基樁低應(yīng)變檢測技術(shù).doc

基 樁 低 應(yīng) 變 檢 測 技 術(shù) （祝龍根，同濟(jì)大學(xué)） 2008/11/18一、引言1. 建筑基樁檢測的現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范（1）上海市工程建設(shè)規(guī)范建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程(DGJ08-218-2003)，2003年（2）上海市工程建設(shè)規(guī)范地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（DGJ08-11-1999），1999年（3）中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ06-2003)，2003年2. 建筑基樁（樁基中的單樁）的主要檢測內(nèi)容如下：(1) 樁基的承載力，包括：豎向抗壓承載、抗拔承載力和水平承載力。(2) 基樁的完整性。3. 何謂基樁的完整性？反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續(xù)性的綜合指標(biāo)。4. 檢測基樁完整性的常用方法(1) 低應(yīng)變法；(2) 高應(yīng)變法；(3) 超聲波透射法；(4) 鉆孔取芯法等。5. 何謂低應(yīng)變法？ 在樁頂施加低能量的荷載，實測樁頂速度（或同時實測力）的響應(yīng)，通過時域或頻域分析，判定樁身完整性的檢測方法。6. 低應(yīng)變法檢測樁身完整性的主要方法 (1) 彈性波反射法；(2) 機(jī)械阻抗法；(3) 超聲波透射法。7. 何謂彈性波反射法？根據(jù)反射波與入射波的波形特征、幅值、相位、頻率的比較，對混凝土樁的完整性作出判別的一種方法。8. 彈性波反射法檢測樁身完整性的檢測儀器布置框圖P35 圖8.3.29. 低應(yīng)變法檢測樁身完整性的適用范圍（1）本方法適用于在上海地區(qū)應(yīng)用的各種混凝土預(yù)制樁、灌注樁的完整性檢測，判定樁身是否存在缺陷、缺陷程度及其位置；（2）本方法檢測缺陷的有效深度，40m以上的長樁宜按長徑比不大于50控制，對任何類型超長樁，宜慎重使用；（3）不能檢測樁基承載力、樁身混凝土強(qiáng)度、樁長。10. 低應(yīng)變法檢測樁身完整性最終提示的檢測成果P7, 3.0.7條圖(1) 基樁示意圖二、彈性波反射法1. 樁身完整性時域檢測方法(1) 彈性波在樁內(nèi)的傳播規(guī)律1) 阻抗、界面的基本概況a) 阻抗 阻抗 式中：A樁身橫截面積；樁身質(zhì)量密度()； ；r 樁身的重度；g 重力加速度(；C 縱波在樁身內(nèi)傳播速度。b) 界面阻抗發(fā)生變化的部位稱之為界面。產(chǎn)生界面的原因？樁身出現(xiàn)缺陷。灌注樁縮頸、擴(kuò)頸、夾泥、離析等。砼預(yù)制樁裂縫、斷裂、空洞、蜂窩、接樁質(zhì)量差等。(2) 彈性波在界面處的反射、透射圖(2) 彈性波在界面處反射、透射I 入射波； R 反射波；T 透射波?！安ā闭駝幽芰康膫鞑シ绞?。分別為入射波、反射波、透射波在界面處引起的質(zhì)點振動速度；分別為入射波、反射波、透射波在界面處引起的作用力。由于，界面兩側(cè)力、速度相等，則： -(1) -(2)由波陣面動量守恒條件可得： - (3)聯(lián)立求解(1)、(3)式，則得： - (4) -(5) -(6) -(7)若令：阻抗比反射系數(shù)透射系數(shù)則式(4)(7)變成為： -(8) -(9) -(10) -(11)(3) 應(yīng)用反射波檢測樁身缺陷1) 樁身缺陷和反射波與入射波之間相位關(guān)系a) 若樁身截面積不變，但出現(xiàn)缺陷（如：夾泥、離淅、裂縫等），此時，F(xiàn)0，則：與同號，亦即樁頂處反射波引起的質(zhì)點振動速度與入射波引起的質(zhì)點振動速度同相，俗稱“同相起點”。