論述樁基檢測中低應(yīng)變檢測法技術(shù)分析

1、論述樁基檢測中低應(yīng)變檢測法技術(shù)分析余杰( 江門市蓬江區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測站. 529000 )摘要：本文闡述了低應(yīng)變反射波檢測法的工作原理，并針對樁基檢測中低應(yīng)變檢測技術(shù)進行分析論述，僅供參考。關(guān)鍵詞：樁基檢測；低應(yīng)變；檢測技術(shù)1 低應(yīng)變反射波檢測法工作原理分析 反射波法以應(yīng)力波在樁身中的傳播特征為理論基礎(chǔ)，當應(yīng)力波在假定的一維均質(zhì)桿件(樁)中傳播時，取直桿的軸線作 軸，假定變形前的原始截面積A、介質(zhì)密度P、彈性模量E及其他材料性能參數(shù)均與坐標無關(guān)，各運動參數(shù)僅為x和t的函數(shù)，則直桿各截面的縱向振動位移可表示為u(x,t)。其縱向振動微分方程為：式中C2=E/p，為縱波在桿件中的傳播速度。應(yīng)力波

2、在傳播過程中，由于樁身截面的非桿性體特性，將會引起三維效應(yīng)和橫向慣性效應(yīng)，給動測資料帶來一定的不單一性，見圖1。在樁頂激振后， 由于質(zhì)點的振動引起應(yīng)力波往下傳播，當遇到阻抗(RA)界面時，將產(chǎn)生反射和透射。根據(jù)界面連續(xù)條件和牛頓第三定律，界面上兩側(cè)的質(zhì)點速度V、應(yīng)力ó均應(yīng)相等，即Vl+VR=VTA1( ól+óR)=A2óT式中 Vl入射波質(zhì)點速度；VR 反射波質(zhì)點速度；VT 入射波質(zhì)點速度：ól 入射波質(zhì)點應(yīng)力：óR 反射波質(zhì)點應(yīng)力：óT 入射波質(zhì)點應(yīng)力；A1 波阻抗界面上樁身的橫截面面積；A2 波阻抗界面下樁身的橫截面面

3、積。由波陣面動量守恒條件得：式中p1 波阻抗界面上樁身混凝土密度：p2 波阻抗界面下樁身混凝土密度；C1 波阻抗界面上側(cè)的縱波波速；C2 波阻抗界面下側(cè)的縱波波速；Z1 波阻抗界面上樁身的波阻抗，Z1=p1C1A1Z2 波阻抗界面下樁身的波阻抗，Z2=p2C2A2將式(2)和式(3)聯(lián)立求解，可得：式中n 波阻抗比值，n=p1C1A1p2C2A2 F 反射系數(shù)， F=(1-n)/(1+n) T 透射系數(shù)， T=2(1+n)。公式(4)、公式(5)是反射波診斷的依據(jù)，樁身各種性狀以及樁底不同的支承條件，均可歸納成以下三種波阻抗變化類型。 當樁底為支承樁，膠結(jié)良好，波阻抗近似不變時(Z1Z2)，則

4、n=1，F(xiàn)=O，T=1。由式(4)、式(5)可知，óR=VR=0，應(yīng)力波為全透射，無反射信號，一般看不到樁底反射。但先決條件是激振的能量能充分影響到樁底。 當界面上應(yīng)力波從高阻抗進入低阻抗時(Z1>Z2)，如磨擦樁的樁底、斷裂、離析、縮頸等缺陷。Z1>Z2，則n>l，F(xiàn)<0，T>0，由公式(4)可知，óR與ó1異號，反射波為下行拉力波。根據(jù)應(yīng)力符號的定義，上行的拉力波與下行壓力波一致，由公式(5)可知，VR與V1符號一致?？傊跇俄敊z測出的反射波速度、應(yīng)力均與入射波信號極性一致。當樁底存在沉渣或樁身完全斷裂情況下，Z1>>

5、;Z2，則n，F(xiàn)=-1，T=0。此時由式(4)、式(5)可得出óR=-ó1，VR=V1即樁底處于應(yīng)力為零，速度加倍。 當界面上應(yīng)力波從低阻抗進入高阻抗時(Z1<Z2)，如擴徑樁或嵌入高阻抗的嵌巖樁，此時由于Z1<Z2，則n<l，F(xiàn)>0，由式(4)、式(5)可知，óR與ó1同號，反射應(yīng)力與入射的壓縮波相同，而VR與V1相反，反射波與入射波反相。2 曲線解析2.1 完整樁一般完整樁在時程曲線上的特征為：波形規(guī)則，波列清晰，樁底反射波明顯，易于讀取反射波到達時間，如圖2所示。圖2:該樁為樁徑1000mm、樁長30.3m鉆孔樁，設(shè)計混凝土

