基樁動(dòng)力檢測(cè)低應(yīng)變測(cè)試的可靠性及其影響因素

1、基樁動(dòng)力檢測(cè)低應(yīng)變測(cè)試的可靠性及其影響因素前已介紹，樁基低應(yīng)變動(dòng)測(cè)在我國(guó)已有十幾年的歷史。據(jù)江蘇省及國(guó)內(nèi)外的已有資料，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)檢驗(yàn)樁身完整性是可行的，具有較高的可靠性，而用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法提供單樁承載力則可靠性很低。 一、國(guó)內(nèi)外幾次考核結(jié)果 江蘇省建委自1990年以來進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)模型樁考核，模型的幾何尺寸都與工程樁相當(dāng)，模型樁的缺陷都首先預(yù)置，按全部判斷正確的100%，1990年進(jìn)行的第一次考核結(jié)果如下： 合格率 80% 70% 50% 50%單位所占百分比 23.3% 53% 76.7% 23.3%顯然考核結(jié)果不太理想，通過制訂管理措施舉辦培訓(xùn)班，19992年第二次考核結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下： 合格率

2、 80% 70% 50% 50%單位所占百分比 42.9% 63.4 % 78.6% 21.4% 1992年在第四屆國(guó)際應(yīng)力波會(huì)議上，國(guó)際著名的12家公司參加了由大會(huì)組織的樁基應(yīng)力波測(cè)試競(jìng)賽，競(jìng)賽優(yōu)勝者的正確率為70%，12家的平均正確率為40%。從上面的結(jié)果可以看出，測(cè)試結(jié)果正確率為70%以上的單位占50%以上，說明大部分單位（儀器）能較正確地進(jìn)行完整性檢驗(yàn)，但均存在一定的誤差，有的甚至誤判?？偟膩碚f，這樣的結(jié)果與當(dāng)前的樁基低應(yīng)變動(dòng)測(cè)水平是相符合的。實(shí)際上對(duì)其可靠性評(píng)價(jià)只有在其適用條件下和限定的誤差范圍內(nèi)才有意義，從總體上講，低應(yīng)變?cè)谂袛鄻痘|(zhì)量方面是比較可靠的。 二、幾種典型缺陷的模擬測(cè)試

3、結(jié)果（一）土與灌注樁參數(shù)（1）試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)情況由鉆孔試驗(yàn)確定，取土松疏干躁，表土與細(xì)砂相接于0.6m處，表土下臥粉細(xì)砂，深4.3m，該層土干燥，呈褐色，密實(shí)，側(cè)摩阻力約為190kN/m2。再下面為粘質(zhì)粉粒漂礫土，該漂礫粘土呈灰色深到9.5m處，干燥且密實(shí)，其側(cè)向和端向阻力分別約為240kN/m2和2900kN/m2最深層土為密實(shí)砂土。深到取樣孔底部11.5m處。（2）設(shè)置兩組不同的灌注樁（沉箱）：A組沉箱（CA1CA4）有直徑620mm的鉆頭鉆到7.3m深處，將標(biāo)準(zhǔn)460mm直徑的混凝土圓管放入樁孔中，其外環(huán)層回填細(xì)砂，管內(nèi)灌入砼。沉箱側(cè)面土體的相互作用力可予以忽略，回填的細(xì)砂難以將剪力完全

4、傳到樁、土之間；B組沉箱深9m，直徑810mm（CA5CA8），該沉箱在原狀土中就地灌注，可大量發(fā)揮土的相互土阻力。 每組中各有一根樁是完全連續(xù)的（參考樁），其余六根為缺陷樁（圖2.7）有關(guān)參數(shù)如表2.1所示表2.1 灌注缺損樁參數(shù)類型樁的幾何尺寸不連續(xù)的設(shè)置位置樁長(zhǎng)直徑類型深度直徑長(zhǎng)度樁尖mmmmmmmmA組CA17.0460無(wú)鉆頭清孔CA27.3460無(wú)軟層CA37.3460縮頸3.43140300鉆頭清孔CA47.3460縮頸夾泥2.204.80150300100鉆頭清孔B組CA59.37810無(wú)手工清孔CA69.42810局部增大3.651520800手工清孔CA79.65810縮頸4

