浅谈桩基检测中低应变应力波反射法的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈桩基检测中低应变应力波反射 法的应用 摘要：现阶段，桩基础成为土木 工程中主要的基础形式之一，而桩基检 测工作是一个不可缺少的重要环节。基 桩动力检测方法具有费用低、速度快、 方便、无损等优点，越来越受到人们的 重视和欢迎，低应变反射波法在基桩动 力检测方法中应用最广，其健康有序地 发展和应用，对我国的工程建设有着非 常重要的理论意义和实用价值。文章就 这一检测技术的相关问题进行简要的阐 述和分析，以供参考。 中国论文网 /2/view-12910753.htm 关键字:动力检测；低应变反射波 法；桩基检测 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1前言 桩基础作为一种基础形式，已经 越来越广泛地应用在包括高层、超高层 建筑或大型桥梁等工程建设中。它属于 隐蔽性工程，起着将结构上部荷载传递 到较深和较好地层中的作用，是构筑物 的重要组成部分，对工程结构质量起着 极其重要的作用。因此，当前桩身的质 量完整性检测对桩基工程而言具有极为 重要的意义。基桩动力检测方法具有费 用低、速度快、方便、无损等优点，越 来越受到人们的重视和欢迎。动测法在 国内起步近三十年，但推广应用才十年， 在这十余年中的发展中，我国动测技术 己经取得了一系列可喜变化，在近 l0 多 的时间内就有许多种动测仪相继问世， 并在测桩实践中得到广泛应用。但动测 技术仍属发展中的技术，经验和理论有 待进一步积累和完善。 2动力检测方法及其低应变应 力波反射法 21 动力检测方法 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 动力检测根据作用在桩顶上的能 量大小，分为高、低应变两种类型： 1、高应变法 当作用在桩顶上的能量较大时， 根据直接测得的打击力与设计极限值， 可计算相应动测“ 极限承载力 ”，这便是 高应变法。目前高应变法有动力打桩公 式法、波动方程分析法、case 法、曲线 拟合法、锤击灌人法和动静法等。 2、低应变法 作用在桩顶上的能量较小，仅能 使桩土间产生微小扰动，这类方法称之 为低应变法。低应变法有机械阻抗法、 反射波法、球击法、动力参数法和水电 效应法等。它们都是通过在桩头施加激 振、桩头接收，然后分析桩的动态响应 特性来判别桩身质量。它们的区别主要 表现在激振方式、检测系统和分析方法 上。目前常用的低应变动测方法有： (1)水电效应法 水电效应法，其基本原理是桩身 质量的好坏可用瞬问激励所得到的桩土 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 系统的频响函数来识别。水电效应法不 仅可检验单桩，而且可检验有盖梁的单 排桩、有承台的群桩。 (2)机械阻抗法 机械阻抗法有瞬态和稳态两种方 法。机械阻抗法是对桩体特性的具体描 述，能够给出反映基桩整体力学特性的 参数，如阻抗、桩土系统的固有频率、 动刚度等。 (3)低应变应力波反射法 具有检测速度快、反应直观、适 应性强等特点，所以在目前的低应变桩 基检测中得到广泛应用。 22 低应变应力波反射法 基本原理是在桩身顶部进行竖向 激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩 身存在明显波阻抗差异的界面，如桩底、 断桩和严重离析等部位或桩身截面积变 化(如缩径或扩径) 部位时，将产生反射 波。经接收放大滤波和数据处理，可识 别来自桩身不同部位的反射信息，据此 计算桩身波速并判断桩身完整性及估计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 混凝土强度等级。还可根据波速和桩底 反射波到达时间对桩的实际长度加以核 对。装置示意图如图 1 所示 现场检测的主要步骤如下： 1、检测前应对仪器设备进行检 查，性能正常方可使用。对需充电的仪 器，除平时注意保养性的充电外，在进 入现场前必须保证充足电源，以供检测 时有足够的电源。 2、每个检测工地均应进行激振 方式和接收条件的选择试验，以确定最 佳激振方式和接收条件。激振方式和接 收条件的选择，不同的仪器有所不同， 但一般的选择原则是：当基桩较长时， 应选择能产生低频的力锤，如尼龙锤； 反之，应选择能产生高频的力锤，如铁 锤等。但由于基桩本身条件和基桩周围 地质条件的复杂性，不管选择什么锤， 都必须经过现场试验确定。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 3、锤击技术是一个测试质量优 劣的重要环节，要有实践经验丰富的熟 练技术工人操作。锤击时保证作到：落 锤到实处，动作干脆利索，锤击方向垂 直于桩头平面，达到产生瞬间激发点源， 首脉冲符合半正弦规律。 4、每一根被检测单桩最少应进 行三次以上重复测试，在波形一致性良 好的情况下方可存人仪器。测试时如发 现异常波形，为确保测试结果真实反映 基桩质量情况，应在检测现场及时研究， 排除影响测试的不良因素后再重复测试。 