淺談樁基低應(yīng)變動(dòng)測(cè)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用論文
摘要：簡(jiǎn)要介紹低應(yīng)變樁基檢測(cè)中的技巧，對(duì)缺陷樁的判斷以及對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)的建議
關(guān)鍵詞：樁基低應(yīng)變；動(dòng)測(cè)；激振力；應(yīng)變波；反射波；缺陷樁
前言
混凝土鉆孔灌注樁是橋梁基礎(chǔ)工程常用的形式之一，樁能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降。多年工程實(shí)踐證明，鉆孔灌注樁是極為有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式之一。但由于鉆孔灌注樁是在地下或水下成孔、灌注混凝土，加之成孔方法各異、地質(zhì)條件的變化、混凝土澆注時(shí)間長(zhǎng)短不等各因素影響，鉆孔灌注樁極易出現(xiàn)缺陷。常見(jiàn)的缺陷有縮徑、擴(kuò)徑、短樁、斷樁（夾泥）、澆注的混凝土離析及樁頂部分混凝土密實(shí)性差等；嵌巖樁主要是由于清孔不徹底，孔底沉淀厚度超標(biāo)，降低樁基承載力。我們檢測(cè)的鉆孔灌注樁全部為摩擦樁，也存在不同程度的孔底沉淀回淤問(wèn)題，影響樁基承載力。雖然鉆孔灌注樁的施工工藝不斷改進(jìn)，但鉆孔灌注樁事故率仍達(dá)2%左右，為避免給工程留下隱患，高速公路樁基要求100%進(jìn)行檢測(cè)。
采用靜載試驗(yàn)方法對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)受力條件比較接近實(shí)際，直觀也易于被人們接受，但試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備苯重，試驗(yàn)費(fèi)用高，已不能滿足對(duì)大量樁基進(jìn)行檢測(cè)的需要。特別是一些大直徑長(zhǎng)樁，由于受試驗(yàn)場(chǎng)地限制和承載力大而無(wú)法進(jìn)行靜載試驗(yàn)，就是進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，也因怕影響樁基使用效果，加載時(shí)不可能達(dá)到極限荷載，工程樁的性能只能進(jìn)行估計(jì)，且該法易使工程樁受損傷，而采用快速、簡(jiǎn)便、價(jià)廉的低應(yīng)變檢測(cè)方法可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)大量檢測(cè)樁的需求。近年來(lái)我們使用荷蘭IFCO公司生產(chǎn)的IT-SYSTEM型低應(yīng)變測(cè)樁儀在高速公路上進(jìn)行了大量樁基檢測(cè)工作，下面僅就檢測(cè)中遇到的問(wèn)題談些粗淺看法。
樁基檢測(cè)技巧
樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)在我國(guó)已是普遍用于對(duì)工程實(shí)體樁基的施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判的成熟技術(shù)。采用動(dòng)測(cè)技術(shù)進(jìn)行樁基檢測(cè)對(duì)樁沒(méi)有任何破壞，故又稱為樁基無(wú)破損檢測(cè)技術(shù)。我們于1995年8月購(gòu)買一臺(tái)荷蘭IFCO公司生產(chǎn)的IT-SYSTEM型低應(yīng)變測(cè)樁儀，并聘請(qǐng)了有豐富測(cè)樁經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成檢測(cè)部，開(kāi)始承接樁基檢測(cè)任務(wù)，分別于1997年和1998年取得了河北省技術(shù)監(jiān)督局和河北省建設(shè)委員會(huì)頒發(fā)的計(jì)量認(rèn)證合格證書(shū)和資質(zhì)認(rèn)證合格證書(shū)。幾年來(lái)，我們分別在宣大高速公路、京秦高速公路、110國(guó)道等工程中共5000余棵樁進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)，積累了一些寶貴的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。
IT-SYSTEM型樁基檢測(cè)儀發(fā)射的反射波可以檢驗(yàn)樁身混凝土的完整性，推判樁基的缺陷類型和在樁身中的位置，對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行校核，對(duì)樁身混凝土的強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行估判。
