8.4.1 樁身波速平均值的確定，應符合下列規(guī)定：
    1. 當樁長已知、樁底反射信號明確時，應在地基條件、樁型、成樁工藝相同的基樁中，選取不少于5根Ⅰ類樁的樁身波速值，按下列公式計算其平均值：

    式中：c_m——樁身波速的平均值(m／s)；
          c_i——第i根受檢樁的樁身波速值(m／s)，且|c_i-c_m|／c_m不宜大于5％；
          L——測點下樁長(m)；
          △T——速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差(ms)；
          △f——幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差(Hz)；
          n——參加波速平均值計算的基樁數(shù)量(n≥5)。
    2. 無法滿足本條第1款要求時，波速平均值可根據(jù)本地區(qū)相同樁型及成樁工藝的其他樁基工程的實測值，結合樁身混凝土的骨料品種和強度等級綜合確定。
8.4.2 樁身缺陷位置應按下列公式計算：

    式中：x——樁身缺陷至傳感器安裝點的距離(m)；
          △t_x——速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時間差(ms)；
          c——受檢樁的樁身波速(m／s)，無法確定時可用樁身波速的平均值替代；
          △f＇——幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差(Hz)。
8.4.3 樁身完整性類別應結合缺陷出現(xiàn)的深度、測試信號衰減特性以及設計樁型、成樁工藝、地基條件、施工情況，按本規(guī)范表3.5.1和表8.4.3所列時域信號特征或幅頻信號特征進行綜合分析判定。

表8.4.3 樁身完整性判定

    注：對同一場地、地基條件相近、樁型和成樁工藝相同的基樁，因樁端部分樁身阻抗與持力層阻抗相匹配導致實測信號無樁底反射波時，可按本場地同條件下有樁底反射波的其他樁實測信號判定樁身完整性類別。
8.4.4 采用時域信號分析判定受檢樁的完整性類別時，應結合成樁工藝和地基條件區(qū)分下列情況：
    1. 混凝土灌注樁樁身截面漸變后恢復至原樁徑并在該阻抗突變處的反射，或擴徑突變處的一次和二次反射；
    2. 樁側局部強土阻力引起的混凝工預制樁負向反射及其二次反射；
    3. 采用部分擠土方式沉樁的大直徑開口預應力管樁，樁孔內(nèi)土芯閉塞部位的負向反射及其二次反射；
    4. 縱向尺寸效應使混凝土樁樁身阻抗突變處的反射波幅值降低。
    當信號無畸變且不能根據(jù)信號直接分析樁身完整性時，可采用實測曲線擬合法輔助判定樁身完整性或借助實測導納值、動剛度的相對高低輔助判定樁身完整性。
8.4.5 當按本規(guī)范第8.3.3條第4款的規(guī)定操作不能識別樁身淺部阻抗變化趨勢時，應在測量樁頂速度響應的同時測量錘擊力，根據(jù)實測力和速度信號起始峰的比例差異大小判斷樁身淺部阻抗變化程度。
8.4.6 對于嵌巖樁，樁底時域反射信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時，應采取鉆芯法、靜載試驗或高應變法核驗樁端嵌巖情況。
8.4.7 預制樁在2L／c前出現(xiàn)異常反射，且不能判斷該反射是正常接樁反射時，可按本規(guī)范第3.4.3條進行驗證檢測。實測信號復雜，無規(guī)律，且無法對其進行合理解釋時，樁身完整性判定宜結合其他檢測方法進行。
8.4.8 低應變檢測報告應給出樁身完整性檢測的實測信號曲線。
8.4.9 檢測報告除應包括本規(guī)范第3.5.3條規(guī)定的內(nèi)容外，尚應包括下列內(nèi)容：
    1. 樁身波速取值；
    2. 樁身完整性描述、缺陷的位置及樁身完整性類別；
    3. 時域信號時段所對應的樁身長度標尺、指數(shù)或線性放大的范圍及倍數(shù)；或幅頻信號曲線分析的頻率范圍、樁底或樁身缺陷對應的相鄰諧振峰間的頻差。

