低应变动测技术（精选六篇）
低应变动测技术 篇1
1 低应变动力检测技术的原理
进入80年代后, 低应变动力检测技术发展速度很快, 在国际上基本占据了桩身完整性检测方法的主导地位, 低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型。现行规范中对低应变动力检测桩身完整性的分类及定义如表1。
表1桩身完整性分类
低应变动力检测桩身完整性的基本原理是根据桩身混凝土应力波平均波速检测桩身缺陷位置和校核桩长。应选取不少于5根Ⅰ类桩所测的桩身波速按下式计算其平均波速。
式中
cm—桩身波速的平均值 (m/s) ;
ci—第i根受检桩的桩身波速计算值 (m/s) , 且
L—测点下桩长 (m) ;
△T—速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差 (ms) ;
△f—幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差 (Hz) ;
△n—参加波速平均值计算的基桩数量 (n≥5) 。
桩身缺陷位置应和实测桩长按公式2计算。
式中
x—桩身缺陷至传感器安装点的距离 (m) ;
Δtx—速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差 (ms) ;
Δf′—幅频曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差 (Hz) 。
2 低应变检测的准备工作
进行低应变检测时受检桩混凝土强度应超过设计强度的70%, 且不小于15MPa。
低应变检测前的准备工作主要是桩头处理, 检测前要求施工单位在桩头平面用角向磨光机在距桩身轴线2/3半径位置处理2~4个直径约2cm的平面以粘贴传感器。根据笔者的实践用黄油耦合比较合适, 而且价格低廉, 一般建筑工程现场就有。
另外一个重要问题是, 锤垫的选取, 锤垫对滤掉检测信号中的高频分量至关重要。应结合桩长和桩身尺寸以及桩身缺陷位置选取合适的锤垫, 基本原则是当l/d不大于50时, 能够采集到清晰的桩低反射信号。
3 检测信号分析
随着软件技术的发展, 一般检测仪器都配备了Windows版的检测分析软件, 本文由于篇幅限制, 着重对以下几种情况下采集的典型曲线进行分析。
3.1 I类桩, 规范中对I类桩的定义是有桩底反射波, 且2L/c时刻前无缺陷反射波。
典型的I类桩曲线见图1
3.2 II类桩。
桩身有轻微缺陷, 承载能力极限状态下不会因桩身破坏而丧失结构承载力, II类桩实测低应变检测曲线在2L/c前有轻微反射波在结构上可不作处理进行使用。
3.3 IV类桩。
无桩底反射波, 且2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波;或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动。对于桩身缺陷位置在5L/c以下的情况, 通过选择合适的锤垫, 改变激振方式一般都能采集到良好的缺陷反射信号。典型的IV类桩曲线如图2所示。
3.4 III类桩。
无桩底反射波, 有缺陷反射波, 其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间。对于III类桩的判定应比较慎重, 笔者曾经在某工程中检测到大量如图3所示的大幅衰减信号, 初定为I-II类桩, 后经开挖验证, 是由于在基坑开挖过程中机械碰撞引起的桩身浅部水平裂缝。建议在遇到类似信号时开挖验证, 以保证工程质量。
笔者认为, 桩身质量判定应让经验丰富的检测人员进行, 以避免误判、错判。特别对于图3所示的III类桩, 有很大的迷惑性, 容易误判为I类桩。
4 结语
低应变动力检测技术作为一种成熟的桩身完整性检测方法正在被大量应用于基桩检测中, 但也有其局限性, 特别是对桩身浅部缺陷的检测存在盲区。这就需要我们广大检测人员认清其适用范围, 提高检测水平, 严格按规范进行检测。
摘要：低应变动力检测技术作为一种成熟的桩身质量检测方法正在被越来越多的应用到工程实践中去, 本文通过对几个典型检测信号的分析对低应变检测技术作了探讨。
关键词：基桩,低应变,动力检测,曲线,质量
参考文献
[1]陈凡建筑基桩检测技术 (第一版) .北京:中国建筑工业出版社.2004.
