探讨桩基检测中低应变反射波法应的用

PAGEPAGE1探讨桩基检测中低应变反射波法应的用内容摘要：低应变反射波法具有快速、高效、精确的检测特点，本文结合工程实例，论述了低应变反射波法检测原理、检测适用情况及检测现场留意事项，对检测结果进行分析总结。本文关键词语：低应变反射波法；原理；结果分析；桩基检测1工程大概情况某住宅楼基桩检测工程的基桩均为CFG桩,设计有效桩长13.5m,桩径500mm,桩间距分1900mm、2000mm、2050mm和2085mm不等。该场地在勘探深度内,自上而下分为,上部为厚度不等的人工填土,0～5m为冲积粉土、粉质粘土层,5～18m为Q4-2静水或缓流水沉积富有机质的粉土、粉质粘土层,18～28m为Q4-1冲积中细砂层,28～49m为Q3冲积粉土、粉质粘土和粉细砂层,49m下面为Q2冲积粉土、粉质粘土层。2检测原理结合实际工程经历体验及理论分析,笔者以为低应变反射波法在桩基检测经过中最大的优点在于其检测效率较其他检测方法高。当前,随着一维波动理论在理论研究中的运用以及试验室中对模型桩的试验检测,低应变反射波法检测桩基质量的精确性也不断提升。低应变反射波法又叫应力波法,是以手锤或力棒敲击桩顶,给桩一定的能量,产生一纵向应力波,该应力波沿桩身向下传播,由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号,通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程,便可分析出桩基的完好性,并根据桩身忽然变化界面时(如:桩底沉渣过厚、桩身夹泥、断裂、扩径或缩径等)所产生的反射和透射波,来确定桩身缺陷性质,估算桩长或缺陷位置,且根据应力波在桩身中的传播速度来推断混凝土的强度(见图2-1)。图2-1低应变反射波法现场检测系统图2-2土阻力波和阻抗变化对波传播的影响由于当前工程中的桩基大多为混凝土桩,桩的长度远大于桩的直径,而且经试验表示清楚,混凝土材料对应力波的影响很小,而桩周土阻力对应力波的衰减影响较大(如此图2-2所示),因而能够将桩简化为一维弹性杆件,其应力应变关系为:=Eε(1)或F=AEε(2)式中:E桩的弹性模量;A桩身横截面积。土阻力模型以为在动荷载作用下,桩土的总阻力R由静土阻力Rs和动阻力Rd构成。由于低应变试验冲击能量小,所激发的桩周土阻力也就很小,桩土体系变形在弹性范围内,因而能够假设净土阻力Rs与桩的质点位移u成正比,动土阻力Rd与桩的质点速度V成正比,即:R=Rs+RdukuJV采取上述桩土体系模型,假设桩长为L,横截面积为A,桩的弹性模量为E,质量密度为,可将桩周土阻力简化为沿桩轴线分布的线性力。取桩轴线向下方向为x轴正方向,质点速度向下为正,压应力也为正。若桩变形时平截面假定成立,则桩中各运动参量只是深度x和时间t的函数,即有位移u=u(x,t),速度V=V(x,t),加速度a=a(x,t),力F=F(x,t),应变ε=ε(x,t)。于是能够推导出桩的一维波动方程为:式中,R=R(x,t)为沿桩轴线单位长度的土阻力;为桩的弹性波速。能够使用特征线法和离散数值法求解该波动方程,这即为低应变动力测桩中使用的反射波法。3检测适用情况根据一维杆件理论,桩顶处只要有足够能量的鼓励作用其上,均能承受到反射回来的波信号,即低应变法适用于各种类型的混凝土灌注桩的质量检测。但是现场检测及试验室模型桩试验研究的结果表示清楚,当桩基直径过大或桩基长度较长时,低应变反射波法检测桩基质量的经过中鼓励的能量较难到达桩底,即较难接收到清楚明晰可辨的桩底反射信号。关于低应变法检测桩基质量的适用情况,国内尚无统一的认识,这是由于不同的现场情况会影响到低应变法检测的结果。本文根据长期以来的桩基检测经历体验及试验室模型桩试验,得出下面几点结论:a)就桩长和桩径而言,当桩基长度小于40m,桩径在2m以内时,通常能接收到清楚明晰的缺陷反射信号及桩底反射信号(当缺陷水平较大而使力波在缺陷处产生较大衰减时也难以接收到桩底反射信号);b)当桩周地质情况复杂,即地质情况随深度而多变时,采取的应变法检测桩基质量的精确性会降低,究其原因是桩周地质情况发生突变,即土阻抗发生变化时,同样会引起力波因土阻抗变化而产生反射,易与缺陷反射混同;c)对于嵌岩桩和桩底为岩质的摩擦桩,可能会出现这样的情况:由于桩底岩质地层密度与桩身混凝土接近,因此两者的波阻抗相近,此时当力波传递到桩底时不会发生反射而是继续向下传播,直至衰减为零;d)对于变截面桩基的检测,不易采取低应变法,原因是桩基的截面变化会影响力波的垂直传播及反射,对波形的判别产生较大干扰。以上几点结论并不能概括低应变法检测桩基质量的所有情况,仅为笔者从理论经历体验中总结出的一些典型情况。