IT-SYSTEM型樁基檢測(cè)儀是由測(cè)樁儀（包括計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器）、接收傳感器（亦稱檢波器）和力錘組成。反射波法是通過(guò)對(duì)樁頂施加豎向激振力，產(chǎn)生的彈性變形波沿樁身向下傳播，在樁底、斷樁或嚴(yán)重離析等部位存在明顯阻抗界面及樁身縮徑、擴(kuò)徑部位產(chǎn)生反射波。經(jīng)過(guò)檢測(cè)儀器接收、放大和數(shù)據(jù)處理，識(shí)別來(lái)自樁身不同部位的反射波信號(hào)，以此推判樁基完整性。檢測(cè)到的應(yīng)力波曲線為速度-時(shí)間關(guān)系曲線。時(shí)間、波速、樁長(zhǎng)之間的關(guān)系，由下式表示：△tb＝2L／Vp△tb—直達(dá)波與反射波時(shí)差；
L—樁長(zhǎng)；
Vp—應(yīng)力波在樁身中的`波速Vp＝√（E／）
E—混凝土楊氏彈性模量—混凝土密度當(dāng)樁身存在缺陷或斷樁時(shí)，各界面反射波曲線變得復(fù)雜，認(rèn)真分析波形并選出可靠的缺陷反射時(shí)間△tb，從而得到缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x：L′＝Vpm△tb／2 Vpm─同一工地內(nèi)多根己測(cè)合格樁樁身縱波速度的平均值；
L′─缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x。
在樁基檢測(cè)前，首先，應(yīng)收集有關(guān)樁基的一些設(shè)計(jì)施工資料，如工程地質(zhì)資料、樁基設(shè)計(jì)圖、施工原始記錄（鉆孔記錄、混凝土澆注記錄等）和樁位布置圖；其次，檢測(cè)前應(yīng)對(duì)所需進(jìn)行檢測(cè)的單樁做好測(cè)前處理，施工單位一定要將樁頭泥漿及夾帶泥漿的混凝土鑿除干凈；第三，檢查儀器設(shè)備是否正常。需要進(jìn)行檢測(cè)的樁頭半徑1／3以內(nèi)至少需要兩個(gè)干凈且堅(jiān)實(shí)的混凝土平面，其中一個(gè)用于檢測(cè)時(shí)粘貼傳感器，另一個(gè)用于錘擊。傳感器用黃油或橡膠泥粘牢。錘擊位置要盡可能靠近樁頭中心部位，并與傳感器不要離的太遠(yuǎn)，錘擊處應(yīng)與傳感器粘貼處等高。錘擊力方向應(yīng)平行樁基軸心線。
錘擊能量大小對(duì)樁基檢測(cè)是非常重要的，對(duì)較長(zhǎng)、直徑較大的樁，由于樁土相互作用及樁混凝土的彈性影響，能量衰減很快，錘擊能量較小時(shí)，應(yīng)力波傳播距離較近，樁身深部即使有缺陷，也難以發(fā)現(xiàn)反映樁身缺陷的反射波，因此應(yīng)視樁長(zhǎng)區(qū)別施力，長(zhǎng)樁、大直徑的樁錘擊力應(yīng)大于較短樁和小直徑的樁。施力大小的由試驗(yàn)確定。
樁基完整性檢測(cè)精確程度主要是檢測(cè)儀器能接收到清晰的錘擊反射波信號(hào)，以便為準(zhǔn)確分析提供可靠數(shù)據(jù)。反射波信號(hào)的精確程度首先取決于檢測(cè)儀器，主要有接收傳感器量程范圍和動(dòng)態(tài)范圍以及靈敏度；傳感器的阻尼性良好程度；傳感器的頻率響應(yīng)范圍，一般應(yīng)在幾十至2khz之間；檢測(cè)儀器要有足夠的濾波放大能力；數(shù)據(jù)后處理手段先進(jìn)。清晰反射波信號(hào)我們是通過(guò)反復(fù)多次對(duì)被檢測(cè)樁頭進(jìn)行錘擊，細(xì)心采集重復(fù)性好，樁底的反射波信號(hào)清晰，存儲(chǔ)后進(jìn)行分析，以便得出正確判斷。
樁基檢測(cè)應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上，或灌注樁混凝土齡期達(dá)7天以上。施工單位為了要進(jìn)行下道工序施工的需要，往往要求檢測(cè)單位提早進(jìn)行檢測(cè)，這必然給樁基完整性的判斷增加難度。如遇到這種情況，需要采集更多一些反射波信號(hào)，從中找出能正確判斷該棵樁基完整性的波形信號(hào)。
2、缺陷樁的判斷
鉆孔灌注樁存在的缺陷按其性質(zhì)可分為兩類，一類是外部形狀較完整，混凝土的密度及反射波發(fā)生變化，即混凝土的彈性模量發(fā)生變化；另一類是樁身混凝土較均勻，樁身斷面發(fā)生變化。在樁基檢測(cè)中按樁基缺陷程度一般分為四類：一類樁樁身結(jié)構(gòu)完整，樁徑均勻，混凝土密實(shí)，反射波波形規(guī)整，上下幅值對(duì)稱，符合自由振動(dòng)指數(shù)衰減規(guī)律。頻譜曲線規(guī)則，主峰突出明顯，頻峰幅值是按一定規(guī)律衰減；二類樁樁身基本完整，樁徑略有變化（輕度縮徑），反射波波形欠規(guī)整，上下幅值基本對(duì)稱，近于自由振動(dòng)衰減規(guī)律。頻譜曲線基本規(guī)則，主峰較突出而明顯，頻峰幅值衰減雖有變化，但其他頻峰與主峰幅值相比較小；三類樁樁身完整性差，樁身局部斷裂，嚴(yán)重縮徑或混凝土嚴(yán)重離析，反射波波形不規(guī)整，上下幅值不對(duì)稱，波形曲線不按自由振動(dòng)衰減。頻譜曲線出現(xiàn)雙峰或多峰形，頻峰幅值不按規(guī)律衰減，主峰之后頻峰偏高，其峰值比大于0.65以上；四類樁樁身完整性極差，判斷為短樁、斷樁，反射波波形極不規(guī)整，上下幅值極不對(duì)稱，波形紊亂，不符合自由振動(dòng)衰減規(guī)律，頻譜曲線出現(xiàn)雙峰或多峰。頻譜曲線主峰不突出，其他頻峰不按規(guī)律衰減，而峰值有時(shí)與主峰相近，有時(shí)高于主峰。
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