沉渣的反射波检测.doc

沉渣的反射波检测
郑平
(杭州萧山建设工程质量监督站)

一、前言：
随着高层建筑物大量兴建，钻孔灌注桩得到了大量的应用，其施工技术趋向了成熟，而同时工程对其成桩质量的要求也越来越高，桩底沉渣是钻孔灌注桩的常见缺陷，此缺陷对单桩承载能力和建筑物的不均匀沉降具有不良影响，因此《建筑桩基技术规范》、（JGJ94-94）中规定“孔底沉渣厚度指标应符合下列规定：端承桩≤300mm，磨擦端承，端承磨擦桩≤100mm，磨擦桩≤300mm，”。
本文从形成桩底沉渣的原因和反射波法曲线时特征来探索其在测桩底沉渣方面的应用。
二、沉渣的原因：
从钻孔灌注桩的施工过程来说，选成桩底沉渣的原因主要有以下几点：
1、钻孔结束的一次清孔不彻底，桩底沉渣淤积太厚，颗粒较粗，在二次清孔时不能完全清除，造成桩底沉渣；
2、在清孔过程中，清孔泥浆比重过小或清孔时间太长，造成孔塌现象，从而使孔底淤积，造成桩底沉渣；
3、成孔完毕后，静置时间长孔内水位下降，泥浆沉淀比重变小，造成孔壁坍塌使孔底淤积，造成桩底沉渣；
4、在下方钢筋笼和导管时碰撞孔壁，有较大的泥块掉入孔底，造成桩底沉渣。
从以上原因分析可见钻孔灌注桩沉渣分为两类：一类是在成孔过程中土砂或石渣未能及时排出孔口，而滞留在孔底附近，待停止成孔后，这些残渣沉到孔底，形成桩底沉渣；另一类是浮在循环泥浆或孔内水中的微细颗粒，待成孔结束后经过一段时间之后，沉到孔底，形成桩底沉渣。
从其物理性来看，桩底沉渣的介质密度比桩身小，其纵波传播速度比桩身的纵波传播速度底。
三、理论依据：
低应变反射波法的工作方法，是用手锤或力锤敲击桩顶，由此产生的应力波沿桩身向下传播，当应力波通过波阻抗变化界面时，产生反射和折射现象：

RV=V1/ V0=P1C1A1-P2C2A2/ P1C1A1+P2C2A2
V1——反射纵波幅值
V0——入射纵波幅值
P1 P2——反射界面上下介质的密度
C1 C2——反射界面上下介质的速度
A1A2=面积
由分式3-1判断缺陷反射波与直达波的相位关系，从而总结低应变反射波法曲线的规律性。
四、桩底沉渣的时域特征：
根据以上的理论依据分析得出，在时域记录的桩底沉渣的特征：
1、由于桩底沉渣的波阻抗比桩身的波阻抗低，其振速反射系数为正值，即与桩头方向反射；
2、桩底沉渣由于其介质密度及厚度有关；
3、由于桩底沉渣的影响，使得应力波在其中传播的有效桩长比实际的施工桩长短，从而缩短了应力波在桩身中的传播时间，沉渣越厚，平均纵波波速值偏高越大，相差越大。
五、工程实测：
某工程基础采用φ0.5×16m的钻孔灌注桩，采用单桩竖向抗压静载荷试验和低应变反射波法试验对其进行基桩检测工作，其单桩竖向抗压静载荷试验的曲线见图3，结果见表1对应的低应变曲线见图。

表1

图3 图4
从1#、2#、3#试桩的Q-S曲线看，当加载量最终荷载时曲线发生明显陡降，取发生明显陡降的起始点对应的荷载为其极限承载力实测值，其中1#试桩与2#、3#试桩单桩极限承载力实测值相差较大（390kN），结合施工记录及低应变曲线分析其原因：1#试桩在其成孔后静置时间过长，孔内水位下降，使泥浆沉淀比重变小，造成孔壁坍塌使孔底淤积，形成桩氏沉渣，从图4可见，1#试桩的桩底反射波幅值较大，视频率也明显变低，根据2#、3#试桩的平均纵波速估算的桩长比2#、3#试桩的桩长明显变短，也说明其桩底存在沉渣现象。
实例2：某工程基础采用φ116×18m的钻孔灌注桩，砼强度为C30，桩底持力层为中风化花岗岩，其低应变曲线见图5，从其曲线可见，桩底存在明显畸变，其桩底反射波相位与直达波相位相同，幅度较大，视频率较低，可判断其桩底存在沉渣，其厚度经抽芯验证为40cm，而根据公式ΔL+1/2（C有-C无Lt）来估算约为50cm左右。

六、结束语：
由于桩底沉渣厚的桩，其反射波具有桩底反射同相位，幅值相对较大，视频率较低，平均波速相对较高等特征，因此可利用这些待判断钻孔灌注桩的桩底沉渣，可利用公式ΔL+1/2（C有-C无Lt）对沉渣厚度进行估算，如需正确判断则应经抽芯验证。

参考的文献：
（1）、2000年华北岩土工程勘察与治理学术交流会论文集
（2）、建筑桩基技术规范《JGJ94-94》
（3）、建筑基桩检测技术规范《JGJ106-2003》