4检测结果分析4.1对于无完好性缺陷的桩基波形分析对于无完好性缺陷的桩基而言,当鼓励作用在桩顶时,传感器首先会接收到一个清楚明晰的入射波,由于桩身无缺陷,即不会产生桩身的力波反射,此时力波根据一维弹性杆件传递至桩底,由于桩底地层与桩身混凝土之间的阻抗发生变化,会产生一个反射波(桩底地层阻抗较桩身大时反射波波形与入射波反相,反之同相)。4.2缺陷桩分析在利用低应变反射波法检测桩基质量的经过中,常见的缺陷类型有:缩径、离析、裂缝、蜂窝、空洞、夹泥、断桩等,鉴于对桩基承载力的影响情况,一般不将扩径作为缺陷处理。本文为讨论低应变反射波的形式,将扩径反射与其他缺陷反射一同罗列以便于比较分析,如此图4-2所示。图4-2缺陷桩反射波图由图4-2可知:a)图中波形(1)为完好无缺陷桩的时域波形信号,能够看出在桩身长度范围内无异常反射波;b)图中波形(2)波为浅部存在缺陷的桩基时域波形信号,其特点是:首先会产生一个与入射波同相位的反射波(由缺陷的第一个界面引起),接着有一个与入射波反相位的反射波(由缺陷的第二个界面引起),由于浅部距桩顶间隔较近,缺陷反射又可能会产生二次反射(力波在同一缺陷位置发生两次反射),第二次反射波形态与第一次完全一样;c)波形(3)为深部缺陷反射,情况和波形(2)基本一样,只是在接收到桩底反射前无二次缺陷反射;d)波形(4)为桩身出现扩径时的时域信号,扩径处的反射波与入射波反相位一样(扩径面第一次反射),接着有一个与入射波同相位的反射波(扩径面第二次反射),无论是缩径还是扩径,第二次反射的波形形态都完全一样。断桩属于严重的质量缺陷,低应变法检测桩基质量的经过中,力波会在断桩处产生反射并在这里处不会继续向下传播或只要很稍微的力波能够穿过断桩部位继续向下传播,此时传感器接收到的信号可能不会表现出入射波、桩底反射波、缺陷反射波三部分,而仅反映出入射波与同入射波同相位的一个反射波。怎样判定此反射波是缺陷反射还是桩底正常反射就需要检测工程师格外留意,一般来说能够先将此反射波临时判为桩底反射,然后根据桩顶入射波和桩底反射波之间力波传播的时间计算出桩的长度,若计算所得长度与桩基的设计长度吻合即能够判为合格桩;若计算长度明显小于桩基的设计长度则说明反射发生在断桩处。需要十分指出的是,对于图4-2中波形(2)、(3)反映的缺陷波时域分析图,缩径、离析、裂缝、蜂窝、空洞、夹泥都可能出现类似的形态,因而利用低应变反射波法判别缺陷的详细类型,就当前的技术而言尚存在一定的困难,只能根据实际工程情况及检测工程师的经历体验综合而定。5现场检测中的留意事项5.1激振问题理论分析和理论经历体验表示清楚,激振技术是反射波法完好性检测的主要环节。在检测时,通常使用瞬态激振,最简单的方法是用手锤或力棒激振。在检测时提升激振脉冲波的频率,能够提升分辨率;但高频波对长桩不易获得桩底反射,因而应该用频率较低的脉冲波来获得桩底反射,再用高频波来检测桩身上部的缺陷。另外一个要留意的问题是激振的能量要适中,并不是能量越大越好。激振时要干脆、利索,以使每次的激振波形基本一致,有利于比照分析。5.2传感器与粘结剂的选择传感器是基桩检测的眼睛,它的频响特性、阻尼大小、灵敏度和动态范围等对实测波形的影响非常大。反射波法对传感器有特殊的要求,因而传感器的量程范围和动态范围要足够宽,要有较高的灵敏度,有良好的阻尼特性。在通常情况下,我们可用不同特性的传感器多测几组曲线,通过比照进一步提升分析精度。在传感器性能较好的情况下,必需选择好的粘结剂,使传感器与基桩得到较好的耦合。当前常用的粘结剂有石膏粉、橡皮泥、蛇皮膏、黄油等。除此之外,有些技术人员还使用咀嚼后的口香糖作为粘结剂。在这些粘结剂中,石膏粉粘结的耦合频率较高,而后几种的耦合频率较低。应该留意的是，当桩头较湿时,采取橡皮泥和蛇皮膏粘结剂粘结的效果不是很好,此时最好用石膏粉。5.3桩头的处理灌注桩的桩头往往有一定厚度的浮浆,十分是人工挖孔灌注桩,浮浆严重影响检测效果,因而在检测时必需将浮浆打掉,同时坚持桩头平整。除此之外,预制桩在贯入经过中桩头可能产生破损,灌注桩在废除浮浆时可以使桩头产生破碎,使弹性能量快速衰减,严重时使激发的脉冲波不规则,严重影响检测效果,以至造成误判现象。因而,在检测时必需格外留意桩头情况。5.4辅助资料的采集在进行基桩检测时应该留意辅助资料的采集。辅助资料包含岩土工程勘察报告、灌注桩的成孔工艺、成桩机具和工艺、桩基施工记录及开挖情况等。结合辅助资料来分析桩身的缺陷类型。5.5提升信号判读的正确性现场检测时,收集的信号能否可靠直接影响桩身完好性的断定。应在检测现场即时对信号能否可靠作出判定,发现问题及时查明原因采用办法后重测。观察不同的传感器或不同的激振点所获得的时域波形,