低应变反射波法在桩基检测中的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sntengwei
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:本文首先介绍了低应变反射波动进行桩基检测的基本原理,然后对常见的桩基质量问题和用低应变检测波法进行桩基间的的常见技术问题进行简要的总结。最后在此基础上,对于如何合理利用低应变反射波检测桩基展开详细的论述,主要包括测前的准备,检测的步骤与方法,测后数据的处理与桩基质量评定三个方面。同时也提醒工作人员在此操作过程中的注意事项,以期对于桩基检测有一定的理论和实践指导意义。
  关键词:低应变反射波法;桩基;检测;应用
  Low strain reflection wave method in the application of pile testing
  Chen KefengDing Yuntao
  Abstract: This paper describes the fluctuations in low-strain pile testing reflected the basic principles, then pile on the common quality problems and the use of low strain wave detection method common among the pile a brief summary of technical issues. Finally, on this basis, for the reasonable use of low strain reflected wave test pile to start the detailed discussion, including pre-test preparation, testing procedures and methods, data processing and post-test assessment of three aspects of the quality pile. Also reminded his staff in this operation precautions to pile testing for certain theoretical and practical significance.
  Key words: Low strain reflection wave method; Pile; Detection; Application
  
  
  建筑物的荷载是通过它下部的基础传递给地基的,所以地基和基础直接关系到建筑物的稳定性和安全性,是建筑物的根基。研究表明,地基和基础结构的质量问题是造成建筑物事故的重要原因之一,由此地基的重要性可见一斑。随着我国建设事业的发展,浅基础已不能满足建筑物对地基的要求,桩基础得到越来越广泛的应用。但是桩基是一种地下的比较隐蔽的工程,地下的情况又是复杂多变,桩基的质量经常不能控制,因此桩基质量检测技术就显得尤为重要,而反射波法作为桩基质量检测方法的一种,由于其操作方便,测试速度快,判断相对准确,费用低廉而被广泛应用。本文就低应变反射波在桩基检测中的研究展开一系列论述,这将对桩基检测工程起到一定得理论和实践指导意义。
  一、反射波法的基本原理
  1、检测原理
  采用低应变反射波法来检测基桩的基本原理就是通过在桩的顶部进行竖向激振,产生的弹性波就会沿着桩向下传播,当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面面积变化(如缩径或扩径)部位,就会产生反射波。[1]通过桩顶的传感器接受反射波,然后经过放大和滤波和一系列的数据处理,可以识别来自桩身不同部位的反射信息,根据计算桩身波速,从而判断桩身完整性及估计混泥土的强度等级,并校核桩的实际长度。
  2、检测方法
  首先是传感器的选择,优质的传感器一般包括以下特点,即灵敏度高、分辨率高、宽频带。我们建议采用的是美国的PDI公司生产的桩身完整性检测仪和加速传感器。此款加速传感器能达到灵敏度60mv/g、分辨率0. 002g,宽频带(共振频率为40KH z),这样就能够顺利的检测到比较深处得桩身质量问题,还能得到桩底极其微弱的反射波信号[2]。
  其次其检测的数学理论公式如下所示:
  (1)应力波在混凝土中的传播速度为:
  
  C——应力波在桩身的传播速度;
  E——混凝土的彈性模量;
  ——混凝土的密度。
  通常情况, 混凝土的波速在3 000m/ s~4 500m/s 之间。
  (2)定义桩阻抗为:
  
  A ——桩身的截面积
  从此公式可以看出,阻抗Z 与桩身截面积及混凝土的强度有关。