5、.11360460手工清孔CA89.30810夾泥5.13100手工清孔（二）曲線擬合每一根樁的土模形形狀圖以及CA1CA9的長(zhǎng)度，直徑提供給計(jì)算機(jī)操作者，以便作信號(hào)似合。（1）A組中的參考樁CA1，其模型直徑460mm，長(zhǎng)7m。不斷變換土參數(shù)以獲得實(shí)測(cè)信號(hào)和模擬SIT曲線間的最佳擬合，信號(hào)擬合及參考土模型見圖2.8。該土模型可用于所有A組沉箱，虛線為實(shí)測(cè)信號(hào)，實(shí)線為擬合曲線，樁的構(gòu)造圖是沉箱的實(shí)際情況，為了得到模擬的SIT曲線，樁模型是將樁的形狀用程序輸入到計(jì)算機(jī)中。（2）CA2在樁尖處設(shè)置100mm厚的軟材料，除此之外與CA1的構(gòu)造完全相同。CA2的SIT曲線中樁尖響應(yīng)比較大，其余相似，樁

6、尖材料越軟，SIT曲線的下凹就越大，這在預(yù)料之中，但這種差異不足以得出任何結(jié)論。（3）CA3的最佳信號(hào)擬合曲線見圖2.9。該曲線是直徑150mm、長(zhǎng)300mm縮頸的樁作模擬而得到的。實(shí)際縮頸的制作是生成模擬SIT曲線（見圖2.10），將裂縫樁的SIT曲線疊加到CA3的實(shí)測(cè)信號(hào)曲線上（見圖2.11），其最終擬合并不令人滿意，可見并不能用裂縫來模擬縮頸。（4）CA4有兩個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，2.2m處頸縮及4.8m處夾泥，根據(jù)最佳信號(hào)擬合曲線算得的縮頸比實(shí)際頸縮大13。盡管可測(cè)到夾泥，但測(cè)不到樁尖響應(yīng)（圖2.12）。界于夾泥和樁尖之間的某些點(diǎn)的應(yīng)力波衰減到難以辯別的程度，因此不能進(jìn)一步解釋樁的形狀。在樁模型

7、中用虛線來表示該區(qū)域。B組沉箱的SIT曲線受土作用力的影響非常明顯，這使得曲線的評(píng)定比A組沉箱更加困難。由于入射波和反射波大幅度衰減，因此信號(hào)必須按指數(shù)放大到原來的20倍才能測(cè)得樁尖響應(yīng)。（5）CA5是B組中的參考樁，其參考模型見圖2.13，必須注意到樁尖響應(yīng)的減小程度是由樁側(cè)陰尼的大小（這里是1.5103NSm3）所決定的，其陰尼常數(shù)比A組沉箱的大10倍。圖中顯示了每一沉箱土柱圖，其值的改變也取決于土層的變化。（6）CA6樁有一局部擴(kuò)頸構(gòu)造。實(shí)測(cè)的SIT曲線疊加到參考樁的SIT 曲線上，示于圖2.14。在兩曲線之間的范圍內(nèi)有一下凹后緊接著一個(gè)上升，這是局部擴(kuò)頸的特征響應(yīng)。局部增大所產(chǎn)生的最佳

8、擬合曲線，其直徑比樁結(jié)構(gòu)圖上的直徑增大約15%（圖2.15），這種局部增大構(gòu)造形式使得透射波幅值減少到入射波幅值的48左右。再加上土阻尼的影響，結(jié)果使樁尖響應(yīng)難以測(cè)得，因此對(duì)局部擴(kuò)頸位置以下的樁形狀不能作進(jìn)一步的解釋。（7）CA7由埋置了一環(huán)狀塑料泡沫（縮頸），最佳信號(hào)擬合曲線由直徑縮減到0.4m的形式生成（圖2.16），算得的縮頸比實(shí)際縮頸大11，縮頸下方的樁形狀亦不能作出解釋。 （8）CA8樁是在澆注混凝土?xí)r，在樁身中放入填滿砂的麻袋制作而成，樁內(nèi)夾泥是用一裂縫來模擬（圖2.17），其最終信號(hào)擬合不令人滿意。最佳擬合由一為原截面39的縮頸生成（圖2.18），盡管該百分比難以確定，但這是個(gè)合