b) 若樁身出現(xiàn)縮頸，亦即，此時、，則：與同號，亦即樁頂處反射波引起的質(zhì)點振動速度與入射波引起的質(zhì)點振動速度同相，俗稱“同相起跳”。c) 若樁身出現(xiàn)擴(kuò)頸，亦即，此時，、，則：與符號相反，亦即樁頂處反射波引起的質(zhì)點振動速度與入射波引起的質(zhì)點振動速度反相，俗稱“反相起跳”。d) 樁端也是一個界面，一般情況下持力層的阻抗小于樁身的阻抗，此時、，則：與同號，亦即樁頂處反射波引起的質(zhì)點振動速度與入射波引起的質(zhì)點振動速度同相，俗稱“同相起跳”。圖(3) 樁身缺陷反射波信號示意圖2) 樁身缺陷嚴(yán)重程度與速度反射波幅值之間的關(guān)系樁身缺陷越嚴(yán)重，阻抗比i、反射系數(shù)F越大，則：樁頂處實測得到的速度反射波幅值越大。舉例：iF102|0.333|4|0.600|反射波幅值大小除了與缺陷嚴(yán)重程度有關(guān)以外，還與下列因素有關(guān)：a) 缺陷距樁頂距離；b) 樁身阻尼值大?。籧) 樁身與周圍土層耦合程度。3) 樁身缺陷位置的確定 -(12)式中：缺陷樁缺陷處反射波傳播至樁頂?shù)臅r間，缺陷樁縱波速度，確定方法詳見后述。4) 樁身缺陷性質(zhì)與反射波特征之間的關(guān)系a) 斷裂 淺部（23m之內(nèi)）鋸齒狀的波疊加在低頻波上。 中淺部出現(xiàn)2次、甚至多次反射。 深部（見不到樁底反射）擬完整樁端反射，但實測縱波速度明顯偏高，其原因見后述。b) 離淅反射波與入射波同相、反射波較雜亂、反射波幅值較小。 c) 變截面（縮擴(kuò)頸）d) 樁頂松軟2、樁身完整性頻域檢測方法(1) 樁軸向振動微分方程的建立1) 基本假定a) 假定樁為一根無阻尼的彈性直桿；b) 假定樁產(chǎn)生軸向變形后應(yīng)力均勻分布。2) 計算圖式圖(10) 計算圖式圖中：Q(t)施加在樁頂?shù)腻N擊力（kN）；Fd(t)樁側(cè)土的動阻力（kN）；Pd(t)樁端土的動阻力（kN）；Co樁側(cè)土的阻尼系數(shù)（kNS/m）；Ko樁側(cè)土的抗剪剛度（kN/m）；Cg樁端土的阻尼系數(shù)（kNS/m）；Kg樁端土的抗壓剛度（kN/m）；Z端軸向動應(yīng)力（MPa）；(Z+dz)端軸向動應(yīng)力（MPa）；uZ端軸向動位移（m）；(Z+dz)端軸向動位移（m）；樁身材料的質(zhì)量密度（kNS2/m4）；A樁的橫截面積（m2）。3) 在單元體上的作用力：Z端的作用力（kN）；(Z+dz)端作用力（kN）；慣性力（kN）；Koudz樁側(cè)土剪力（kN）；樁側(cè)土阻尼力（kN）。4) 樁軸向振動微分方程 作用在單元體上力平衡方程：(13)整理上式，則得：(14)根據(jù)材料力學(xué)知識可知：(15)式中：E樁的彈性模量（MPa）對（15）式求導(dǎo)，則得：(16)將（16）式代入（14）式，則得樁軸向振動微分方程：(17)若不考慮樁側(cè)土影響，即：Co=0、Ko=0，則（17）式變成為下式：(18)式中：(19)分析(19)式可知：縱波在樁身內(nèi)的傳播速度C（簡稱縱波速度）與樁身彈性模量E的平方根成正比；與樁身質(zhì)量密度的平方根成反比。(19)式在理論上表明了縱波速度C與樁身彈性模量E、質(zhì)量密度之間的關(guān)系。然而，目前理論上還未得到縱波速度與強(qiáng)度之間的關(guān)系式。但是，從實踐中發(fā)現(xiàn)縱波速度與強(qiáng)度之間存在正相關(guān)關(guān)系，即混凝土樁的縱波速度值大，其強(qiáng)度值高。表(1)中所列各種混凝土樁型縱波速度與強(qiáng)度之間的關(guān)系，是筆者根據(jù)多年實踐取得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，僅供參考。