  2、当应力波V 从阻抗Z1 介质进入阻抗Z2 介质, 会产生反射波Vf和透射Vt;通过此公式就能计算缺陷处反射波。
  Vf = V×[(Z1-Z2)/(Z1+Z2)]
  Vt = V×[2Z1/(Z1+Z2)]
  式中:V—桩顶入射波速
  Vf—桩身缺陷处反射波速
  Vt—桩身缺陷处透射波速
  Z1—正常桩身阻抗
  Z2—缺陷处桩身阻抗
  二、常见的桩基质量问题
  不管用何种方法检测桩基,都要了解桩基常见的质量的问题,以及该种问题的特点表征,从而在最短的时间内诊断桩基的质量状况,发现问题。,目前的桩基形式多种多样,本文就常见的集中桩基的质量问题展开简单的论述和总结,以期望引起相关工作者的注意。
  首先是沉管灌注桩,这种桩的质量不够稳定,所以施工发生故障的概率也相当的高。当锤击或振动过程的振动力向周围土体扩散,沉管周围的土体以垂直振动为主,而一定距离后的土层水平振动大于垂直振动,再加上侧向挤土作用,极易振断初凝的邻桩,软硬土层交界处尤为严重。当拔管速度过快时,在淤泥层容易产生缩颈。当地下存在承压水层时,特别是承压水的砂层上有粘土层,由于粘土层的透水性较差,在水的压力下,就容易出现冒水的现象,这种冒水桩显然极易演变成断裂桩。值得注意的是钢筋笼在填埋的时候高度控制的不准确也是桩基产生问题的一大隐患。
  其次是钻孔灌注桩,这是一种排土桩。也就是说在施工的过程中,要求把钻孔的土排掉,才能放钢筋笼,然后浇灌混凝土。这种桩常见的质量问题主要有以下几个方面。由于钻孔桩的特殊要求,如果在施工过程由于某些原因不得停止下来的时候就会在隔水层形成硬壳,这时候工程进行不下去,就要播出导管,就会形成断桩。如果桩的口径太小的时候,就会造成混凝土上升不通畅,直接结果就是造成钢筋笼上浮,产生断桩。最后一个常见的问题就是导管处漏水,也会产生断桩问题。
  最后是人工挖孔桩,这种桩在地下水比较丰富的地区用人工挖孔灌注桩的,常见的质量问题有:一是易受地下水的影响,当地下水渗透的严重时,由于土壁土壁崩塌,土体失去平衡,极易造成塌方。挖孔时如果边挖边抽水,地下水位下降时,护壁易受到下沉土层产生的负摩擦作用,使护壁受到拉力,产生环向裂缝,护壁所受的周围土压力不均匀时,又将产生弯矩和剪力作用,易引起垂直裂缝。而桩制作完毕,护壁和桩身混凝土结位一体,护壁是桩身的一部分,护壁裂缝破损或错位必将影响桩身质量和侧阻力的发挥。另外两种常见的问题就是当孔较深时,如果又没有采用导管灌注混凝土,混凝土从高处自由下落的时候就容易产生析出。当孔底水不易抽干或未抽干的时候灌注混凝土,桩尖混凝土会被稀释,从而降低了桩端承载力。
  三、目前反射波法存在的技术问题
  一般而言,利用反射波法可以诊断出上述桩基中的存在的问题,但是就反射波法而言,它本身也不是万能的,也存在在以些技术上的问题,正是这些问题影响我们对于桩基的判断,所以了解目前反射波法存在的技术问题是必不可少的,也是至关重要的。
  1、客观因素导致的技术问题
  第一个问题是搞清楚激振波是横波还是纵波。目前,基桩检测人员是用缺陷反射波到时减激振波到时的差值的一半,乘以桩身的平均纵波速度所得的深度来计算缺陷反射界面的深度。然而实际上是计算出来的深度比实际的深度要小的多。造成这种结果的原因就是没有弄清楚激振波是横波还是纵波。所以,确定激振波的性质是首要的问题,因为只有正确的确定激振波的性质才能确定反射界面的地点,才谈得上确定反射界面的深度。
  第二个问题是如何解决和正确的识别桩顶横波干扰问题。在用反射波法去检测基桩的过程中,经常会出现桩顶的横波干扰问题。遗憾的是有些检测人员并不清楚这一技术问题,这样就直接把干扰的横波当成了桩身缺陷产生的反射波来对待,由于桩身的缺陷产生的波是纵波,这样就出现了错误的判断。另外一种情况是桩顶部的横波和从桩身传播过来的纵波由于周期相差的很少,这样就导致难以发现,出现误读。所以只有工作人员认识到这一技术问题,才能正确的识别和消除桩顶部的横波干扰。
  第三是各类缺陷反射波的具体特征是和施工的自然环境息息相关的,工作人员要了解场地的地质、水文、施工的技术以及养护等问题。因为只有对于这些基础问题有了一定的了解,才能根据测得的数据分析出正确的结果,做出正确的判断。同时,通过猜想要验证的处理,更能够增加判断的准确性。
  2、主观因素导致的技术问题
  主观因素主要是测试人员的判断经验和判断能力迥异。 在动力试桩的波形判读和资料分析比较困难的情况下,如果没有对动测法很熟悉并有一定理论基础和实践经验的专业人员来分析,就可能出现这样或那样的错误,导致不正确的分析结果,甚至出现误判。由此可见,在具备先进仪器的时候,提高检测人员的理论和实践水平也是至关重要的。
  四、检测的一般过程
  通过上面的论述,可以了解反射波法检测桩基的一般原理、桩基常见的质量问题以及技术难题。在此基础上,就如何运用反射波法进行桩基检测,本文分测前、测中、测后三个阶段依次论述具体的步骤以及需要注意的问题。
  1、测前准备工作
