩底反射，计算波速3640m/s。图2图3图43.2蜂窝型桩。图3为河南安阳某工程挖孔灌注桩低应变法实测曲线，桩径1.0m，桩长15.4m。手锤锤击桩顶时，速度传感器接受的应力波。由于7.8m处桩身存在较多蜂窝（已开挖验证），阻抗发生变化，应力波产生明显反射，反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI同号。

3.3断桩。图3为河南安阳某工程挖孔灌注桩低应w变法实测曲线，桩径1.2m，桩长24.5m。手锤锤击桩顶时，速度传感器接受的应力波。经开挖验证，6.5～7.8m处桩身夹砂，形成断桩，由于阻抗发生较大变化，应力波产生强烈反射，并且有明显二次反射，反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI同号。3.4端承桩。图4为河南新乡某工程夯扩灌注桩低应变法实测曲线，桩径0.41m，桩长10.0m。手锤锤击桩顶时，速度传感器接受的应力波。由于桩端阻抗变大，反射波引起的质点运动速度VR与入射波的VI异号。曲线上明显看出桩底反射，计算波速3640m/s。

4.结束语通过现场工程桩的实践，总结如下：(1)应力波在不同强度的介质中传播时将产生反射，其应力波从硬介质向弱介质中传播时，反射波的相位和原入射波的相位相同，从弱介质向硬介质传播时，反射波相位与原入射波的相位相反。(2)应力波在完整桩传播时，波形规整，衰减时正常。(3)应力波在软弱夹层处的反射波和原入射波相位相同。(4)应力波在桩断裂处的反射波反射较强，振动持续时间长，波形畸变较大。(5)用动态无损检测桩体质量是一个多快好省的方法，值得大力推广使用。参考文献

［1］陈凡、徐天平、陈久照、关立军.基桩质量检测技术［M］.北京：中国建筑工业出版社.2003,112～113

［2］齐凤岗、刘长伶、王兆瑞等.中外基桩动测技术选编［M］.北京:国家建筑工程质量检测中心.1996,196