低应变动测技术 篇2
动态测试与静态测试最大的区别在于动态测试包含了对多种频率成分的动态信号记录问题.频域分析是时域分析的一种必要的、有益的补充,能够更好地指导我们的现场测试,帮助我们选择更好的`安装方法.在对基桩动态响应的频谱特性进行分析基础上,讨论了基桩低应变动测曲线的频域分析方法,并介绍了计算桩底土的单位刚度和桩身动刚度的方法.
作 者：丁科 王丰华 唐小弟 DING Ke WANG Feng-hua TANG Xiao-di 作者单位：丁科,唐小弟,DING Ke,TANG Xiao-di(中南林业科技大学土木建筑与力学学院,湖南,长沙,410004)
王丰华,WANG Feng-hua(中南林业科技大学后勤管理处,湖南,长沙,410004)
浅谈基桩及反射波法低应变动测 篇3
摘要:反射波法桩基低应变动测作为桩身完整性无损检测的一种方法，在桩基检测中得到了广泛的应用。本文结合桩基施工中存在的质量问题，通过反射波法的理论依据、局限性，浅析了如何正确运用此法对桩基工程成桩检查质量进行评价。
关键词:基桩 反射波法 桩身完整性 质量评价
0 引言
在基础工程中，桩基础以其承载力大、地层适应性强、施工方便、工艺成熟等特点，而被广泛采用。而桩基工程中又以各种形式的灌注桩为主，这不仅是因为灌注桩施工进度快、经济效益好，而且能适应于各种地形地质条件和各种土工构筑物对基础承载力的需要，因而使用范围很广。桩基础在施工中，灌注桩属地下隐蔽工程，施工工艺复杂，由于多种原因易出现夹泥、离析、缩颈、扩颈，甚至断桩等情况，且不容易被发现。
1 桩施工中的质量问题主要可归结如下
1.1 桩身混凝土强度低于设计要求，导致原因大致为：①不按规定配比制备混凝土；②浇注过程由于涌水或导管渗水导致混凝土稀释；③由于运输或浇注过程导致混凝土离析；④由于坍落度过大和易性差或搅拌后防止时间太长。
1.2 桩身结构不完整，诸如夹泥、空洞、露筋断桩、缩颈及扩颈等。产生原因有：①混凝土浇注导管初始位置距孔底距离过大，或拔管太快，或坍孔（钻孔冲孔桩）；②混凝土太稠导致空洞，桩身不密实；③孔位歪斜或钢筋笼未绑垫块或钢筋笼弯曲等导致漏筋；④ 施工中停电或其它原因停机使浇注不连续导致断桩；⑤拔管太快导致缩颈或断桩。⑥桩底沉渣太厚，孔壁附着泥皮太厚。
1.3 预制桩主要问题有桩身折断、开裂，桩入土深度不符合设计要求，其原因主要有：①桩身接头焊接不良，或桩尖贯入遇到障碍物弯曲变向，打入时折断等；②桩身混凝土标号低，或撞击次数太多导致破裂；③由于撞击能量偏小无法贯穿硬夹层是入土深度达不到要求。我国《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93—95的发布实施，使得基桩低应变动力检测工作有据可依。在中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003中，反射波法低应变检测作为基桩完整性检测的重要方法得已进一步明确。反射波法可对桩基工程质量进行普查，有利于整个桩基工程的质量控制，完全可以作为桩基工程成桩检查质量的一种有效方法，能为成桩质量评价提供依据。如何正确理解反射波法的适用范围，明确反射波法本身的局限性，在检测中减少误差，进一步提高结论的准确性显得尤为重要。
2 反射波法理论依据
反射波法检测桩身质量是依据应力波在一维均匀弹性直杆中的传播机理，通过分析应力波在桩身混凝土中的传播特点来对桩身的完整性进行判别的一种方式。该法以手锤（棒）撞击桩顶，产生一纵向应力波信号沿桩身传递，由加速度计（或速度计）拾取桩身缺陷处引起的反射波，由此判定桩身完整性，并有波速判断混凝土质量，该法检测设备简单，具有快速、无损等优点。但由于存在纵波反射信号以外的信号成分及桩周土的影响，响应曲线判读困难较大。有两个以上缺陷时，第一缺陷部位以下的缺陷较难判断。
3 反射波法的局限性