9、理的估算。在這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，速度信號(hào)擬合曲線與所存在的不連續(xù)的形狀基本一致，其位置和幅值分別可精確到10和15。（9）圖2.19為擴(kuò)底樁與均勻直樁的速度曲線對(duì)比，由圖可見擴(kuò)底狀態(tài)對(duì)檢測(cè)波形的影響十分敏感。（三）幾點(diǎn)評(píng)價(jià)（1）利用反射波法可診斷局部截面變化（如擴(kuò)縮頸）和夾泥、夾漿、等不連續(xù)性缺陷。（2）反射波法完整性試驗(yàn)及其信號(hào)擬合技術(shù)不能給出樁的承載力和樁尖處土體情況。（3）樁較長(zhǎng)、局部擴(kuò)頸或存在嚴(yán)重不連續(xù)裂縫時(shí)，將很難測(cè)到樁尖的反射。由于在擴(kuò)頸處透射波大為減弱，因此鼓肚以下缺陷很難測(cè)到。樁尖處擴(kuò)頭對(duì)波形有明顯影響。（4）錘的重量、錘頭材料與幾何尺寸和樁頭處理質(zhì)量對(duì)實(shí)測(cè)SIT曲線會(huì)產(chǎn)生明顯影響。一般

10、實(shí)測(cè)信號(hào)的一致性不受錘頭速度的影響，但樁頭質(zhì)量影響十分明顯。（5）在反射波法診斷中，輸入波的指向因素、聲波衰減情況和表面波都會(huì)產(chǎn)生影響，應(yīng)注意解決。（6）樁內(nèi)應(yīng)力波服從一維波動(dòng)傳播理論，因此定量分析不僅依賴于實(shí)驗(yàn)測(cè)試水平，還依賴于操作者的信號(hào)擬合水平和按波動(dòng)方程分析所作的分析判斷能力。（7）對(duì)所有深基礎(chǔ)問題，反射波法很難予以解決。（8）應(yīng)結(jié)合合適的地質(zhì)資料來分析完整性試驗(yàn)結(jié)果和修改有關(guān)土參數(shù)。 三、影響低應(yīng)變動(dòng)測(cè)可靠性的因素及其對(duì)策在現(xiàn)有水平基礎(chǔ)上，影響測(cè)試的技術(shù)因素有以下幾點(diǎn)：樁頂處理技術(shù)傳器的合理使用與安裝技術(shù)激振技術(shù)分析儀器的合理使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形的結(jié)果與初步判斷水平（一）樁頂處理技術(shù)低應(yīng)

11、變動(dòng)測(cè)主要依賴于置于樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮占?lì)信號(hào)。因此，樁頭處理的好壞直接影響檢測(cè)質(zhì)量。為保證檢測(cè)質(zhì)量必須保證樁頭，參見建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（JGJ1062003）附錄B：（1）有足夠的強(qiáng)度；（2）樁頭浮漿鑿除；（3）樁頭完整；（4）樁頂基本平整。有時(shí)，樁頭嚴(yán)重破壞或樁頭擴(kuò)大很多，這時(shí)難以得到真實(shí)波形，應(yīng)鑿去上部樁頭，才能得到真實(shí)信號(hào)，如下圖：（二）傳感器的合理選用與安裝技術(shù)對(duì)于大直徑樁、長(zhǎng)樁采用速度傳感器可以得到較好的信號(hào)，而對(duì)于小直徑樁采用加速度傳感器效果可能好些，安裝時(shí)應(yīng)保證傳感器縱軸線與樁軸線平行，以保證波形一致；另外傳感器與樁頂?shù)鸟詈弦彩潜ＷC接收良好信號(hào)的重要因素。要保證激振后傳感器本身