表(1) 混凝土樁縱波速度(m/s)與強(qiáng)度之間的關(guān)系混凝土強(qiáng)度樁型 C25C30C35C40C60C80灌注樁32003400340036003600380038004000實心預(yù)制方樁38004000空心預(yù)制方樁41004200高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁42004300實踐中還發(fā)現(xiàn)影響混凝土樁縱波速度的因素除強(qiáng)度外，粗骨料的品種和粒徑、含水率、添加劑的品種和數(shù)量、鋼筋的排列、成樁工藝和養(yǎng)護(hù)方法等對其亦有不同程度的影響。同一強(qiáng)度的混凝土樁，在不同的工程中，由于上述各種因素相異，可能呈現(xiàn)不同的縱波速度值。既然如此，就不能用低應(yīng)變實測所得的縱波速度值去推算樁身混凝土強(qiáng)度。(2) 樁軸向振動微分方程的求解1) 無樁側(cè)土公式(18)即無樁側(cè)土情況下樁軸向振動微分方程。對于具有一定邊界條件的有限長混凝土樁，可以用分離變量法求解(18)式，解可以寫成如下三角函數(shù)的形式： (20)式中：u樁軸向振動位移（m），樁軸向振動位移幅值（m），樁軸向固有振動園頻率（rad/S）,t時間（S），M、N待定常數(shù)。(20)式對t、Z分別作求導(dǎo)，則得： (21a) (21b) (21c) (21d)將式(21b)、(21d)代入(18)式，則得樁軸向振動的振型微分方程： (22)(22)式的解可以寫成下式： (23)(23)式為樁軸向振動振型表達(dá)式，其中：M、N為與樁端邊界條件有關(guān)的待定常數(shù)。a) 樁端固定（樁端嵌入堅固的巖層）、樁頂自由邊界條件見圖（11）：Z=0=0Z=L 將Z=0、=0代入(23)式，則得：M=0，(23)式變成為： (24)(24)式對Z求導(dǎo)，則得： (25)將Z=L、代入(25)式，則得：因為(23)式有解，N0，且0，則： (26)若要使(26)式成立，則：，i=1，3，5. (27)Li=，i=1，3，5. (28)(27)、(28)式中：、Li分別為完整樁在無樁側(cè)土條件下樁端固定、樁頭自由時軸向振動固有園頻率(rad/S)、固有周頻率(Hz)。連續(xù)質(zhì)量分布的樁，軸向有無限個固有頻率。根據(jù)(28)式，可得完整樁軸向相鄰固有周頻率差值Li(Hz)：Li= (29)圖(11) 樁頂、樁端邊界條件（無樁側(cè)土）b) 樁端自由（樁端沉汙、脫空）、樁頂自由邊界條件見圖（11）：Z=0Z=L對(23)式求導(dǎo)則得： (30)將Z=0，代入（30）式，則得N=0，(30)式變成為： (31)將Z=L、代入（31）式，則得： (32)因為（23）式有解，M0，且，則： (33)若要使（33）式成立，則： ，i=1，2，3 (34) Li=，i=1，2，3 (35)(34)、(35)式中：、Li分別為完整樁在無樁側(cè)土條件下樁端自由、樁頂自由時軸向振動固有園頻率(rad/S)、固有周頻率(Hz)。根據(jù)(35)式，可得完整樁相鄰固有周頻率差值Li：Li= (36)分析(29)、(36)式可知，在無側(cè)土、樁頂自由條件下，不管樁端是嵌固還是自由，樁軸向振動相鄰固有周頻率的差值Li均為C/2L。若將(29)、(36)式中樁長L改成為缺陷至樁頂?shù)木嚯xLri，則(29)、(36)式就變?yōu)樯虾Ｊ泄こ探ㄔO(shè)規(guī)范建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程（DGJ082182003）中(8.4.1-5)式，即：式中：缺陷至樁頂?shù)木嚯x(m)；缺陷樁相鄰波峰之間的頻率差平均值(Hz)；n根完整樁縱波速度的平均值(m/s)，n5。在這里應(yīng)說明的是：注腳符號i，不是上面所指的i階頻率，而是指第i根樁，Lri意指第i根缺陷樁缺陷距樁頂?shù)木嚯x。2) 有樁側(cè)土前述(17)式為有樁側(cè)土?xí)r樁軸向振動微分方程。根據(jù)樁頂、樁端的邊界條件，應(yīng)用超越方程可求得軸向振動固有頻率。a) 樁頂、樁端的邊界條件按受力機(jī)理，樁可以分成三種：純摩擦樁、端承樁和摩擦樁，如圖（12）所示。圖(12) 三種樁型受力機(jī)理、邊界條件 圖中：Q樁頂軸向荷載(kN)；Qf樁側(cè)土摩阻力(kN)；Qp樁端支承力(kN)；樁端剛度比（無量綱）；樁端剛度比按下式計算： (37)式中：Kg樁端土的抗壓剛度(kN/m)；Kc樁身抗壓剛度(kN/m), Kc=，E、A、L分別為樁的彈性模量、截面積、樁長。 