反射法本身的局限性在许多情况下是影响结论准确性的重要因素，它在以下几个方面存在不可逾越的障碍：①仅测出广义波阻抗的相对变化，可以区分缩颈类与扩颈类，也可以计算缺陷位置，但却不能确定缺陷性质、缺陷方位。②缺陷程度的定量分析很难达到理想效果，目前定量分析仍仅仅停留在指导阶段，缺陷程度也只能定性给出。③波速与振源频率和混凝土强度间的关系无法准确给出，尚无理想的波速计算公式，而依据施工桩长计算波速的办法存在很多具体问题，因此缺陷位置的判断仍只能保证10%的误差。④将加速度计长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷，应力波反射法无法正确测量。现有的测试理论和技术都难以解决这些问题。高频信号传不下去，测试范围有限；低频信号分辨率不够，容易形成绕射，漏判缺陷等等。⑤桩身存在多个缺陷时，深部缺陷容易误判。
4 正确采集反射信号
对检测结果进行评判的主要依据是应力波沿桩身传递过程中的反射信号。如何采集到正确合理的响应信号依赖于正确的试验技术及采取相应的试验手段，有以下几方面内容：
4.1 信号激振是检测工作的重要环节之一，对激振的要求有三点：①产生一定能量的应力波沿桩身传递；②激振信号的脉冲宽度需要人为加以控制。不同宽度的激振脉冲，对桩身不同部位（浅部、深部）的反射波信号的拾取有明显的影响。对于桩浅部反射波要求脉宽较窄，桩深部要求脉冲较宽。锤击力的脉冲宽度取决于锤的几何尺寸、重量及锤头材料。试验中应根据不同的要求加以选择；③激振应避免产生杂波信号，其锤击效果较大程度取决于试验人员的经验。为获得窄脉冲激振，可采用一种钢筒鞭炮激振方式。
4.2 信号采样频率选择应满足采样定理。
4.3 滤波技术的合理应用能明显地改善试验效果。试验中桩头传感器所接收到的信号不仅有纵波反射波，同时也接收到了直达波及其它随即杂波等信号，使反射波信号受到干扰。用电子陷波器原理研制出的一种测桩专用陷波器，能有效地陷除直达波及与反射波信号无关的频率成分，使反射波信号清楚﹑直观，桩底反射波信号增强。
4.4 当桩浅部存在较严重的缺陷时，其缺陷以下的桩身情况较难测出，采用陷波手段使频率分解的方法，可明显增强桩浅部以下的反射波强度。
4.5 传感器的选用及安装直接影响波形效果。选用时主要应考虑频率响应及灵敏度是否满足要求。桩浅部缺陷侧重考虑频率响应，一般应达10KHZ。桩深部反射波提取，主要应考虑灵敏度指标，速度计应优于300mv/s，加速度计应优于100mv/g。对于较长桩的桩底反射波的提取，应选用灵敏度加速度计。
5 反射波法低应变动测注意的问题
为了准确地分析和对桩身质量的评价，测试与处理完成后有必要做到以下几点：①结合地质资料、施工记录进行分析。施工工艺及外因控制等对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。预制桩、人工挖孔桩不可能缩颈，许多质量事故都发生在流水处或地层变化处，急剧变化的地层本身也会产生回波等等。查看地质资料对确定缺陷部位、排除地层影响很有必要。②利用定量分析帮助多缺陷和缺陷程度的确定。虽然定量分析本身尚有许多欠缺，但由于它分析了应力波在桩身传播的详细过程，只要桩土参数选取合理，对桩体质量的分析和判定起到很重要作用。③综合分析同一工程的所有被测桩。单独分析一根桩，不能全面衡量整个工程情况，有时非常危险。同一工地的地质和施工状态大多相似，寻找各被测桩之间的共性，再分析每一根桩是提高分析效果的有效手段。有条件的单位甚至可以在每个工程施工时监督严格要求施工的标准桩，用于校核各种分析用数据，提高分析准确性。
6 结语
反射波法桩基质量检测技术仍处在发展阶段，还有一些问题需要进一步加以研究。如难以对缺陷的程度加以定量的评判；桩周地质层的变化而形成的反射波其规律特征不很明确；很强的桩周土阻力会增大应力波向桩周土的投射能量，使桩深部的信息难以获取；桩的承载力不能确定等等。总之，只有通过广大科技人员及工程技术人员的不断努力，才能使该项检测技术不断达到新的水平。
参考文献：
[1]罗骐先.桩基工程检测手册.人民交通出版社.2003.