  就桩基检测这项工作而言,不管仪器有多么的精准,都要使结果与测试人员的判断结合在一起,与现场的复杂多样的具体情况结合在一起。所以在测前需要做好充分的准备工作。具体而言首先是了解场地的工程地质条件,场地的土层分布状况,要求检测人员拿出场地的地质勘察报告,桩基基桩的施工情况,成桩之后的维护和保养等等。
  2、检测具体步骤
  采用低应变反射波法检测桩基的具体步骤如下:
  (1)桩头处理
  由于浮浆层与下部正常混凝土粘结不良,所以会形成一个不连续的界面,如果清理桩头的工作做的不彻底,当敲击桩头产生反射波在这个界面上就会受到影响,影响应力波向下传播,这样就会直接影响桩基下部信息的反馈。
  注意激振点的平面大致与桩身垂直最好。同时激振点尽量远离钢筋笼,这样做的目的是减少钢筋笼对测试信号产生的影响。
  (2)安置传感器
  实心桩的激振点宜选择在桩头中心部位,传感器应粘结在距桩中心约三分之二半径处。为了得出精确地结果,可选择多个测试点进行测试。适当调整传感器的位置。另外传感器应当尽量安装牢固,可以用胶状物体粘结固定,尽量减少由于传感器的震动引发的干扰。最后是调节仪器,选择适合的参数。
  (3)锤击产生激振波
  反射波法采用瞬态激振,要在桩顶形成一个理想点震源,其信号主频与桩的纵波速度成正比,而与锤的质量平方成反比。因此,对于短桩或浅部桩身质量检测,宜用重量较小的锤,而对于长桩桩顶部信号的测试,宜用重量较大的锤。另外力锤的材料不同,也会对脉冲宽度产生影响。只有选择合适的材料,合适的重量力锤,才能获得满意的能量激振波。测试人员选择一致性较好的波形进行存储。
  ①数据传输和存储
  将数据传输至计算机,对记录曲线进行分析、计算,并评价桩身质量。
  3、测后数据处理与分析
  (1)分析计算方法
  当用小锤敲击桩顶时,一部分应力波传向顶部,另一部分应力波产生透射向下传播至桩端,在桩端处又产生反射。由安装在桩顶的加速度或速度传感器,接收反射波信号,并由测桩仪进行信号放大等处理后,得到加速度时程曲线。从曲线形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长,由平均波速大小估计混凝土的强度等级。混凝土的速度及桩身缺陷的深度可按下列公式计算[3]:
  
  式中:L——测点下桩长,m;
  △T——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差;
  △t——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差;
  Cm——桩身波速的平均值,m/s。
  (2)桩身质量评定
  桩身质量评定根据《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93-95的有关规定,对桩身的完整性和缺陷桩都要做出评价。两者都要从反射波的形状规则和波速、桩底反射是否明显等方面去说明。
  五、注意事项提示
  我们在研究和实践的过程中发现低应变发射波法也存在着很多问题,亟待解决,在此做以下说明。
  1、充分考虑实际情况
  再精确的技术也会受到实际工作情况的制约,这时候就要求工作人员要充分发挥主观能动性,了解施工现场的实际情况。例如利用波速评价混凝土强度的问题, 两者虽然具有一定的相关性,但是混凝土中的颗粒直径以及地质水文条件等状况都会对反射波产生干扰。所以在通过波速估测混凝土强度的时候一定要考虑到这些因素的影响,从而不断的总结完善,得出最准确真实的结果。尽管如此, 但在同一场地下各种因素基本相近, 波速还是相对稳定的, 确定短桩、混凝土强度及桩身缺陷位置时仍然是可信的。由于桩基缺陷的判定受地质情况的影响非常大, 这就给检测的评定带来难度, 所以检测前应该详细查看工程地质资料, 以便能更准确的判定结果。由于这些问题的困扰,本文认为最好是首先采用低应变法进行普查,了解概况,然后对发现有问题的桩利用高应变或静载进行承载力方面的检测, 这样才能更准确的检测工程桩基, 保证国家建设的工程质量。
  2、正确认识激振波
  用反射波法检测桩基是将传感器固定在垂直于桩顶的平面上。感应器的电磁感应圈只能在位于垂直于桩顶的平面方向上运动,同时切割磁力线。从而才形成的反射波法检测曲线中的激振波和反射波的振动曲线。此时与桩顶面方向垂直的激振波会形成以激振点为中心的半球面波面,也就是说横波沿着桩的半径震动传播,从而形成反射波曲线中得激振波曲线。所以反射波检测中的激振波曲线只能是横波。
  六、结语
  工程实践证明, 低应变反射波法是检测工程桩基完整性及评定混凝土强度的一种行之有效的方法, 它能对大量的工程桩基总体质量及时做出定性分析, 并给出基本准确的结果, 从而保证工程质量。但是不管何种方法都无法完全应对各种复杂的状况,低应变反射波法在桩基检测中还有很大的发展空间,有待工作者得进步一研究与开发。
  参考文献
  1、程瑞新.低应变反射波法基桩检测的理论研究与应用[D].中南大学:2009年3月.