條文說明

8.4 檢測數(shù)據(jù)分析與判定

8.4.1 為分析不同時段或頻段信號所反映的樁身阻抗信息、核驗樁底信號并確定樁身缺陷位置，需要確定樁身波速及其平均值c_m。波速除與樁身混凝土強度有關外，還與混凝土的骨料品種、粒徑級配、密度、水灰比、成樁工藝(導管灌注、振搗、離心)等因素有關。波速與樁身混凝土強度整體趨勢上呈正相關關系，即強度高波速高，但二者并不為一一對應關系。在影響混凝土波速的諸多因素中，強度對波速的影響并非首位。中國建筑科學研究院的試驗資料表明：采用普硅水泥，粗骨料相同，不同試配強度及齡期強度相差1倍時，聲速變化僅為10％左右；根據(jù)遼寧省建設科學研究院的試驗結果：采用礦渣水泥，28d強度為3d強度的4倍～5倍，一維波速增加20％～30％；分別采用碎石和卵石并按相同強度等級試配，發(fā)現(xiàn)以碎石為粗骨料的混凝土一維波速比卵石高約13％。天津市政研究院也得到類似遼寧院的規(guī)律，但有一定離散性，即同一組(粗骨料相同)混凝土試配強度不同的桿件或試塊，同齡期強度低約10％～15％，但波速或聲速略有提高。也有資料報導正好相反，例如福建省建筑科學研究院的試驗資料表明：采用普硅水泥，按相同強度等級試配，骨料為卵石的混凝土聲速略高于骨料為碎石的混凝土聲速。因此，不能依據(jù)波速去評定混凝土強度等級，反之亦然。
    雖然波速與混凝土強度二者并不呈一一對應關系，但考慮到二者整體趨勢上呈正相關關系，且強度等級是現(xiàn)場最易得到的參考數(shù)據(jù)，故對于超長樁或無法明確找出樁底反射信號的樁，可根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗并結合混凝土強度等級，綜合確定波速平均值，或利用成樁工藝、樁型相同且樁長相對較短并能夠找出樁底反射信號的樁確定的波速，作為波速平均值。此外，當某根樁露出地面且有一定的高度時，可沿樁長方向間隔一可測量的距離段安置兩個測振傳感器，通過測量兩個傳感器的響應時差，計算該樁段的波速值，以該值代表整根樁的波速值。
8.4.2 本方法確定樁身缺陷的位置是有誤差的，原因是：缺陷位置處△t_x和△f＇存在讀數(shù)誤差；采樣點數(shù)不變時，提高采樣頻率降低了頻域分辨率；波速確定的方式及用抽樣所得平均值c_m替代某具體樁身段波速帶來的誤差。其中，波速帶來的缺陷位置誤差△x＝x·△c／c(△c／c為波速相對誤差)影響最大，如波速相對誤差為5％，缺陷位置為10m時，則誤差有0.5m；缺陷位置為20m時，則誤差有1.0m。
    對瞬態(tài)激振還存在另一種誤差，即錘擊后應力波主要以縱波形式直接沿樁身向下傳播，同時在樁頂又主要以表面波和剪切波的形式沿徑向傳播。因錘擊點與傳感器安裝點有一定的距離，接收點測到的入射峰總比錘擊點處滯后，考慮到表面波或剪切波的傳播速度比縱波低得多，特別對大直徑樁或直徑較大的管樁，這種從錘擊點起由近及遠的時間線性滯后將明顯增加。而波從缺陷或樁底以一維平面應力波反射回樁頂時，引起的樁頂面徑向各點的質(zhì)點運動卻在同一時刻都是相同的，即不存在由近及遠的時間滯后問題。嚴格地講，按入射峰-樁底反射峰確定的波速將比實際的高，若按“正確”的樁身波速確定缺陷位置將比實際的淺；另外樁身截面阻抗在縱向較長一段范圍內(nèi)變化較大時，將引起波的繞行距離增加，使“真實的一維桿波速”降低?；谝陨蟽煞N原因，按照目前的錘擊方式測樁，不可能精確地測到樁的“一維桿縱波波速”。
8.4.3 表8.4.3列出了根據(jù)實測時域或幅頻信號特征、所劃分的樁身完整性類別。完整樁典型的時域信號和速度幅頻信號見圖2和圖3，缺陷樁典型的時域信號和速度幅頻信號見圖4和圖5。
    完整樁分析判定，據(jù)時域信號或頻域曲線特征判定相對來說較簡單直觀，而分析缺陷樁信號則復雜些，有的信號的確是因施工質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的，但也有是因設計構造或成樁工藝本身局限導致的，例如預制打入樁的接縫，灌注樁的逐漸擴徑再縮回原樁徑的變截面，地層硬夾層影響等。因此，在分析測試信號時，應仔細分清哪些是缺陷波或缺陷諧振峰，哪些是因樁身構造、成樁工藝、土層影響造成的類似缺陷信號特征。另外，根據(jù)測試信號幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷程度影響外，還受樁周土阻力(阻尼)大小及缺陷所處深度的影響。相同程度的缺陷因樁周土巖性不同或缺陷埋深不同，在測試信號中其幅值大小各異。因此，如何正確判定缺陷程度，特別是缺陷十分明顯時，如何區(qū)分是Ⅲ類樁還是Ⅳ類樁，應仔細對照樁型、地基條件、施工情況結合當?shù)亟?jīng)驗綜合分析判斷；不僅如此，還應結合基礎和上部結構形式對樁的承載安全性要求，考慮樁身承載力不足引發(fā)樁身結構破壞的可能性，進行缺陷類別劃分，不宜單憑測試信號定論。
    樁身缺陷的程度及位置，除直接從時域信號或幅頻曲線上判定外，還可借助其他計算方式及相關測試量作為輔助的分析手段：

