應(yīng)用低應(yīng)變反射波法動(dòng)力檢測(cè)樁的完整性

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一、概述 
    樁基礎(chǔ)是工程結(jié)構(gòu)中采用的主要基礎(chǔ)類型，目前約占全部工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的70%以上。由于它是地下隱蔽結(jié)構(gòu)物，在施工過程中極易出現(xiàn)各類缺陷，資料表明國(guó)外在現(xiàn)場(chǎng)灌注樁施工中樁身出現(xiàn)缺陷的概率約為15%~20%，國(guó)內(nèi)這一概率約為20%左右，故對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行全面質(zhì)量監(jiān)督十分必要。 
    低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)是本世紀(jì)80年代由美、日、加等國(guó)運(yùn)用地球物理勘探的縱波淺層反射法配合高分辨率的野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)電算處理技術(shù)，以電子檢測(cè)技術(shù)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)的一種新興的檢測(cè)方法。本文著重介紹以低應(yīng)變反射波法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)樁基礎(chǔ)的完整性。 
    二、基本原理 
    基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)反射波法的基本原理是在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等部位）或樁身截面面積變化（如縮徑或擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接受放大、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，據(jù)此計(jì)算樁身波速，以判斷樁身完整性及估計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)。還可根據(jù)視波速和樁底反射波到達(dá)時(shí)間對(duì)樁的實(shí)際長(zhǎng)度加以核對(duì)。 
    三、實(shí)際工程 
    3.1場(chǎng)地工程地質(zhì)條件 
    該場(chǎng)地為三門峽天元鋁業(yè)集團(tuán)公司10萬(wàn)噸電解鋁技改工程陽(yáng)極組裝車間，整個(gè)場(chǎng)地經(jīng)人工和機(jī)械平整較為平坦，根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，該場(chǎng)地土層共分為10個(gè)工程地質(zhì)層，其分布如下： 
    第1工程地質(zhì)層：人工回填土層、 
    第2工程地質(zhì)層：黃褐色粉質(zhì)粘土、 
    第3工程地質(zhì)層：卵石層 
    第4工程地質(zhì)層：褐黃色黃土狀粉土、 
    第5工程地質(zhì)層：褐黃色黃土、 
    第6工程地質(zhì)層：青灰色粉砂、 
    第7工程地質(zhì)層：卵石、 
    第8工程地質(zhì)層：褐黃色黃土狀粉土、 
    第9工程地質(zhì)層：卵石、 
    第10工程地質(zhì)層：紅色粉質(zhì)粘土。 
    3.2 基樁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)況 表1 

    樁 型 樁 徑 樁 長(zhǎng) 樁端持力層 混凝土強(qiáng)度等級(jí) 
    摩擦型鉆孔灌注樁 600 ~9米 第10工程地質(zhì)層：紅色粉質(zhì)粘土 C20 

    3.3基樁施工簡(jiǎn)況 
    該工程基樁施工時(shí)，在自然地面機(jī)械鉆孔泥漿護(hù)壁、清孔、下籠、澆筑。成樁之后，開挖至標(biāo)高，然后將樁頂浮漿鑿除，并清理干凈，再進(jìn)行測(cè)樁。 
    四、 檢測(cè)方法、檢測(cè)步驟 
    4.1本次檢測(cè)是由中國(guó)地震局地球物理勘探中心——鄭州基礎(chǔ)工程勘察研究院采用基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)反射波法完成的。 
    4.2檢測(cè)步驟如下： 
    1）清理整平樁頭； 
    2）調(diào)試儀器，選擇適當(dāng)參數(shù)； 
    3）將加速度傳感器垂直安放在樁頭的平整部位； 
    4）用小棰在樁頭選擇適當(dāng)?shù)哪芰考ふ瘢?nbsp;
    5）選取較為理想的波形曲線并存儲(chǔ)； 
    6）將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析、計(jì)算，并評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量。 
    五、檢測(cè)設(shè)備 
    本次檢測(cè)使用PIT-V型基樁動(dòng)測(cè)儀，該儀器采用的加速度型傳感器，橫向靈敏度低，只有錘擊到一個(gè)有效脈沖時(shí)，傳感器才會(huì)記錄一個(gè)信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)接收計(jì)算機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存。錘擊力量太大或太小都不產(chǎn)生能被記錄的脈沖。激振產(chǎn)生的波動(dòng)模式單一，只含縱波，可以得到清晰的底部反射。
    六、檢測(cè)結(jié)果的處理和判斷 
    6.1分析計(jì)算方法 
    將鋼筋混凝土樁視為一維彈性桿，當(dāng)樁頂受到一沖擊力后，其應(yīng)力以波動(dòng)形式在樁身中傳播，遇到波阻抗差異面后，產(chǎn)生反射波信號(hào)，通過分析，達(dá)到檢查傳身質(zhì)量的目的。 
    根據(jù)時(shí)域波形，比較入射波與反射波到達(dá)時(shí)刻及其振幅、相位、頻率等特征，進(jìn)行判析和計(jì)算。以完整樁的首次樁底反射時(shí)間Δt計(jì)算該樁的波速： 
    Vc=2L/Δt 
    式中：L：完整樁的樁長(zhǎng) 
    Δt ：完整樁樁底反射波的傳播時(shí)間 
    由該工程完整樁的平均波速Vc,計(jì)算缺陷的位置： 
    Li=1/2*Vc*Δt; 
    式中： 缺陷樁Li缺陷處反射波的傳播時(shí)間 
    6.2樁身質(zhì)量評(píng)定 
    根據(jù)《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》JGJ/T93-95的有關(guān)規(guī)定，低應(yīng)變檢測(cè)樁身質(zhì)量評(píng)定原則如下： 
    1）完整性：反射波波形規(guī)則，波速正常，樁底反射明顯，易于讀取反射波段到達(dá)時(shí)間，樁體介質(zhì)均勻，無(wú)缺陷存在。 
    2）缺陷樁：反射波到達(dá)時(shí)間小于樁底反射波到達(dá)時(shí)間；且波幅較大，往往出現(xiàn)多次反射；反射波波列復(fù)雜，波速較低，波幅減少頻率降低，難以觀測(cè)到樁底反射。 
    七、結(jié)語(yǔ) 
    該工程共施工214根機(jī)械鉆孔灌注樁，檢測(cè)214根基樁，其中：完整樁：131根，占檢測(cè)基樁總數(shù)的61%；一般樁：83根，占檢測(cè)基樁總數(shù)的39%；缺陷樁：無(wú)。樁長(zhǎng)均滿足設(shè)計(jì)要求，樁身質(zhì)量均合格。 
    應(yīng)用基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法檢測(cè)樁基礎(chǔ)的成樁質(zhì)量簡(jiǎn)變、快捷可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成大量而且復(fù)雜的的工作，是微波電子檢測(cè)技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在土建工程實(shí)際應(yīng)用取得良好效果的又一典范。值得在日后工程大力推廣應(yīng)用。