1、对混凝土桩低应变检测法的研究建材与装饰 2007 年 11 月下旬刊勘察,测绘与测试技术对混凝土桩低应变检测法的研究黄卓君(博罗县建设工程质量监督站)摘要:本文详细介绍了以低应变动力检测混凝土桩身质量的方法 ,提出了混凝土桩小应变法质量评定的相关问题,并对实测曲线进行了具体分析.关键词:混凝土桩;低应变:检测1 低应变动力测试原理首先将桩体简化并假设为一维弹性杆件模型,且定义波阻抗概念来描述桩身截面变化,然后根据弹性波的传播理论,通过桩顶的激励作用使桩身内部产生波动,由安装在桩项的加速度型或速度型传感器接收不同波阻抗的变化情况,判断桩身缺陷性质,确定缺陷位置,计算桩长,并由实测波速定性评价桩身
2、混凝土强度.具体计算过程如下:z_pAA(1)L=ct/2(2)L=ct/2(3)式中:z 为桩身波阻抗;D 为桩身混凝土密度;E 为桩身混凝土强性模量;A 为桩身横截面面积;L 为桩长;L 为缺陷位置:t为桩底反射双程旅行时问:tI 缺陷处反射双程旅行时间.从上述的计算公式中可以看出,低应变动测主要涉及三个参数,即桩长,桩身平均弹性波速及反射时问.2 常见缺陷桩的辨识由于桩基施工过程中受到所处地质条件,施工技术工艺等多种因素的影响,成桩难免存在各种不足,影响成桩的质量和使用效果.如缩径,离析或夹泥,甚至断桩等不利缺陷部位.各类缺陷在小应变测试的波形中如何识别,如何判定影响程度,需通过测试的波
3、形并结合专业人员的实际经验进行准确判定分析.根据小应变法的测试原理,当桩顶受到一小的冲击力后,产生的弹性应变以纵波形状沿桩身传播时的规律遵循一维波动方程,根据一维波动方程分析导出的反射波相位特征,是反射波法测试的主要依据.这一特征可以通俗地描述为:在桩扩径部位 ,反射波波形相位同初始相位相反;在桩缩径,离析或夹泥等不利?-一?-一 ?缺陷部位,反射波形相位相同.2.1 桩身浅部有空洞或裂缝桩身浅部断裂位置一般在距桩顶 1.0m 以内.桩型通常为素混凝土桩,长细比较大的沉管灌注桩 F(qb377 单打,qb426 单打)等.因为此类桩桩径较小,桩身横向抗剪能力较差,遇到机械开挖或者破桩时大锤横敲
4、等水平力时易导致桩身上部出现裂缝甚至断裂,尤以素混凝土桩为甚.图 1 为某一工程桩实测的波形,直径击=400mm, 桩长 L=9.0m,振动沉管施工的灌注桩 .从所测波形来看,约在 lm 处存在严重缺陷,出现“双峰“ 特征,实地开挖后发现该处有一个空洞.图 2 为一锤击沉管灌注桩的实测波形曲线,分析表明该桩 4m 附近有严重缺陷,开挖结果表明该桩成型较好,没有缩径和扩径现象,用水将桩侧壁的粘土冲洗干净后发现,在桩定下 3.8m 左右处有一条非贯穿的水平裂缝 .图 1 桩身浅部有空洞的波形曲线图 2 桩身浅部有裂隙的波形曲线“?一 n+n+n?一? 一 n+一?一“+“+n+一+n+“+n+n+
5、 一+n+“+n+n+n+n+“+“+“+n+n+?15 场地稳定性评价在审查中发现,有的勘察报告没有场地稳定性评价方面的内容,有的在高层建筑勘察报告中没有单列一节.其内容散落于其它章节中.有的虽然列了一节但仅是一句话.即:“场地中发现没有隐藏的河道,沟滨,墓穴,防空洞,孤石等对工程不利的隐患.因此.判定场地地基稳定或基本稳定,适宜于本工程建设.“显然.这句话的评价力度不足 .其实场地稳定性主要涉及有地貌单元类型,区域地质构造,第四系覆盖层厚度,场地不良地质作用或对工程不利的埋藏物.因此.评价时应综合阐述.判定其稳定性.若场地中发现有不良地质作用时.应进行重点评价和提出处理措施的建议.以上是笔
6、者在几个工程实践中对勘察工作中出现的几个问题的认识与体会.从所列工程实例可以看出,问题是比较严重的,有的直接涉及强制性条文或安全性的问题.这些问题时有发生,必须引起高度重视.总之,应严格执行勘察设计和施工规范,规程的要求.即使是在当前勘察费较低的情况下,也应认真做好勘察工作.?lO9?勘察,测绘与测试技术建材与装饰 2007 年 11 月下旬刊2.2 桩身浅部断裂图 3 为一工程桩实测的波形,直径 qb=600mm,桩长 L=19.8m,为混凝土钻孔灌注桩,从所测波形显示约在 3.3m 处存在严重缺陷,形成多次同相反射信号,桩底反射被淹没(看不到底反)初步判定为断桩,实地开挖验证该桩桩定下 3