純摩擦樁由于，鉆孔灌注樁樁端沉汙未清除或預(yù)制樁樁側(cè)土上抬至使樁端脫空，樁頂荷載Q全部由樁側(cè)摩阻力Q承擔(dān)，即Q=Q，稱這種樁為純摩擦樁。純摩擦樁的樁頂、樁端邊界條件為：樁頂：Z=L，樁端：Z=0，。 端承樁樁端嵌固在堅固的巖層中，并可不計樁身的壓縮變形產(chǎn)生的樁側(cè)土阻力，樁頂荷載Q全部由樁端的支撐力Qp承擔(dān)，即Q=Qp, 稱這種樁為端承樁。端承樁的樁頂、樁端邊界條件為： 樁頂：Z=L， 樁端：Z=0，。 摩擦樁樁端支承在中等堅硬的土層中，樁頂荷載Q由樁側(cè)摩土阻力Q、樁端支承力Qp共同承擔(dān)，即Q=Q+Qp，稱這種樁為摩擦樁。Q、Qp在Q中所占的比例，受樁端土堅硬程度及樁身壓縮變形大小的影響。上海地區(qū)所采用的鉆孔灌注樁、預(yù)制樁屬摩擦樁，Qp/Q之比約在25%左右，其樁頂、樁端邊界條件為：樁頂：Z=L，；樁端：Z=0，。b) 樁軸向振動固有頻率Li、相鄰固有頻率差Li見表（2）表(2) 樁軸向振動固有頻率、相鄰固有頻率差值樁型樁端邊界條件樁側(cè)邊界條件Li(HZ)Li(HZ)純摩擦樁Ko=0CO=0Ko0CO0端承樁Ko=0CO=0Ko0CO0摩擦樁Ko=0CO=0Ko0CO0由表（2）可知：純摩擦樁、端承樁在有樁側(cè)土（KO0、CO0）時，樁的軸向振動固頻率fLi，不僅與E、A、L、C有關(guān)，而且受KO、CO影響，其表達(dá)式較復(fù)雜。對于摩擦樁，樁的軸向固有頻率fLi、即使在無樁側(cè)土（KO=0、CO=0）時，其表達(dá)式也相當(dāng)復(fù)雜。當(dāng)然，上述情況樁的軸向相鄰固有頻率的差值Li不可能恒為。由完整樁軸向相鄰固有頻率差值Li分析得到的缺陷樁缺陷段軸向相鄰固有頻率差值ri，也不可能恒為ri。為了根據(jù)實測分析計算所得的頻譜圖取得缺陷樁缺陷距樁頂?shù)木嚯xLri，上海市工程建設(shè)規(guī)范建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程（DGJ08-218-2003）第（8.4.1-5）式中，ri定義為缺陷樁相鄰波峰（即相鄰固有頻率）之間頻差的平均值，由該式計算得到的Lri，僅為缺陷至樁頂?shù)墓浪憔嚯x。(3) 實例例1：某混凝土預(yù)制樁，樁端進(jìn)入巖層（可認(rèn)為是固定端），樁長L=10m，樁截面尺寸F=300mm300mm，在有樁側(cè)土和無樁側(cè)土情況下，實測前五階固有頻率及其相鄰固有頻率差值，詳見表（3）、表（4）：表(3) 樁周土對固有頻率的影響 固有頻率樁側(cè)土類第1階(HZ)第2階(HZ)第3階(HZ)第4階(HZ)第5階(HZ)無樁側(cè)土66195324451575軟塑粘土86204330455576可塑粘土93207332456577表(4) 樁周土對相鄰固有頻率差的影響相鄰固有頻率差樁側(cè)土類第1、2階(HZ)第2、3階(HZ)第3、4階(HZ)第4、5階(HZ)無樁側(cè)土129129127124軟塑粘土118126125121可塑粘土114125124121分析表(3)、表（4）可知：1) 有、無樁側(cè)土，對樁的第1階固有頻率影響很大，有樁側(cè)土的第1階固有頻率比無樁側(cè)土高約30%40%，并因此影響第1、2階相鄰固有頻率差值。2) 在無樁側(cè)土?xí)r，各階相鄰固有頻率差值基本相同。例2：樁型及尺寸完全與例1中的混凝土方樁相同，樁端進(jìn)入硬塑粘土，樁側(cè)土分別為硬塑、可塑及軟塑粘土?xí)r，實測前五階固有頻率、相鄰固有頻率差值，詳見表（5）、表（6）。