[2]桩基振动分析与质量监测.柳祖亭等编.东南大学出版社.
低应变动测中波速影响因素的分析 篇4
低应变动测主要用于桩基完整性检测,其将基桩看成一维均匀介质,以一维波动理论为基础,通过在桩顶施加一个激励信号产生沿桩身传播的弹性波,当弹性波遇到缺陷或传播至桩底时,波阻抗变化较大,原有的振动发生变化,在缺陷位置会产生一个反射波,由安装在桩顶的检波器接收,通过分析检波器接收到的反射波判断桩身的完整性。
1 低应变检测基本原理
假设桩为一维线性弹性杆,其长度为L,横截面积为A,弹性模量为E,质量密度为ρ,弹性波速为C(C2=E/ρ),广义波阻抗为Z=AρC;推导可得桩的一维波动方程:
假设桩中某处缺陷导致阻抗发生变化,当弹性波从介质Ⅰ(阻抗为Z1)进入介质Ⅱ(阻抗为Z2)时,将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。
令桩身质量完好系数β=Z2/Z1,则有
根据缺陷反射的幅值定性确定缺陷的程度,缺陷位置根据反射波的时间tx确定,计算公式如下:
2 波速影响因素分析
本文仅对桩基检测实地测试中的测试波速做相关讨论,主要影响因素为介质及人工操作的差异性。
2.1 客观因素———介质(砼)对波速的影响
弹性波在桩身传播速度的影响因素有很多,如砼强度、施工工艺、骨料的品种、粒径等。但一般认为砼强度影响最大,在相同情况下,弹性波在桩身的传播速度和桩身砼强度呈正相关关系。
图1、图2为武汉武昌某工地试桩及工程桩的测试曲线。图1曲线所测试桩桩身砼强度为C35,波速为3.97km/s;图2曲线所测工程桩桩身砼强度为C30,波速为3.82km/s。
但是并不能简单地认定桩身砼强度越高,弹性波在桩身传播的速度就越高。桩身是非均匀介质,影响弹性波在桩身传播速度机理十分复杂。
图3为湖北荆州某工地基桩检测曲线,该桩桩身砼强度为C30,弹性波在桩身传播速度为3.56km/s,和武汉地区桩身砼强度同为C30的传播速度差距较大。据了解,该项目砼生产厂家使用的骨料与武汉区别很大,这可能是引起波速差距大的主要原因之一。
2.2 主观因素———激发位置与收发距对波速的影响
实际操作中,激发位置与检波器间距对波速的影响体现在两方面:
①按照理论,数据处理时应以入射波起跳点为时间零点,若以入射波波峰为时间零点,因波在桩身传播能量衰减会导致频率降低,反射波脉冲宽度增加,产生误差。但在实际操作中,因反射波起跳位置不易确定,往往以入射波波峰为时间零点,而激发位置与检波器间距越远,脉冲宽度越宽,所测波速误差越大。
②如图4所示,d为激发位置与检波器间距,l为桩长,波的传播速度为v,波水平传播时间为t1,波竖直传播时间为t2,测试波速为v视,测试所得时间为t。检测时,波沿桩面传播到检波器位置处,检波器才打开。则有:
由上式可得,测试波速受d/2l影响。表1是通过理论计算所得d/2l对测试波速的影响。
图5为武汉某工地同一根桩上采集的曲线,桩身砼强度为C30,桩长12 m。其中a、c为同一条曲线,a曲线激发位置与检波器间距10 cm,a以入射波波峰为时间零点,c以入射波起跳点为时间零点;b、d为同一根工程桩的测试所得的另一条曲线,激发位置与检波器间距50 cm,b以入射波波峰为时间零点,d以入射波起跳点为时间零点。按相关波动理论应以入射波起跳点为时间零点,若以入射波波峰为时间零点,因波在桩身传播能量衰减会导致频率降低,会因反射波脉冲宽度增加而导致误差的产生。但在实际操作中,因反射波起跳位置不易准确判定,往往以入射波波峰为时间零点。从图中可见:
①激发位置与检波器间距越大,脉冲宽度越宽,以入射波波峰为时间零点,产生速度误差越大,a、c相差13m/s,b、d相差81 m/s;
②在相同情况下,激发位置与检波器间距越大,所测的波速越高,a、b相差44 m/s,c、d相差212m/s;
3 结语
低应变动测技术 篇5
低应变动测, 在中小型低吨位单节管桩中检测, 一般能取得良好的效果, 易被工程界所接受。然而, 对于大口径的人工挖孔灌注桩、冲 (钻) 孔灌注桩和多节预应力管桩的长桩或超长桩, 低应变动测在此类长桩基桩质量检测中, 应用效果如何, 目前, 尚存在较大的争议。有人认为, 低应变动测激振能量低, 波传播时程有限, 只能解决桩浅部缺陷;而另一方面则认为, 低应变动测, 既可检测桩身结构完整性问题, 在有利条件情况下, 又可以提供桩的其他信息, 如桩身缺陷严重程度、判断断桩、人工挖孔灌注桩端扩大头程度、桩底持力层土层硬软情况等。
1 目前桩基工程的质量检测概况
目前, 常用桩型预应力PHC管桩, 桩身质量好, 强度高, 耐久性好, 承载力高, 施工方便, 经济成本低。但桩身混凝土结构属脆性, 容易产生裂隙, 多节桩段的管桩接桩位置是质量隐患。因此, 动测 (包括高、低应变法) 是理想方便的基桩质量检测方法。
(1) 冲 (钻) 孔灌注桩。由于冲 (钻) 孔桩桩径大, 桩身长, 施工过程易造成桩径变化缩径和扩径, 离析, 有时因施工突然停电, 浇灌混凝土不连续, 易造成夹泥、断桩, 还有桩底清渣不干净, 以至于影响桩端承载力。
(2) 人工挖孔灌注桩。虽然该桩具有承载力高、工程造价低、周期短、施工方便直观、无噪声、无振动、无泥浆排放污染, 不受施工场地限制施工等的优点。然而, 人工挖孔灌注桩质量受到制约因素较多, 如地下涌水、流砂、护壁坍塌、桩底沉渣、虚土沉积、扩大头没有扩大好等。因此, 成桩之后, 桩身混凝土胶结和密实性、桩身离析、夹泥、断桩、扩大头扩大程度、桩底土层硬软情况等, 也是检测的主要内容。
对于工程基桩质量检测, 根据工程设计要求, 应落实在桩的承载力指标上。但从抗震设防方面考虑, 基桩承载力要求, 应在落实桩身结构完整性的前提下。否则, 基桩质量检测就没有意义。
2 工程实测
2.1 某单节预应力PHC管桩工程
(1) 场地土层自上而下:素填土厚0.70～2.30m。, 粉质粘土厚0.60～1.40m, 淤泥厚4.5～16.70m, 含砂粉质粘土厚0.75～8.10m, 残积砂质粘性土厚0.70～8.00m, 强风化花岗岩厚1.30～9.40m, 中风化花岗岩揭示厚8.30m。
(2) 设计预应力管桩桩型, 桩径准500m, 桩长11～20m, 采用单节和双节管段。
(3) 对于单节管桩, 波形反映效果较好, 当无缺陷管桩, 波形圆滑, 有明显桩底反射, 如图1、图2所示。
(4) 当桩底持力层坚硬时, 桩底波形呈负相位反射, 当桩如1121#桩底持力层软时, 呈正相位反射, 如837#桩。桩身穿过硬土层时, 有负相反射如1123#桩在桩身10m附近, 可能穿过硬夹层。
(5) 对于双节管桩段的基桩, 其接桩位置10m附近均有低幅值正相位反射, 如图3所示。因此, 可以根据反射正幅值程度大小和经验判断桩身接桩质量和缺陷位置。
2.2 某多节预应力PHC管桩工程