  2、王鐵兵,王成竹.低应变反射波法在锦沈高速公路 桥梁桩基检测中的应用[J].东北公路,1999(3):80.
  3、肖家友,凡友华,邓统辉.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].山西建筑,2007(8):1.
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
  
  
其他文献
摘要:建筑工程技术专业教学资源库建设项目以建筑工程施工现场的施工员、质量员、安全员等岗位为出发点,从职业岗位的现状和发展趋势入手,开展职业岗位的职责、任务、工作过程的调研和分析,通过确定典型工作任务,归纳行动领域,并将其转换成学习领域,从而系统架构起基于工作过程的新课程体系,实现了教学项目与施工项目的一致性,学生在校学习内容与实际工作内容的一致性。  关键词:典型工作任务;行动导向;施工过程导向 
期刊
摘 要:高中学生经过一段时间的化学学习后,已具有同化高中化学新知识的认知结构。并且,从初三化学知识到高一化学必修知识之间、化学必修知识与选修知识之间都存在着密切的逻辑意义。教师可利用这两个有利因素,有效地激发学生同化新知识的内驱力,指导学生运用上位学习、下位学习、并列结合学习的方法主动学习高中化学知识。  关键词:认知结构同化论 上位学习 下位学习 并列结合学习    一、认知结构同化论    认
摘 要: 多媒体教学已成为教学改革的必然趋势,使用多媒体可以提高教学效率,使得教学更形象与直观,增强学生学习的积极性。但也存在对多媒体教学态度不明确,技术使用不成熟,未能与课程实现有效整合等现象。需要从树立正确的媒体观、提高教师信息素养、 加强师生间的沟通与交流等方面去解决。  关键词: 多媒体 教学 误区 策略    随着信息技术时代的到来,多媒体教学已成为教学改革的必然趋势。多媒体教学是指借助
摘要:中煤三建三十三工程处是一个劳务技术输出型的建设施工单位,长期在外施工,人员分散,队伍成分复杂,素质参差不齐。如何带好、管好队伍是项目部的一个难题,也是党组织的一项重要任务。  关键词:工程项目部;建设;党员   Project of the Party Construction in shaping the vanguard party image and service of produc
期刊
目的探讨血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)在子宫内膜腺癌中表达及临床意义。方法萎缩性正常子宫内膜患者1
螺杆式空气压缩机,通过缩小工作容积对气体进行压缩,是一种高速回转的容积式压缩机。本文通过论述螺杆式空压机运行原理,分析螺杆式空压机长期高温容易导致的运行故障,并逐项提出
期刊
摘 要:本文阐述了信息技术与学科课程整合的涵义,指出目前信息技术与其他学科的整合还存在许多误区,提出了对信息技术与学科整合的建议。  关键词:信息技术 学科课程整合 涵义 误区 建议    “信息技术与学科课程整合”是当今社会我们教师面临的一个新课题。经过近几年来的努力,这项改革取得了一定的成效,在探索的过程中,很多一线教师形成了自己独特的见解。作为一名信息技术教师,我在此谈谈自己的理解。    
摘要:市政道路工程建设的质量与否直接关系着城市政府形象,它不但反映出一个城市的建设和管理水平,更是人们了解这座城市的窗口。因此,加强和改善市政道路工程建设,提高质量、安全、进度管理水平十分必要。本文从施工、监理、建设(业主)三方面对市政道路工程建设实施阶段的施工质量管理进行了探讨,提出了一些措施和建议。  关键字:市政道路工程;建设;质量;措施  Some Thoughts on the qual
期刊
摘 要:《电子技术基础》是电子电工专业的重要课程。笔者阐述了现代化教学手段的基本内涵,提出了电子电工课程与信息技术整合的方案。在实际教学中,整合已有初步成果。  关键词:信息技术 电子电工课程 整合 成果    《電子技术基础》是电子电工专业的重要课程,主要分析各种常用电路的组成、工作原理和有关电量的计算,具有复杂性、抽象性和实验性等特点。在教学过程中,教师需引导学生熟悉各种电路的组成,分析一些具
摘 要:本文以简洁流畅的语言,清晰形象地阐述了“任务驱动,强化实践”高中信息技术这一新兴学科的机房教学新模式,归纳出机房教学流程图;结合实践总结出了该教学模式在高中信息技术机房教学中的优势和运用该教学模式的注意事项。在高中信息技术机房教学模式的研究上是一种创新,在新兴的高中信息技术这一必修课的机房教学领域具有广泛应用价值和推广价值。  关键词:任务驱动 强化实践 遗忘    1. 高中信息技术教育