表(5) 樁周土對固有頻率的影響固有頻率樁側(cè)土類第1階(HZ)第2階(HZ)第3階(HZ)第4階(HZ)第5階(HZ)硬塑粘土101177293417540可塑粘土87169289414538軟塑粘土61158281409534表(6) 樁周土對相鄰固有頻率差的影響相鄰固有頻率差樁側(cè)土類第1、2階(HZ)第2、3階(HZ)第3、4階(HZ)第4、5階(HZ)硬塑粘土76116124123可塑粘土82120125124軟塑粘土97123128125分析表（5）、表（6）可知：1）當(dāng)樁端進(jìn)入硬塑粘土?xí)r，樁側(cè)土性質(zhì)對第1階固有頻率影響亦很大，并且第1、2階相鄰固有頻率差值遠(yuǎn)小于其它相鄰各階的差值。2）在應(yīng)用上海市工程建設(shè)規(guī)范建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程（DGJ082182003）中(8.4.1-5)式，確定缺陷距樁頂?shù)木嚯xLri時，缺陷樁相鄰固有頻率的差值，宜取第1、2階以后的相鄰固有頻率差值ri的平均值。(4) 完整樁軸向振動幅頻曲線的特征 1) 有樁端反射波信號有樁端反射波信號時幅頻曲線圖, 如圖(13)所示。圖中： 質(zhì)點振動速度(mm/s), 完整樁軸向振動固有頻率（Hz）， 完整樁軸向振動相鄰固有頻率的差值()；C為縱波速度（，L為完整樁長(m)，圖(13) 有樁端反射波信號的幅頻曲線2) 無樁端反射波信號無樁端反射波信號時幅頻曲線圖，如圖(14)所示，圖中符號含義同圖(13)。圖(14) 無樁端反射信號的幅頻曲線(5) 缺陷樁軸向振動幅頻曲線的特征不同缺陷程度的缺陷樁，其軸向振動幅頻曲線圖，如圖（15）所示，它們分別有如下特征：輕度缺陷樁：幅頻曲線呈輕度峰谷狀起伏；明顯缺陷樁：幅頻曲線呈明顯峰谷狀起伏；嚴(yán)重缺陷樁：幅頻曲線呈十分深凹峰谷狀起伏。圖中：樁身缺陷距樁頂?shù)木嚯x(m);缺陷樁缺陷段的軸向振動固有頻率（Hz）；缺陷樁缺陷段相鄰固有頻率之間的差值（Hz）；，為同一工程根樁縱波速度的平均值，且，為第i根完整樁縱波速度。圖(15) 缺陷樁的幅頻曲線3、樁身完整性的時域、頻域特征聯(lián)合判斷類型樁端反射時域信號特征頻域信號特征I有2L/C時刻前無缺陷反射波信號，樁端反射明顯、波形規(guī)則、波列清晰、完整樁之間波形特征相似。諧振峰排列基本等間距，峰谷明顯，相鄰峰之間頻率差基本相等，Li=C/2L，幅頻曲線正常。無既無缺陷反射波信號、亦無樁端反射波信號。幅頻曲線正常，呈連續(xù)狀。II有2L/C時刻前有輕度缺陷反射波信號，樁端反射波較明顯，樁端反射波受輕度缺陷反射波干涉，反射波規(guī)律性不如完整樁。樁端諧振峰排列基本等間距，Li=C/2L。輕度缺陷段產(chǎn)生諧振峰之間頻率差ri=C/2Lri峰谷均不深無僅有輕度缺陷反射波信號。僅有輕度缺陷段產(chǎn)生的諧振峰，ri=C/2Lri。有2L/C 時刻前有明顯缺陷反射波信號，樁端反射不明顯樁端諧振峰微弱，峰谷不明顯。明顯缺陷段產(chǎn)生的諧振峰峰谷明顯。Li=C/2L，ri=C/2Lri無2L/C時刻前有明顯缺陷反射波信號，無樁端反射波信號。僅有明顯缺陷產(chǎn)生的諧振峰，峰谷明顯。無2L/C時刻前缺陷反射強(qiáng)烈，且有二次、甚至多次反射波信號。無樁端諧振峰。嚴(yán)重缺陷段諧振峰十分明顯，有多次深凹的峰谷狀起伏。ri=C/2Lri4、若干問題的探討 (1) 用彈性波反射法檢測混凝土預(yù)制樁接樁質(zhì)量的可行性探討混凝土多節(jié)預(yù)制樁，由于接樁面不平整、焊接質(zhì)量不高和樁間土上抬、側(cè)向擠壓等，將造成上、下節(jié)樁接觸面不密貼，甚至松脫、局部錯位、完全錯開等，如圖(16)所示。用彈性波反射法檢測混凝土預(yù)制樁接樁質(zhì)量，主要根據(jù)接樁面、樁端反射波信號強(qiáng)弱來進(jìn)行判別。接樁面密貼的混凝土預(yù)制樁，無接樁面反射波信號，一般情況下樁端反射波信號可見。接樁面欠密貼的混凝土預(yù)制樁，樁面反射波信號較弱，有時可見樁端反射波信號。接樁面松脫、局部錯位、完全錯開的混凝土預(yù)制樁，均有接樁面反射波信號強(qiáng)烈，甚至有二次、多次反射波信號可見，及無樁端反射波信號的共同特征。用彈性波反射法無法檢測上、下節(jié)樁脫開的距離、錯開的程度。