12、的自震信號(hào)不產(chǎn)生迭加。 （三）激振技術(shù)激振點(diǎn)應(yīng)選擇在樁的中心部位附近：錘擊重量、質(zhì)地對(duì)測(cè)試信號(hào)均有一定影響，如鐵錘所激勵(lì)的信號(hào)脈沖尖而高，且易激勵(lì)出許多高頻雜波，尼龍錘的激勵(lì)信號(hào)平緩。錘的輕重，錘擊力的大小對(duì)信號(hào)亦有影響，這時(shí)應(yīng)進(jìn)行了試擊找最佳錘擊方式。（四）聲分析儀器的合理使用每套儀器均有專門的操作方法，測(cè)試前應(yīng)充分了解、熟悉其電源需求，導(dǎo)線要求及操作方法，及時(shí)排除故障。（五）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形的結(jié)果與初步判斷水平 采集良好的原始信號(hào)是正確分析樁身質(zhì)量的根本，因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形應(yīng)正確識(shí)別、判斷，有至滿意為止。這時(shí)理論水平與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是必不可少的。 四、關(guān)于波速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系 混凝土的波速與其強(qiáng)

13、度的關(guān)系問題一直是在探索的問題。有文獻(xiàn)表明，隨著混凝土強(qiáng)度增大，其相應(yīng)的應(yīng)力波速度也增大，其關(guān)大致是冪函數(shù)關(guān)系即：RACB，式中R為混凝土的強(qiáng)度，C為混凝土的波速，A、B為常數(shù)。波速除與樁身混凝土強(qiáng)度有關(guān)外，還與混凝土的骨科品種、粒徑級(jí)配、密度、水灰比、成樁工藝（導(dǎo)管灌注、振搗、離心）等因素有關(guān)。波速與樁身混凝土強(qiáng)度整體趨勢(shì)上呈正相關(guān)關(guān)系，即強(qiáng)度高波速高，但二者并不為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在影響混凝土波速的諸多因素中，強(qiáng)度對(duì)波速的影響并非首位。中國(guó)建筑科學(xué)研究陸軍的試驗(yàn)資料表明：采用普硅水泥，精骨料相同，不同試配強(qiáng)度及齡期強(qiáng)度相差1倍時(shí)，聲速變化僅為10%左右；根據(jù)遼寧省建筑科學(xué)研究院的試驗(yàn)結(jié)果：采用

14、礦渣水泥，28天強(qiáng)度為3天強(qiáng)度的45倍，一維波速增加20%30%，分別采用碎石和卵石并按相同強(qiáng)度等級(jí)試配，發(fā)現(xiàn)以碎石為粗骨料的混凝土一維波速比卵石約13%。天津市政研究院也得到類似遼寧的規(guī)律，但有一定離散性，即同一組（粗骨相同）混凝土試配強(qiáng)度不同的桿件或試塊，同齡期強(qiáng)度低約10%15%，但波速或聲速略有提高。也有資料報(bào)導(dǎo)正好相反，例如福建省建筑科學(xué)研究院的試驗(yàn)資料表明：采用普硅水泥，按相同強(qiáng)度等級(jí)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。 因此波速與強(qiáng)度之間沒有唯一的關(guān)系，其受眾多因素的影響。在樁基低應(yīng)變動(dòng)測(cè)中，首先，波速是沿樁身混凝土的平均波速，且與樁長(zhǎng)相關(guān)，在一定的樁長(zhǎng)條件

15、下才能得到的唯一的波速，而樁的實(shí)際長(zhǎng)度往往是未知的。其次，混凝土的齡期與波速關(guān)系，亦難以確定，因此，不同齡期的樁其波速變化較大，一般齡期越長(zhǎng)，波速越大。第三，混凝土骨料的品種、粒徑、養(yǎng)護(hù)方式、添加劑、含水率等均在一定程度上影響波速如骨料中石英巖、花崗巖的波速要大于石灰?guī)r的，粒徑大的波速要大于粒徑小的；單位積內(nèi)用量多的大于用量少的等。第四，高應(yīng)變測(cè)得波速比低應(yīng)變測(cè)得波速要低。樁身混凝土波速與其強(qiáng)度之間的關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的，盡管如此，在同一工地同一施工條件下，可以得出其平均波速，籍此來評(píng)價(jià)樁長(zhǎng)及樁身混凝土強(qiáng)度是有較可靠的說服力的。 五、關(guān)于測(cè)試樁長(zhǎng)范圍一般認(rèn)為樁的長(zhǎng)徑比在30以內(nèi)，低、高應(yīng)變測(cè)試可以接收到清晰的樁底反射，大量資料證明并非如此。實(shí)際上