低應(yīng)變法檢測樁身完整性研究

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1、低應(yīng)變法檢測樁身完整性研究　　摘要：樁基工程屬于隱蔽工程，由于施工方法的特點(diǎn)和地質(zhì)條件的復(fù)雜性使成樁質(zhì)量往往難以控制。本文通過對(duì)低應(yīng)變反射波法的理論介紹，結(jié)合在鉆孔灌注樁完整性檢測中的應(yīng)用實(shí)例，闡述了低應(yīng)變反射波法在控制基樁質(zhì)量、消除安全隱患方面所起的重要作用。關(guān)鍵詞：低應(yīng)變反射波法鉆孔灌注樁完整性中圖分類號(hào)：U443.15+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：隨著我國城市建設(shè)以及城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，鉆孔灌注樁得到越來越廣泛的應(yīng)用。如何控制好樁身質(zhì)量，保證上部結(jié)構(gòu)的安全，成為建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、勘察、監(jiān)理各方以

2、及建設(shè)行政主管部門共同關(guān)注的焦點(diǎn)。低應(yīng)變反射波法以其快速、便捷、經(jīng)濟(jì)、易于操作，且對(duì)施工不造成任何影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于樁身完整性檢測中。1低應(yīng)變反射波法基本原理9低應(yīng)變反射波法檢測樁身完整性的基本原理是：通過在樁頂施加豎向激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波脈沖，該應(yīng)力波沿樁身向下傳播過程中，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等）或樁身截面積發(fā)生變化（如縮頸或擴(kuò)徑）時(shí)，將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收、放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來自樁身不同部位的反射信息。通過對(duì)反射信息進(jìn)行分析計(jì)算，判斷樁身的完整性，判定樁身

3、缺陷的程度和位置?；纠碚摓橐痪S波動(dòng)方程。假設(shè)樁為一等截面、勻質(zhì)、各向同性的彈性桿件，當(dāng)橫截面積為A，楊氏模量為E，質(zhì)量密度為ρ的勻質(zhì)彈性體樁受到一縱向錘擊力時(shí)，由平衡關(guān)系及虎克定律可得樁的縱向運(yùn)動(dòng)微分方程：其中：式中：c為沿樁身傳播的縱波波速；E為楊氏彈性模量；ρ為質(zhì)量密度。當(dāng)波沿樁身傳播遇到阻抗發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射與透射，據(jù)應(yīng)力波理論和牛頓第三定律可得：據(jù)波陣面上動(dòng)量守恒條件有：式中U、σ分別表示應(yīng)力波波速和應(yīng)力，下標(biāo)I、R和T分別表示入射、反射和透射。由上述可得：式中ρcA為廣義波阻抗，F(xiàn)為反射系數(shù)

4、，T為透射系數(shù)。根據(jù)反射系數(shù)F的正負(fù)可以判斷樁身缺陷性質(zhì)：①F＞0時(shí)，反射波與入射波同相，若ρ1c1=ρ2c2，則A2＜A1，表明樁身縮頸；②F＞0時(shí)，反射波與入射波同相，若A1=A2，則ρ2c2＜ρ1c1，表明樁身斷裂、離析或?yàn)闃兜祝?③F＜0時(shí)，反射波與入射波反相，若ρ1c1=ρ2c2，則A2＞A1，表明樁身擴(kuò)徑；④F＜0時(shí)，反射波與入射波反相，若A1=A2，則ρ2c2＞ρ1c1，表明界面下介質(zhì)強(qiáng)度大于界面上介質(zhì)強(qiáng)度。當(dāng)已知波速的情況下，根據(jù)實(shí)測波形的反射波的到達(dá)時(shí)間可以計(jì)算樁長或缺陷位置，其數(shù)學(xué)表達(dá)式

5、如下：L=c×ΔT/22低應(yīng)變反射波法檢測樁身完整性步驟低應(yīng)變反射波法檢測基樁完整性的基本步驟：工前準(zhǔn)備、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)數(shù)據(jù)處理分析。2.1工前準(zhǔn)備階段2.1.1出工前準(zhǔn)備（1）搜集被檢工程地質(zhì)資料、基樁設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄、監(jiān)理日志等相關(guān)技術(shù)資料，了解施工工藝及施工過程中出現(xiàn)的異常情況；（2）對(duì)儀器設(shè)備檢查調(diào)試。檢測用儀器必須在計(jì)量檢定周期的有效期內(nèi)，并具有良好的波形現(xiàn)場顯示、記錄和貯存功能，確認(rèn)儀器工作正常，配備與之匹配的傳感器；（3）根據(jù)樁型和檢測目的，選擇不同材質(zhì)和質(zhì)量的力錘或力棒，以獲得所需的激

6、振頻率和能量；（4）準(zhǔn)備安裝傳感器的石膏、黃油、橡皮泥、凡士林等耦合劑，保證粘結(jié)牢固。92.1.2現(xiàn)場準(zhǔn)備工作被檢樁頂面條件的好壞直接影響著測試信號(hào)的質(zhì)量和對(duì)樁身完整性判定的準(zhǔn)確性，因此，要求被檢樁頂面的混凝土質(zhì)量、截面尺寸應(yīng)與樁身設(shè)計(jì)條件的基本相同。當(dāng)受檢樁混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不小于15MPa時(shí)，進(jìn)行試樁基坑的開挖，鑿除樁頂部浮漿至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁頭頂面處理應(yīng)平整，露出堅(jiān)硬混凝土面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無積水，將激振點(diǎn)和響應(yīng)測量傳感器安裝點(diǎn)部位用角磨機(jī)磨平，妨礙正常測試的樁頂外露主筋應(yīng)割

7、掉。2.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程數(shù)據(jù)采集過程是對(duì)受檢樁完整性信息的提取過程。一般可分為樁身激振、傳感器信號(hào)接收和儀器數(shù)據(jù)存貯三個(gè)步驟，其現(xiàn)場工作原理如圖1所示。經(jīng)大量實(shí)踐及理論分析表明，測量傳感器安裝位置宜為距樁中心2/3半徑處（該處波的干擾最?。⑴c樁頂面垂直，用耦合劑緊密粘牢，粘結(jié)層盡可能?。患ふ顸c(diǎn)位置宜選擇在樁中心，激振方向應(yīng)沿樁軸線方向。圖1低應(yīng)變反射波法現(xiàn)場采集系統(tǒng)工作原理示意圖2.3數(shù)據(jù)分析處理9數(shù)據(jù)的分析處理過程是對(duì)所采集原始數(shù)據(jù)利用信號(hào)分析得到更多的有用信息。檢測儀器只能對(duì)所采集信號(hào)有個(gè)大體概念

8、，保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。一般情況下，將原始采集數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，利用相應(yīng)的分析軟件，通過指數(shù)放大、數(shù)字濾波等多項(xiàng)后期信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析、處理。結(jié)合設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝、地質(zhì)資料、施工記錄等綜合判別樁身完整性。3工程檢測實(shí)例分析3.1完整樁施工質(zhì)量優(yōu)良的完整樁的低應(yīng)變反射波法檢測曲線：波形規(guī)則，有樁底反射波。1#樁樁長35.0m，樁徑1.0m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C40，低應(yīng)變反射波法檢測曲線（圖2）：樁底反射波