7、.3m 处全部断裂.0抖 H 十 II 匕 =士 Jl.r.I图 3 桩身浅部断裂的波形曲线2.3 桩身局部缺陷桩身存在有缺陷时,应力波将在缺陷界面来回多次反射,反射波多次叠加后使得实测波形变得复杂难辨,不易分析.图 4 为直径=1350mm, 桩长 L=19.1rn0 混凝土钻孔灌注桩低应变实测曲线,经分析该桩在 4m(缩径)和 8m(扩径) 左右两处均有缺陷 ,在桩底附近也有缺陷.图 5 为某缺陷桩的实测曲线.-I. 一-,-,7 一/,E 三生三三三三三三二.图 4 桩身存在缺陷的波形曲线IllI.1?1.I 捌疆鼍蛐 ll/,r/.射,图 5 桩身存在出现离析的波形曲线从上述几根桩的低
8、应变实测曲线来看,由于实际施工中可能会遇到各种各样的情况,测试人员应细致分析,找出内在规律性,以保证判断的准确性.3 低应变测试技术存在的问题低应变测试技术源于波动理论,由于问题本身存在多解性,在具体问题分析过程中必须注意低应变动测中三个关键参数,即桩长,桩身平均弹性波速及反射时间.反射时间可由检测仪器精确地量测,另外两个未知量必须首先进行假定.如此,将直接影响到检测结果的精度及低应变的定量化.3.1 桩身平均波速问题混凝土桩身平均弹性波速是低应变动测中最重要的参数.通常在计算桩长时,根据公式(2)和桩身混凝土强度等级,平均?110?波速取经验值,由实测桩底双程旅行时间来得到桩长.但是桩身波速
9、与混凝土强度之间尚没有明确的关系.假定有一根混凝土强度为 C25,桩身完整,实测曲线计得双程反射时间为 13_3s,经验波速值取 3900m/s 时,则桩长为 26m;而波速设定 3600m/s 时,桩长为 24m,二者相差 2m.至于缺陷桩,由于桩身平均波速的不确定性很难准确计算缺陷位置.即使在同一施工现场,由于混凝土现场搅拌与生产设计配合比有差异,导致混凝土强度不稳定,也是造成桩身平均波速难于准确假定的一个原因.因此,在同一工地桩身平均波速也是变化的,用同一波速计算不同桩的桩长和缺陷位置不合理.要提高检测精度,只有全面掌握相关资料,如场地勘察报告,施工记录等进行综合分析及计算.3.2 浅部
10、缺陷识别问题低应变动测在桩顶施加的力,敲击桩项时为点击引起质点振动形成波动传播,在桩头附近可近似认为半球面波,远离桩头后近似为平面波.由于检波器接收的是平面波,在桩头附近就会存在测试“盲区 “,如果“盲区“范围内存在缺陷,我们很难分辨出来,所以说桩身浅部缺陷的识别是低应变中另一难点问题.对于浅缺陷的识别,须考虑采取不同频率的激振力棒,提高激振脉冲波频率可以提高分辨率.力棒可保证弹性波的垂直传播,减少浅部折射损失.在敲击时,敲击位置尽量靠近检波器,便于拾取到垂直入射波,提高灵敏度,采用不同频率敲击,可以有效地识别浅部缺陷.现场实际检测中,用此方法效果良好.3.3 半钢筋笼底部反射问题在软土地区普
11、遍采用半钢筋笼的灌注桩,此桩形虽已应用多年,但仍存在半钢筋笼底部与素混凝土交界面处的质量问题.对这种桩的检测常常由于半钢筋笼底部可能出现的二次反射和桩底反射叠加在一起,难于区分,而不能准确判断桩身质量.3.4 缺陷曲线识别问题缩径,夹泥,蜂窝和孔洞等缺陷从理论上来讲都引起波阻抗减小,在时程曲线上均表现为同相反射.由于低应变动测单条曲线的先天不足,笔者认为从实测曲线中是无法将它们分辨出来的,在实际解释中只能归结为缩径类缺陷.有些检测结果中明确提出夹泥,蜂窝或孔洞等缺陷是没有可靠依据的如能进行频谱分析,建立各种缺陷状态的频率特征,向定量化发展,可以解决此类问题.参考文献【1】王建平,等.反射波法检测预制桩完整性的理论与实践J 】.地下空间,1999,19(5):420424.【2】基桩低应变动测规程 JGJ9393S.【3】刘利民.关于嵌岩桩桩端阻力计算的一些问题J 】_地下空间,1997.7(2):7075.黄志鹏.大直径人工挖孔桩深井岩基载荷试验及研究J 】.地下空间2001.21f51:578580.