圖2 完整樁典型時域信號特征

圖3 完整樁典型速度幅頻信號特征

圖4 缺陷樁典型時域信號特征



圖5 缺陷樁典型速度幅頻信號特征

    1. 時域信號曲線擬合法：將樁劃分為若干單元，以實測或模擬的力信號作為已知條件，設定并調(diào)整樁身阻抗及土參數(shù)，通過一維波動方程數(shù)值計算，計算出速度時域波形并與實測的波形進行反復比較，直到兩者吻合程度達到滿意為止，從而得出樁身阻抗的變化位置及變化量大小。該計算方法類似于高應變的曲線擬合法。
    2. 根據(jù)速度幅頻曲線或?qū)Ъ{曲線中基頻位置，利用實測導納值與計算導納值相對高低、實測動剛度的相對高低進行判斷。此外，還可對速度幅頻信號曲線進行二次譜分析。
    圖6為完整樁的速度導納曲線。計算導納值N_c、實測導納值N_m和動剛度K_d分別按下列公式計算：

圖6 均勻完整樁的速度導納曲線圖

    式中：ρ——樁材質(zhì)量密度(kg／m³)；
          c_m——樁身波速平均值(m／s)；
          A——設計樁身截面積(m²)；
          P_max——導納曲線上諧振波峰的最大值(m／s·N^-1)；
          Q_min——導納曲線上諧振波谷的最小值(m／s·N^-1)；
          f_m——導納曲線上起始近似直線段上任一頻率值(Hz)；
            ——與f_m對應的導納幅值(m／s·N^-1)。
    理論上，實測導納值N_m、計算導納值N_c和動剛度K_d就樁身質(zhì)量好壞而言存在一定的相對關系：完整樁，N_m約等于N_c，K_d值正常；缺陷樁，N_m大于N_c，K_d值低，且隨缺陷程度的增加其差值增大；擴徑樁，N_m小于N_c、K_d值高。
    值得說明，由于穩(wěn)態(tài)激振過程在某窄小頻帶上激振，其能量集中、信噪比高、抗干擾能力強等特點，所測的導納曲線、導納值及動剛度比采用瞬態(tài)激振方式重復性好、可信度較高。
    表8.4.3沒有列出樁身無缺陷或有輕微缺陷但無樁底反射這種信號特征的類別劃分。事實上，測不到樁底信號這種情況受多種因素和條件影響，例如：
    ——軟土地區(qū)的超長樁，長徑比很大；
    ——樁周土約束很大，應力波衰減很快；
    ——樁身阻抗與持力層阻抗匹配良好；
    ——樁身截面阻抗顯著突變或沿樁長漸變；
    ——預制樁接頭縫隙影響。
    其實，當樁側和樁端阻力很強時，高應變法同樣也測不出樁底反射。所以，上述原因造成無樁底反射也屬正常。此時的樁身完整性判定，只能結合經(jīng)驗、參照本場地和本地區(qū)的同類型樁綜合分析或采用其他方法進一步檢測。