若要了解上、下節(jié)樁脫開的距離、錯開的程度，必須輔之其它檢測方法，如：1) 用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀測定樁頂上抬、下沉和偏位量；2) 在樁頂施加靜載，并測定下沉量；3) 在樁頂施加上拔荷載，并測定上拔荷載、上拔位移量；4) 在樁頂施加錘擊力，測定樁頂下沉量，并同時進(jìn)行高應(yīng)變檢測分析。圖(16) 接樁面接觸情況示意圖(2) 樁身完整性的內(nèi)涵上海市工程建設(shè)規(guī)范“建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程（DGJ082182003）”第3.0.7條明確規(guī)定，通過樁身完整性檢測將樁身質(zhì)量分成 、四類，如下表(7)所示。通俗地說，類樁為樁身結(jié)構(gòu)完好的優(yōu)良樁；類樁為樁身存在輕度不利缺陷的合格樁；類樁為樁身存在明顯不利缺陷的不合格樁；類樁為樁身存在嚴(yán)重缺陷的廢樁。表(7) 樁身完整性判定表類別分類原則I無任何不利缺陷，樁身結(jié)構(gòu)完整；II有輕度不利缺陷，但不影響或基本不影響原設(shè)計的樁身結(jié)構(gòu)承載力；III有明顯不利缺陷，影響原設(shè)計的樁身結(jié)構(gòu)承載力；IV有嚴(yán)重不利缺陷，嚴(yán)重影響原設(shè)計的樁身結(jié)構(gòu)承載力；暨決定于樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又同時決定于樁周土的支承力，設(shè)計承載力取其二者的小值。在按表（7）對樁身結(jié)構(gòu)承載力受損程度進(jìn)行分類時，不僅應(yīng)考慮軸向抗壓承載力，還應(yīng)考慮抗拔、抗水平和抗彎曲承載力。不同類型的樁，其缺陷的內(nèi)含是不相同的。對于混凝土預(yù)制樁，缺陷將包含裂縫、接樁質(zhì)量等；對于鉆孔灌注樁，缺陷將包含縮頸、夾泥等。如何根據(jù)裂縫開展寬度、接樁面緊密程度、縮頸大小、夾泥面積對樁身完整性進(jìn)行半定量、定量分析和類別判別，筆者根據(jù)經(jīng)驗，簡述于表(8)中，僅供參考。表(8) 樁身完整性的內(nèi)涵樁型判別內(nèi)容樁身完整性IIIIIIIV完整輕度缺陷明顯缺陷嚴(yán)重缺陷砼預(yù)制樁裂縫無裂縫細(xì)裂縫，又稱微裂、發(fā)裂，裂縫寬度0.2mm，且未貫通裂縫，又稱明顯裂縫，0.2mm，未貫通斷裂0.2mm，貫通接樁密貼又稱無間隙欠密貼，又稱局部有間隙，局部接觸脫開，又稱松脫錯位又稱錯開灌注樁縮頸樁徑?jīng)]計直徑輕度縮頸又稱微縮頸，樁徑設(shè)計直徑，但不露筋明顯縮頸，樁徑設(shè)計直徑，且局部露筋嚴(yán)重縮頸，樁徑設(shè)計直徑，全部露筋夾泥無夾泥局部夾泥，夾泥面積FO30%F(3) 用彈性波反射法檢測鉆孔灌注樁沉渣厚度、混凝土預(yù)制樁端脫開距離可行性探討當(dāng)鉆孔灌注樁樁端沉渣未清、混凝土預(yù)制樁樁側(cè)土上抬而至使樁端脫空時，則樁端處于自由和作用力、剛度比-為零的邊界狀態(tài)。根據(jù)行波理論可知：由錘擊樁頂產(chǎn)生的向下傳播的壓力波在樁端處引起的質(zhì)點運動速度，與反射波產(chǎn)生的質(zhì)點運動相疊加（符號相同）而得到增強(qiáng)，此時在樁頂檢測到的質(zhì)點振動速度反射波信號特別強(qiáng)烈，且與向下傳播的壓力波引起的質(zhì)點振動速度同相（即同相起跳）。但是，現(xiàn)在從理論、實踐上尚未證明樁頂檢測到的質(zhì)點振動速度反射波信號強(qiáng)弱程度，與樁端沉渣厚度、脫空距離之間存在相關(guān)關(guān)系。因此，目前用彈性波反射法僅能檢測樁端是否存在沉渣、脫空，而無法測定沉渣厚度、脫空距離。(4) 用彈性波反射法檢測樁長可行性探討 用彈性波反射法檢測樁長，似乎很簡單，只要按（38）、（39）式便可計算得到： （38） （39） 式中： L 完整樁長（m）， t 完整樁端反射波傳遞時間（s）， 完整樁軸向振動相鄰固有頻率差平均值（Hz）， C 樁身縱波速度（m/s）。 并將t、C代入（38）式, 、C代入（39）式，即可計算得到樁長L。