6、強度等級為C30，樁身完整，波速為3700ms，在8m以前曲線下降，為粉砂土較好地層反應(yīng)。樁底反射與入射同相，樁底反射明顯。2.2 縮頸(夾泥)樁 縮頸處截面積變小，波阻抗減小，應(yīng)力波遇到縮頸會產(chǎn)生與入射波振動方向同相的反射，波形比較規(guī)則，波速一般正常。一般能看到樁底反射，若縮頸部位較淺，縮頸還會出現(xiàn)幾次反射，但若縮頸程度嚴重，則難以看到樁底反射。 圖3:該樁為直徑426mm、樁長18m的沉管樁。鋼筋籠長6m，設(shè)計承載力標；隹值320kN。經(jīng)測試，樁身6.57m處存在縮徑或局部離析，系因成樁時拔管太快所致，說明鋼筋籠底部存在缺陷，但樁底基本可見，屬II類樁。 圖4：該樁為直徑l500mm、樁長

7、44.5m、C25的鉆孔樁。測試時發(fā)生在2m 處同向子波反射幅值高于初至波，并有后繼的多次反射，檢測人員誤認為是傳感器黏結(jié)引起的正常振蕩， 判為I類樁。經(jīng)證實在2.2m 左右樁身嚴重缺陷(夾泥)，應(yīng)屬于III類樁，后鑿去樁頭缺陷上部段，重新接樁。2.3 擴徑樁擴徑樁在曲線上反射波形較為規(guī)則，擴徑處的反射波呈反相，或先反相后續(xù)同相，也可能有多次反射，一般情況能看到樁底反射。需要注意的是，如果樁周土較硬，波形曲線上也會出現(xiàn)類似于擴頸的反射波，如圖5所示。圖5：該樁直徑1200mm、樁長18.3m、C25。在灌注樁成樁過程中，由于孔口偏位校正，使樁淺部擴大造成擴徑。實際灌入混凝土33m (設(shè)計僅22

8、m )。充盈系數(shù)為1.5。從測試波形中可見25m嚴重擴徑，并出現(xiàn)多次反射。取芯驗證樁身完整，混凝土強度滿足設(shè)計要求。2.4 離析樁由于離析部位的混凝土松散，對應(yīng)力波能量吸收較大，形成的缺陷子波不規(guī)則，后續(xù)信號雜亂，而且頻率較低，計算得到的波速偏小，一般不易見到樁底反射，如圖6所示。圖6：該樁直徑1000mm、樁長45m，護簡直徑1200mm、護筒長2.0m，設(shè)計混凝土強度等級為C30，在測試中發(fā)現(xiàn)14.8m 處明顯呈低頻同相反射，屬離析反映，無法見到樁底反射，經(jīng)鉆孔檢測，發(fā)現(xiàn)均存在離析面。2.5 斷裂樁 由于在斷裂處波阻抗的突變，在時程曲線上的反應(yīng)有以下三種情況：上部斷裂往往呈高頻多次同相反射

9、，反射波幅值較高，衰減較慢；中部斷裂反映為多次同相反射，缺陷的反射波幅值較低；深部斷裂波形反映下，類似摩擦樁樁底反射，但計算的波速明顯高于正常樁的波速，如圖7所示。圖7:該樁直徑700mm、長54.9m、C25。由于地下室開挖，造成部分樁斷裂，樁頭傾斜。經(jīng)測試，曲線呈等距多次同相反射。開挖后發(fā)現(xiàn)在1.6m 處斷裂。圖8:該樁為直徑377mm、樁長16m的沉管樁。設(shè)計混凝土強度等級為C20，鋼筋籠長度4.5m，承載力450kN。經(jīng)測試在1.4m處有強的同相多次反射，衰減慢，無樁底反射，判為2.8m處斷。開挖檢查發(fā)現(xiàn)2.85m 處斷裂。屬機械開挖時受損。2.6 脫焊虛焊等不良焊接樁預(yù)制樁和管樁的焊

10、接缺陷及成樁時受損造成的焊接問題，表現(xiàn)為有同相反射，嚴重時難以見到下部位較大的缺陷或樁底反射。如圖9、圖10所示。圖9:該樁為PHC管樁，樁徑600mm，壁厚10cm，樁長53m(10+10+10+11+12)，在5.09m 處有同相反射，判為1lm 處，說明第一節(jié)打裂，焊接點脫焊。圖10:在9.72m 處有明顯的同相反射，判為21m處，說明第一節(jié)完好，第二節(jié)由于打樁使焊接點打脫裂，造成同相反射，下部無信號。2.7 樁頭疏松樁頭疏松或強度偏低的樁，測試結(jié)果無法反映樁的完整性，曲線反應(yīng)為入射波波峰較低、脈；中較緩，而且后續(xù)波形呈低頻，此類現(xiàn)象均屬樁頭強度偏低，如圖11所示。圖11:該樁為直徑800mm、樁長33m 的鉆孔樁，C25，通長鋼筋籠。初測時樁頭疏松，曲線呈低頻型，明顯反映為彈性波呈慢速傳播。經(jīng)開鑿樁頭松散，鑿去12m后，再進行復測，結(jié)果樁身完整，曲線正常，為I類樁。3 結(jié)束語 采用低應(yīng)變動力檢測技術(shù)進行樁基檢測時，應(yīng)在分析樁身應(yīng)力波傳播特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)條件、施工工藝等多種因素，判斷其完整性和質(zhì)量類別。同時還應(yīng)特別注意以下幾點： 重視工程樁現(xiàn)場檢測的每個環(huán)節(jié)，如樁頭處理、傳感器安放、激發(fā)點位置、激