场地属海水冲蚀或堆积作用形成的冲海积平原。土层自上而下:素填土厚1.1～6.6m, 淤泥厚12.1～13.7m, 粘土厚1.1～9.6m, 残积粘性土、全风化花岗岩厚1.4～14.4m, 砂土状强风化花岗岩厚1.0～12.9m, 底层碎块状强风化花岗岩作为持力层。
设计采用多节桩段管桩, 桩径准500mm, 桩长50～60m。每节桩段长约10m, 一根基桩就有5到6节桩段组成, 正常波形只是最上一节桩段, 也是最后接上去的桩段接桩界面位置的有反射波形, 如图4所示, 正相位幅值不明显的波形, 如果正相位幅值大而明显的多次反射波形, 如图5所示, 表明最上一节接桩位置接桩不良, 或者断桩。至于前几节桩段接桩情况不明, 然而, 从实际桩应用出发, 最上段接桩位置质量情况更是重要。
2.3 某钻孔灌注桩工程
工程为江边河堤围护桩, 场地土层, 上层为淤泥厚10～15m, 下层为含砂粘土。
设计桩型为钻孔灌注桩, 桩径准800mm, 桩长12～16m, 桩端持力层为含砂粘土。低应变法检测波形为明显多次正相位桩底反射特征, 如图6所示的12#、6#、31#桩。偶尔见有桩身扩径的负相位反射波形以抑制桩底反射信号, 如19#桩, 在桩身12m附近有可能扩径可能性。
2.4 某工程冲钻孔灌注桩
场地土层简单, 上层残积土, 下层强风化花岗岩, 设计桩径为准900mm, 桩长为12～13m, 低应变法反射波形桩底反射明显, 但相位特征有不同, 对于正相位反射波形, 如图7中13#桩和39#桩, 反映桩端持力层较软波形;而12#桩, 桩底负相位波形, 反映桩端持力层较硬情况;38#桩桩端正相位波形前有负相位反射, 表明桩身9m附近有扩径现象。
2.5 某人工挖孔灌注桩工程
场地位于山坡边, 以维护保坎打的围护桩。土层比较简单, 上层为残积土, 下层为强风化岩。
53#桩为短桩, 桩底反射明显, 桩端前有明显负相位波形, 反映桩身在2.5m附近有扩大如图7所示。
58#桩桩长14m, 桩径准1200mm, 低应变法波形如图8, 有不明显正相位桩底反射, 但没有明显负相位反射, 表明桩端扩大头反射特征不明显, 桩身浅部有轻微缺陷, 如混凝土离析等。
2.6 某车站候车厅人工挖孔灌注桩工程
场地土层:上层为建筑垃圾, 下层为残积砂质粘土。
低应变法检测反射波形如图9所示。1#桩波形桩底反射明显正相位, 反映桩身完整, 但桩底土层不够坚硬。
2#桩波形前段有子波反射, 桩底正相位波形反射明显, 并在桩底前有负相位波形, 表明该桩浅部混凝土稍有离析, 桩底桩径有扩大。
从1#、2#桩波形的多次波列反射看, 表明这两根桩桩身结构是完整的, 但桩底土层不够坚硬。
3 结语
目前建设工程桩常用预应力管桩, 冲钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩等桩型, 而且多用一柱一桩的地基基础。合理的桩基检测程序, 应该先用低应变法动测普测桩身结构完整性, 尽量扩大工区检测面, 充分发挥方法的简便、快速、成本经济的优势, 尽散可能提供更多的桩土信息。然后, 有针对性地投入静载荷试验、钻探取芯、开挖验证等检测手段, 使桩的检测质量提升。不重视低应变法动测在桩基检测中的作用和地位是不可取的, 把低应变法对立于高应变法、静载试验及钻芯法检验, 更是不能提倡的, 因为各种检测方法手段, 各有自己的特点和利弊, 而低应变动测方法简单, 适应性强, 适合普测, 发现问题概率性高。