t、可分別從實測時域反射波信號圖、頻譜圖中得到。 用彈性波反射法能否檢測樁長？關(guān)鍵在于能否正確確定縱波速度C值。采用同一工程（）根完整樁實測所得的平均縱波速度值或縱波速度與樁身混凝土強(qiáng)度之間經(jīng)驗關(guān)系所得的縱波速度C值來確定，由于P13所述的原因，具有很大的不確定性，據(jù)此縱波速度值用(38)、（39）式計算所得的樁長，亦很不可靠，故用彈性波反射法檢測樁長不可行。在此，筆者還將介紹一個基樁完整性檢測中有時會碰到的短樁問題：由于諸種原因，在接近樁端部位存在缺陷（即深部缺陷），如圖（17）所示，其實測時域圖、頻譜圖中，深部缺陷反射波信號可見，而無樁端反射波信號。由于，深部缺陷接近樁端，檢測人員誤將深部缺陷反射波信號當(dāng)作樁端反射波信號。在分析計算樁身縱波速度時，將理應(yīng)按（40）式計算樁身縱波速度C，誤用了按（41）式計算樁身縱波速度，得到了C值。因L（設(shè)計樁長）（深部缺陷至樁頂距離），C值必然大于C值，且C值明顯高于正常值（C值超出5000m/s，甚至更大），而判其為短樁（明顯小于設(shè)計樁長）。 (40) (41)工程中，由于事故、人為原因，會出現(xiàn)短樁現(xiàn)象。但鑒于P13所述原因和無法區(qū)別深部缺陷反射波信號與樁端反射波信號之間差別，故用彈性波反射法無法判別短樁。只不過從高于正常值范圍的C值中獲取了可能出現(xiàn)短樁的信息，若要正確判別短樁，必須同時采用其它方法。圖(17) 深部缺陷反射波信號示意圖5、工程實例(1) 某某大廈1) 工程概況 基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，直徑，樁長L46.5m，樁身混凝土強(qiáng)度C30，總樁數(shù)N=406根。 2) 有代表性檢測實例 a) 6#號樁：完整樁。 b) 64#號樁： 11.3m附近明顯擴(kuò)頸，時域圖不很明顯，頻域圖很清楚， = c) 155#號樁： 3.8m附近明顯擴(kuò)頸， =d) 295#號樁： 5.6m附近明顯縮頸， =e) 332#號樁： 9.0m附近斷裂，多次反射（時域圖），深凹(頻域圖)，=f) 354#號樁：4.4m附近明顯縮頸，= g) 369#號樁： 12.1m附近明顯擴(kuò)頸， = h) 375#號樁： 5.1m附近明顯擴(kuò)頸， =(2) 某飼料廠筒倉1) 工程概況基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，截面積F350x350mm2，樁長L25.0(12+13)m，樁身砼強(qiáng)度C40。2) 有代表性檢測實例a) 70#號樁： 接樁密貼， =b) 109#號樁： 松脫或局部錯位或全部錯位，出現(xiàn)二次反射、幅頻曲線深凹， =c) 94#號樁：欠密貼，無二次反射、幅頻曲線峰谷不明顯， =6、小結(jié)根據(jù)一維彈性波在基樁內(nèi)的傳播理論可知：樁頂受錘擊后產(chǎn)生的應(yīng)力波（或應(yīng)變波）在樁身內(nèi)向下傳播的過程中，當(dāng)遇到阻抗發(fā)生變化的界面（如：縮頸、擴(kuò)頸、離析、裂縫、斷裂等缺陷和接樁面、樁底）時，將產(chǎn)生反射波，反射波信號的強(qiáng)弱、幅頻曲線的起伏程度與界面處的波阻抗差異（即界面上、下樁身阻抗之差）成正比。若樁身內(nèi)存在嚴(yán)重縮頸或斷裂面時，則不但反射波幅值大，而且將出現(xiàn)二次、甚至多次反射，幅頻曲線有十分深凹的多次起伏。當(dāng)界面之上的樁身阻抗大于界面之下樁身阻抗，亦即阻抗比大于1時，反射波相位與入射波相位“同相”，反之反射波相位與入射波相位“反相”。上海地區(qū)基巖埋深很大，樁端不可能支承在基巖上，不可能形成阻抗比小于1的界面，所以除擴(kuò)頸樁外，基樁完整性檢測中，獲取的反射波均與入射波同相。由上可知，根據(jù)反射波相位難于識別樁身缺陷是縮頸、夾泥離析，還是裂縫、斷裂。為了識別樁身缺陷性質(zhì)，應(yīng)仔細(xì)觀察反射波特征。