为了有利于检测结果的分析判断，检测 时可选择不同的频率参数采集数据，得 到多条(三条以上) 测试曲线，尤其是对 于初判有严重缺陷的基桩更应如此。 3低应变应力波反射法在桩基 检测中的应用 31 基桩质量中的常见缺陷 成桩工艺不当，或沉桩方式不合 理，或地质条件等因素，都可能使基桩 出现影响其质量问题的缺陷，不同程度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 地影响基桩的承载力。桩身缺陷有三个 指标，即位置、性质和程度。缺陷的综 合表现是桩的阻抗变化，阻抗的变化可 能是任何一种缺陷的表现。因此，仅根 据阻抗的变化不能判断缺陷的具体性质， 如有必要，应结合地质资料、桩型、施 工工艺和记录等进行综合判断。在基桩 动测工作中，常见的缺陷类型主要有变 径、离析、夹泥、空洞、断桩等。 当桩头受到一脉冲激励力作用时， 首先出现于桩头的压缩波将沿桩身向下 传播(波速为 c)，在不考虑桩侧土阻力 的条件下，这一压缩波将在桩身广义波 阻抗(桩身截面积、混凝土模量等)变化 处发生反射和透射，因此可根据应力波 的传播规律，由反射波速度曲线可对桩 身质量进行判别。这里以离析桩为例进 行介绍。桩的离析是指混凝土桩外形是 完整的，由于成桩材料不合格或料配比 不当，搅拌不均匀或振捣不密实，成桩 的某些区段含石砂量过高，呈现蜂窝状 结构，或呈松散状态，从而直接影响桩 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 的强度和承载力。反射波在这一部分的 反射情况与在缩径处反射情况类似。但 仍存在细微的差别，即缩径桩的曲线多 数是光滑的，而离析桩的曲线中均能找 到“毛刺”。这是由于离析段混凝土的密 实度差，不均匀，应力波在此处会产生 一定的“漫射 ”，故而它的曲线类似缩径 曲线，却没有那么规则。离析桩的反射 波曲线如图 2 所示。 对于桩身不同类型的缺陷，低应 变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小 的信息，缺陷性质往往较难区分。例如， 混凝土灌注桩出现的缩径与局部离析、 夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区 分。因此，对缺陷类型进行判定，应结 合地质、施工情况综合分析，或采取钻 芯、声透等其它方法。 32 反射波形曲线解释 分析测试振动曲线上反映桩身波 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 阻抗变化及桩底信息的反射波的特性， 推测桩身完整性变化及桩身弹性波波速。 若桩底反射波出现时间为 T 桩长为 L， 则桩身波速为 C=2L/T；若桩身缺陷反 射波出现时间为 T，则缺陷位置为 L=CT2。当一根桩检测完毕，并取得 多张现场检测记录后，应在原始波形曲 线上按下列特征进行解释： 1、无缺陷的好桩，则整个原始 波形曲线均匀，频率高，衰减快。当波 形即将衰减完毕，并经过一段平静之后， 在波形曲线的尾部又出现与初至波同相 位的波峰或波谷，这就是桩底反射波的 到达，由此可直接读出反射波的到达时 间。如果预先不知道施工桩长，则可根 据经验初步假定一个桩身混凝土波速值 (预制桩可假定 VP=4OOO4100ms， 灌注桩可假定 VP=33003600ms)， 由此计算桩长。如果已知施工桩长，可 精确地计算出桩身混凝土波速值，依次 评价桩身混凝土强度。 2、如果在桩身的上部出现扩径、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 缩径以及轻微的薄层夹泥界面等，可在 波形曲线的尾部找到桩底反射波，然后 在波形曲线的前部进一步判断桩身缺陷 界面的反射波，并读出反射波的到达时 间，按已知的施工桩长计算出桩身混凝 土波速值，再计算出各缺陷界面在桩身 的位置，即从桩顶往下的深度。 3、如果桩身上部和中部出现严 重断裂或夹泥层，或者有严重扩径或缩 径等缺陷，这时波形曲线上可能不会出 现桩底反射波，而在波形曲线的前部仅 出现各种缺陷界面的反射波。读出这些 反射波的到达时间，假定一个桩身混凝 土波速值，可计算出桩身严重断裂、严 重扩径，严重缩径截面的位置。也就是 说，波形曲线仅反映缺陷界面以上的桩 身，对缺陷界面以下的桩身没有反应。 33 桩身完整性分类讨论 对桩身缺陷严重程度还未能有一 个明确的量化概念，对桩身完整性分类 也只是根据波形形态结合实际经验，定 性归类综合判定。目前，国内的完整性 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 分类五花八门，但大体上可按四类进行， 即 I 类桩( 或 A 类桩)：时域信号特 征：2LC 时刻前无缺陷反射波，有桩 底反射波，未见明显缺陷，波速和桩底 反射合理，桩身完整性优良； II 类桩 (或 B 类桩) ：时域信号特 征：2LC 时刻前出现轻微缺陷反射波， 有桩底反射波，存在局部缺陷，波速和 桩底反射基本合理，桩身基本完整； III 类桩 (或 C 类桩)：有明显缺陷 反射波，波速或桩底反射严重不正常， 其它特征介于类和类之间，一般应 采取补救措施，桩身存在严重缺陷； IV 类桩( 或 D