应指出的是, 动测是实践性很强的应用学科, 应用好方法没有一定的经验是很难胜任工作的。因此, 需要检测人员不断总结经验, 提高技术素质, 使完成的基桩动测工作, 圆满、彻底、可靠。
参考文献
[1]JGJ 106-2003, 建筑基桩检测技术规范.北京:中国建筑工业出版社, 2003
低应变动测技术 篇6
桩的动测主要功能是判别桩身结构完整性。测桩人员务必看懂和分析工程地质报告, 有一定岩土工程和桩静力特性方面知识, 了解各种桩型的施工工艺和易发生的质量问题。多年来, 对桩身完整性的检测, 较为快速的方法是低应变反射波法, 目前几乎所有的检测规范均将此方法列为检测桩身完整性的首选方法。本文从低应变法的基本原理出发, 通过工程实例和曲线解析作进一步分析研究。
1 低应变法桩基检测的基本原理
反射波法是建立在波动理论基础上, 将桩假设为一维弹性连续杆, 在桩顶部进行竖向激振产生弹性波, 弹性波沿着桩身向下传播, 当桩身存在明显差异的界面 (如桩底、断桩和严重离析等) 或桩身截面积变化 (如缩径或扩径) 部位, 波阻抗将发生变化, 产生反射波, 经接受放大、滤波和数据处理, 可以识别来自桩身不同部位的反射信息。利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系, 通过对反射信息的分析计算, 判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度, 判定桩身缺陷程度及位置。
2 桩身完整性分类
根据深圳市标准《建筑基桩检测规程》 (SJG09-2007) 的有关规定, 将桩身完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个类别。各类别含义参见表1。
检测结果评价:Ⅰ、Ⅱ类桩可以满足工程正常使用, Ⅳ类桩不能直接使用。需进行工程处理。Ⅲ类桩或检测中不能明确完整性类别的桩可否使用, 建议由设计部门根据实际情况综合考虑作出适宜决定。
3 工程实例和曲线分析
3.1 完整桩
3.1.1 桩底反射不明显
深圳平湖工地基桩低应变实测波形曲线, 该桩为高强度预应力混凝土管桩 (PHC) , 桩型为摩擦桩, 以强风化泥质粉质粘土为桩端持力层, 桩径500 mm, 有效桩长11.9 m, 桩身混凝土强度C80, 地层为人工填土、含碎石粉质粘土、含有机质粉质粘土、粉质粘土、全风化泥质粉质粘土、强风化泥质粉质粘土互层。经检测波形无异常, 由于应力波能量在桩身和桩周土大幅衰减, 导致桩底反射不明显, 由 算得波速为4200 m/s, 桩身完整, 为Ⅰ类桩。如图1所示。
3.1.2 桩底反射明显
深圳市梅沙湾某高架桥梁桩低应变实测波形曲线, 该桩为人工挖孔灌注桩, 桩型为嵌岩端承桩, 以中风化岩层作为桩端持力层, 桩径1 200 mm, 有效桩长8.6 m, 桩身混凝土强度C20, 地层为人工填土、粉质粘土、砂质粘性土、中风化花岗岩互层。经检验波形无异常, 桩底反射明显 (反相反射) , 由 算得波速为3 800 m/s, 桩身完整, 为Ⅰ类桩。如图2所示。
3.2 缩颈桩