若距樁頂約23m之內(nèi)出現(xiàn)斷裂，反射波往往具有鋸齒狀波疊加在低頻波上的特征，若距樁頂7、8m左右出現(xiàn)斷裂，反射波往往具有波寬較窄的二次，甚至多次反射；若樁身深部出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，反射波似完整樁端反射，實測計算得到的波速肯定偏高。若樁身存在離淅，反射波往往較雜亂，且波幅較小。若樁端有沉渣，則樁端反射波信號既強(qiáng)又雜亂。鋼筋砼樁的接樁面也是一個界面，若接樁面不密貼，則反射波信號明顯可見；若上、下節(jié)樁已脫開、錯位，那末反射波必然很強(qiáng)烈，而且將出現(xiàn)二次、甚至多次反射，幅頻曲線有多次深凹的峰谷狀起伏，然而，彈性波反射法，無法檢測上、下節(jié)樁脫開的距離，也無法判別是脫開、還是錯開?？傊瑸樘岣呋鶚锻暾耘袆e結(jié)果的正確性，應(yīng)對反射波特征、幅值、相位以及幅頻曲線形狀進(jìn)行綜合分析。大量實踐證明，反射波特征、幅值和幅頻曲線形狀，不僅與樁身界面上、下阻抗差異、界面距樁頂?shù)木嚯x大小、樁身材料的阻尼、成樁工藝等有關(guān)，而且與基樁周圍土層性質(zhì)、樁土耦合程度等因素密切相關(guān)。因此，用彈性波反射法檢測基樁完整性，目前尚處于定性階段，判別樁的4條標(biāo)準(zhǔn)，實屬定性描述。鑒于上述，從事基樁彈性波反射法檢測工作的技術(shù)人員，應(yīng)多積累經(jīng)驗、開展科學(xué)研究，將這門檢測技術(shù)逐步提高到新的水平。三、機(jī)械阻抗法簡介1、機(jī)械阻抗法的一些基本概念(1) 何謂機(jī)械阻抗法？ 機(jī)械阻抗法是指根據(jù)樁頂激振力及速度響應(yīng)實測數(shù)據(jù)計算分析得到的基樁共振頻率、波速、導(dǎo)納、動剛度等參數(shù)識別樁身完整性的一種動測方法。它分穩(wěn)定機(jī)械阻抗法、瞬態(tài)機(jī)械阻抗法。(2) 機(jī)械阻抗、導(dǎo)納的含義 機(jī)械阻抗、導(dǎo)納反應(yīng)了樁土系統(tǒng)在頻率域上的動態(tài)特性，有加速度阻抗、速度阻抗、位移阻抗之分。其倒數(shù)分別稱之為加速度導(dǎo)納、速度導(dǎo)納、位移導(dǎo)納。1) 加速度機(jī)械阻抗、加速度導(dǎo)納 (42) 式中：F(f)施加在樁頂?shù)募ふ窳Γ?a(f)實測的樁頂加速度響應(yīng)； f 激振力的周頻率。2) 速度機(jī)械阻抗、速度導(dǎo)納 (43)式中：實測的樁頂速度響應(yīng)。3) 位移機(jī)械阻抗、位移導(dǎo)納 (44)式中：A(f)實測的樁頂位移響應(yīng)。4) A(f)、V(f)、a(f)之間存在下列關(guān)系 (45) 式中：施加在樁頂上激振力的園頻率（弧度/秒）。2、樁頂?shù)乃俣葘?dǎo)納曲線(1) 樁頂位移阻抗Z (17)對(17)式作符利葉變換，并應(yīng)用超越方程求解，則得： （45）式中：、分別為樁頂、樁端位移阻抗()， ，圖(18) 基樁示意圖 ， ， 樁端土抗壓剛度(), 樁側(cè)土抗剪剛度(), 樁端土的阻尼系數(shù)(), 樁側(cè)土阻尼系數(shù)(),(2) 樁頂速度導(dǎo)納 （46）(3) 樁頂?shù)乃俣葘?dǎo)納曲線1) 樁頂?shù)乃俣葘?dǎo)納曲線根據(jù)（46）式可繪出樁頂?shù)乃俣葘?dǎo)納隨頻率的變化曲線。 圖中： P 導(dǎo)納曲線中的極大值(); Q 導(dǎo)納曲線中的極小值(); N 導(dǎo)納的幾何平均值(), ; m 速度導(dǎo)納曲線初始直線段的終點; 對應(yīng)于m點的頻率(); V(f)對應(yīng)于m點的樁頂振動速度響應(yīng)(); F(f)施加于樁頂?shù)募ふ窳?);導(dǎo)納曲線中兩個相鄰峰值頻率之差()。2）理論導(dǎo)納 （47）式中：A 樁的橫截面積() 樁的質(zhì)量密度();C 樁的縱波速度()。3）動剛度動剛度即位移機(jī)械阻抗，亦即樁頂產(chǎn)生單位位移所需的力。它可以根據(jù)實測的速度導(dǎo)