反射波法桩基检测中砼波速异常原因浅析
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摘要：本文通过工程实例中反射波法检测时砼波速异常情况分析，提出反射波法检测波速异常时应加以考虑的一个主要因素。
1 前言
桩基检测中，低应变动力试桩法“反射波法”是目前最普遍采用的方法之一。其理论依据充分，测试技术简单，波形判断直观，可诊断桩身断裂，砼离析，缩颈，扩径等缺陷，并能确定其所在部位，同时也能对桩长进行查核。所以反射波被广泛应用于桩基的质量普查。但桩基动测是一门新技术，知识面广，多学科交叉，涉及振动、波动理论，土的力学特性，测试技术，电子计算机知识等。因此在实际测试过程中，如果不综合分析异常情况，常常会出现误判。
2 反射波检测中存在的问题
2.1 正常波速
在工程的实际检测中我们普遍遇到的问题是波速的确定，操作过程中确定与桩的砼强度相对应的波速显得至关重要，前人已通过大量的对比试验得到两者间的关系（见表1）。
表1 砼强度与砼波速的关系
（在空气介质中）
由于桩入土后波速会大大降低，因此又建立起适合工程使用的对应关系。（以钻孔灌注桩成桩1个月左右为例）：C20砼对应的砼波速大致在3200-3500m/s；C25砼其波速大致为3400-3700m/s。若超过此范围则应怀疑其有质量问题：如波速偏低可能是砼强度低，有离析等问题存在；波速偏高可能有效桩长偏短或断桩的可能（视具体情况而定）。此时砼波速是一个中间值，它是桩身砼强度的反映，一般来说砼强度愈高，砼波速愈高，反之就低。
2.2 异常波速
在多年的工程实践中，又不少例子似乎说明砼强度与砼波速间的关系超常规。如：不少钻孔灌注桩C25砼波速不但超过3800m/s，甚至达到4000m/s以上，（虽然类似情况所占比例不高），但若按传统方法（现普遍采用钻芯取样验证桩达设计桩长后提高波速），往往容易产生误判或无法判的现象，这应引起我们高度重视。
3 工程实例及原因分析
以我市某工程为例：基础采用沉管灌注桩，设计桩径400mm,设计桩长`13.5m，砼强度为C20。用低应变对所有工程桩进行检测，发现桩底反射信号清晰，按3500m/s波速试算，桩长普遍偏短2.0-3.0米，平均波速需提高到4200m/s，以上桩长方可符合实际情况，这与理论不符，最后仍按3700m/s的平均拟设波速，被判桩长普遍偏短1.5m左右。典型图形（如图1）。出现异常后通过向现场监理和施工单位质询，他们都认为施工中钻孔深度肯定不小于设计要求，沉渣也控制在规定以内，且砼灌注浇筑正常，也就是说施工过程中无异常情况出现，实际桩长应达到设计长度，同时也排除了桩检测仪器的原因。这样就产生了一个矛盾，若按桩长13.5m反过来推算砼波速一般都在4200m/s以上，这同砼强度与波速取值的对应关系严重不相符合。经与各方商定，最后将做静载试验用锚桩（钢筋通长且桩直径较小无法钻芯），通过用直径500mm钢套将桩连桩周土一起拔出（示如图2）。通过测量：桩长达13.5米，桩径基本符合设计要求。
我们用低应变对此桩进行了全面检测：
首先用低应变将桩底作为测试端连同桩钢套和桩周土进行检测（如图3）。波速3700m/s，桩长13.2m。其次割断钢套管后，检测自由桩体，将桩底作为测试端检测（如图4），波速3400m/s，桩长13.5m，再通过取芯试验表明桩身砼强度并不超标，平均值接近C20，最低的只有C10左右。这样一个矛盾的问题出现了:如按砼强度与波速的关系选择正常波速所测桩长与实际桩长严重不符，如调整成很高的砼波速则违反砼强度与波速存在的关系（砼强度并不高）
本人通过各方情况综合分析认为：低应变所测桩底反射并不是真正的桩底反射信号，而是变截面反射信号。通过对拔出桩施工现场拔出情况说明，当钢套管向下套桩时，在距离桩底2.0m左右非常困难，经加大冲击力后迅速穿透，这说明桩身在此有可能扩径。对照地质报告（见表2）
由于第六层土为淤质粉砂且饱和，桩身容易形成扩径，而七层为粉砂且稍密饱和，在此层桩身不易扩径且势必将恢复原来直径（设计），这样就形成在桩变载面处桩径变化很大，对于低应变检测来说在此处为严重缩径。低应变错误认为是桩底信号（仪表和操作系统对采集到的数据将进行放大）。从拔出桩仔细检查，发现在距桩底2.0-2.5米处砼四周被割断（由于钢套管下压所致），后将原检测低应变图形用3400m/s（实际应更低）反算桩长为11m（即变截面位置）。波形图形如图6
为了能验证这样的结果，我们对与其土质情况相近的东台市某工程采用的振动灌注桩设计桩长为14米，砼强度等级为C20，用低应变检测普遍偏短2.0米左右（图形如图7）。后在其附近用同工艺、同材料、同等级、同样方式打入一根设计短2.0米的桩，再用低应变检测。（图形如图8）低应变检测结果相同，说明以上假设成立。
另外，为什么桩有扩径现象，低应变却无反应。本人认为主要由于扩径不是规则形状或者是梯形扩径（拟设图形如图9），而梯形扩径低应变无法检测，这通过对某工程用电线杆长度为8m，一端直径为257mm，另一端直径为150mm，砼强度等级为C30，所测图形如图10。所以桩身在第六层土中扩径不反应或反应不明显。再有桩身在钢套管中，砼波速为3700m/s，比自由状态砼波速3400m/s高，这跟理论上波在如钢等高强介质中传播速度高时相符合的。
4 结论
综上所述：笔者认为采用低应变反射波法检测桩的质量过程中，砼波速取值不应随意变动，超出常规，切不可以单纯用钻芯取样的方法来简单加以验证，从而反推所采用的砼波速。因此，对波速异常时，应根据地质和施工等各方面情况综合考虑，并通过多种检测手段以此来解决砼波速异常问题，以提高检测的科学性和准确性。