深圳某国际农产品物流园基桩低应变实测波形曲线, 该桩为高强度预应力混凝土管桩 (PHC) , 桩型为摩擦桩, 以强风化泥质粉质粘土为桩端持力层, 桩径500 mm, 有效桩长25.8 m, 接桩为10+11+5=26 m, 桩身混凝土强度C80, 地层为人工填土、含碎石粉质粘土、含有机质粉质粘土、粉质粘土、全风化泥质粉质粘土、强风化泥质粉质粘土互层。检测反映桩顶以下4.8 m处有明显同相反射, 桩底无反射。判断认为:该桩在桩顶以下4.8 m左右处存在轻微缺陷, 缺陷位置为接桩位置, 判定为Ⅱ类桩。如图3所示。
3.3 特殊地质条件桩
深圳市岗厦某工地基桩低应变实测波形曲线, 该桩为钻孔灌注桩, 桩型为摩擦桩, 以强风化花岗岩为桩端持力层, 桩径800 mm, 有效桩长12.5 m, 桩身混凝土强度为C30, 地表下为软塑淤质粘土, 在5~6 m存在砂砾石层, 下部为软塑淤质粘土, 测试结果为:所有该工地的曲线均在6 m左右有明显反向子波, 施工的充盈系数 (用来指混凝土灌注桩施工时实际浇筑的混凝土数量 (立方米) 与按桩孔计算的所需混凝土数量之比) 正常, 不存在扩径, 由此分析判定:在5~6 m处出现的类似扩径的反相反射是由于此处存在硬夾层, 结果造成曲线在该夾层处均有反相反射。如图4所示。
3.4 离析桩
深圳市梅沙湾某高架桥梁桩低应变实测波形曲线, 该桩为人工挖孔灌注桩, 桩型为嵌岩端承桩, 以中风化岩层作为桩端持力层, 桩径1 200 mm, 有效桩长7.0 m, 桩身混凝土强度C20, 地层为人工填土、粉质粘土、砂质粘性土、中风化花岗岩互层。判定认为:该桩在桩顶以下1m左右有同相反射, 并伴有多次发射, 经开挖发现在桩顶1.2 m处确实存在严重离析现象, 判定为Ⅲ类桩。后经重新高压注浆, 再次测试波形完整无桩间缺陷反射, 并可见桩底反射, 说明注浆成功。如图5所示。
3.5 浅部缺陷桩
深圳市某高级中学基桩低应变实测曲线 (如图6示) , 该桩为CFG桩 (水泥粉煤灰碎石桩) , 桩型为摩擦桩, 以强风化混合花岗岩作为桩端持力层, 桩径400 mm, 有效桩长16.1 m, 桩身混凝土强度C15, 地层为人工填土、淤泥、粉质粘土、中砂、淤泥质粘土、砂质粘性土、全风化混合花岗岩、强风化混合花岗岩。初测在桩顶以下80~90 cm处有较强同相反射, 经开挖在距桩顶83 cm左右处断裂, 判为Ⅲ类桩。经开凿后再复测, 波形正常, 桩完整。见图7。
3.6 桩长检定
深圳市松白路某工地基桩低应变实测曲线, 该桩为冲孔灌注桩, 桩型为摩擦桩, 以粗粒花岗岩 (合金钻进容易) 作为桩端持力层, 桩径1 200 mm, 设定桩长33.3 m, 桩身混凝土强度C20, 地层为人工填土、砾砂、砾质亚粘土、粗粒花岗岩互层。测试后在21m处如桩底般同相反射, 经钻孔取芯知桩长仅21.6 m, 如果按桩长33.3 m算得波速为5 020 m/s, 明显与实际不符。说明该桩明显偏短 (也叫“偷桩长”) 。如图8所示。
4 结语
实践证明, 低应变动测曲线受到影响因素很多, 工作中应逐一排除, 以提高桩检的测试质量和准确性。同时, 要想正确判定桩身缺陷的严重程度并准确定性桩身完整性类别, 一定要结合设计桩型、工程地质条件和施工情况进行综合分析判断, 对于缺陷桩的类别划分还应对照基础和下部结构型式对桩基的沉降和承载力的要求, 充分考虑到桩身的缺陷类型、缺陷深度引发桩身结构、下部结构破坏的可能性大小, 不宜单凭测试曲线简单地作出结论。
参考文献
[1]雷林源.桩基动力学[M].北京:冶金工业出版社, 2000.
[2]王学峰.桩基动测理论与实践研究[D].杭州:浙江大学, 2012.