    對承載有利的擴徑灌注樁，不應判定為缺陷樁。
8.4.4 當灌注樁樁截面形態(tài)呈現(xiàn)如圖7情況時，樁身截面(阻抗)漸變或突變，在阻抗突變處的一次或二次反射常表現(xiàn)為類似明顯擴徑、嚴重缺陷或斷樁的相反情形，從而造成誤判。樁側局部強土阻力和大直徑開口預應力管樁樁孔內(nèi)土塞部位反射也有類似情況，即一次反射似擴徑，二次反射似缺陷?？v向尺寸效應與一維桿平截面假設相違，即樁身阻抗突變段的反射幅值隨突變段縱向范圍的縮小而減弱。例如支盤樁的支盤直徑很大，但隨著支盤厚度的減小，擴徑反射將愈來愈不明顯；若此情形換為縮頸，其危險性不言而喻。以上情況可結合施工、地層情況綜合分析加以區(qū)分；無法區(qū)分時，應結合其他檢測方法綜合判定。
    當樁身存在不止一個阻抗變化截面(見圖7c)時，由于各阻抗變化截面的一次和多次反射波相互疊加，除距樁頂?shù)谝蛔杩棺兓孛娴囊淮畏瓷淠鼙嬲J外，其后的反射信號可能變得十分復雜，難于分析判斷。此時，在信號沒有受尺寸效應、測試系統(tǒng)頻響等影響產(chǎn)生畸變的前提下，可按下列建議嘗試采用實測曲線擬合法進行輔助分析：
    1. 宜采用實測力波形作為邊界條件輸入；

圖7 混凝土灌注樁截面(阻抗)變化示意圖

    2. 樁頂橫截面尺寸應按現(xiàn)場實際測量結果確定；
    3. 通過同條件下、截面基本均勻的相鄰樁曲線擬合，確定引起應力波衰減的樁土參數(shù)取值。
8.4.5 本條是這次修訂增加的內(nèi)容。由于受橫向尺寸效應的制約，激勵脈沖的波長有時很難明顯小于淺部阻抗變化的深度，造成無法對樁身淺部特別是極淺部的阻抗變化進行定性和定位，甚至是誤判，如淺部局部擴徑，波形可能主要表現(xiàn)出擴徑恢復后的“似縮頸”反射。因此要求根據(jù)力和速度信號起始峰的比例差異情況判斷樁身淺部阻抗變化程度。建議采用這種方法時，按本規(guī)范第8.3.4條在同條件下進行多根樁對比，在解決阻抗變化定性的基礎上，判定阻抗變化程度，不過，在阻抗變化位置很淺時可能仍無法準確定位。
8.4.6 對嵌巖樁，樁底沉渣和樁端下存在的軟弱夾層、溶洞等是直接關系到該樁能否安全使用的關鍵因素。雖然本方法不能確定樁底情況，但理論上可以將嵌巖樁樁端視為桿件的固定端，并根據(jù)樁底反射波的方向及其幅值判斷樁端端承效果，也可通過導納值、動剛度的相對高低提供輔助分析。采用本方法判定樁端嵌固效果差時，應采用鉆芯、靜載或高應變等檢測方法核驗樁端嵌巖情況，確保基樁使用安全。
8.4.8 人員水平低、測量系統(tǒng)動態(tài)范圍窄、激振設備選擇或操作不當、人為信號再處理影響信號真實性等，都會直接影響結論判斷的正確性，只有根據(jù)原始信號曲線才能鑒別。