浅析低应变法在端承桩检测中的应用

[摘要] 根据低应变法测桩工作原理,结合工程实践探讨了低应变反射波法在端承桩桩质量检测中的适用性。 毕业论文网 [关键词] 低应变法,桩基检测,端承桩 中图分类号:TU473.1+6 文献标识码:A文章编号: [Abstract] According to the low strain
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  [摘要] 根据低应变法测桩工作原理,结合工程实践探讨了低应变反射波法在端承桩桩质量检测中的适用性。
毕业论文
  [关键词] 低应变法,桩基检测,端承桩
  中图分类号:TU473.1+6 文献标识码:A文章编号:
  
  [Abstract] According to the low strain gauge pile working principle, combined with the engineering practice discusses low strain reflected wave method in the end cap pile the applicability of quality inspection.
  [Key Words] low strain gauge, pile foundation inspection, end of pile cap
  1、前言
   随着我国基础设施建设的发展,桥梁工程越来越多,相应的桥梁结构物采用桩基础的形式已十分普遍,而端承桩也越来越广泛应用在桩基础工程中。目前,基桩常用的检测方法有静载荷试验、钻芯法、高应变法、低应变法、声波透射法。为确保上部建筑物的安全,必须对成桩质量的可靠性进行评价,使得桩基检测技术的地位更加重要。低应变法具有测试成本低、检测速度快、适用性强等优点,在我国桩基检测中得到较为普遍的应用。
  2、检测原理
   低应变使用方法有较严格的使用前提,即桩的长径比宜大于5,桩体强度必须满足一定要求,桩身波阻抗远大于桩周土的波阻抗,应力波才能沿桩身正常传播,从而获得清晰的反射波信号。其原理是将桩体视为一维弹性杆件和桩身材料是各向同性的,当桩的一端受到瞬态脉冲力作用时,就会产生应力和应力波(弹性波)。应力波在均匀的、各向同性的介质中传播,若遇到不同的波Z ( Z =ρCA ) 变化的界面,就会发生透射波和反射波。用传感器在桩顶采集反射波,根据反射波的速度、振幅等参数以及波形特征就能定性地判断反射界面以下介质的情况。
  透射波Rt = 2 Z1/(Z1 + Z2)
  反射波Rr =(Z1 - Z2)/(Z1 + Z2)
  式中Z1 ――波阻抗变化界面上部桩体波阻抗;
   Z2 ――波阻抗变化界面下部桩体波阻抗。
  (1) 桩体无波阻抗变化,即Z1 = Z2 , Rr = 0 ,桩体中无反射波,只有透射波。
  ①当桩体为嵌岩桩,即桩端进入基岩,基岩波阻抗大于桩体波阻抗,则整桩反射波与入射波反相位。
  ②当桩体为摩擦桩,即桩端未进入基岩,桩端土波阻抗小于桩体波阻抗,则整桩反射波与入射波同相位。
  (2) 桩体遇到波阻抗变化时,有两种情况。
  ①Z1 > Z2 ,即桩体上部波阻抗比下部大,则Rr >0 ,反射波与入射波同相位,这说明桩体中有缩径、离析、夹泥、空洞等现象。
  ②Z1 < Z2 ,即桩体上部波阻抗比下部小,则Rr < 0 ,反射波与入射波反相位,这说明桩体中有扩径等现象。
  (3) 当桩体中出现断裂时,应力波在断裂处被阻隔,不会继续向下传播,应力波在断裂处产生反射波,反射波与入射波同相位。
  注:上述当中桩体波阻抗变化的界面,即缺陷的深度。
  3、现场测试注意事项
  (1) 测试前要收集桩工程概况、桩基施工记录和场地地质资料。
  (2) 被测桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分,并露出坚硬的混凝土表面。桩头表面应平整干净且无积水,桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平,妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。
  (3) 要选择合适的激振设备、传感器、激振部位以及传感器的安装方法和激振能量。
  (4) 传感器安装要牢固,选择合适的耦合物如黄油、橡皮泥、牙膏等。
  (5) 每根被检测桩要进行多次以上重复测试及选择不同的激振部位,以保证采集曲线的准确性和普遍性,并应在现场比较几组信号,是否具有相似性一致性,若有差别应查明原因。
  (6)测试参数应设定正确,如记录的时间段长度、桩长及桩身截面积、采样率等。
  4、工程实例分析
   对X工程的几座桥梁基础的桩基础进行低应变法检测,测试中我们采用武汉沿海所生产的仪器。在以下所测的端承桩波形中。
   如图(1)所示:某桥8-8号桩在桩底位置凸现了类似于扩孔的的现象,这是嵌岩效果良好的表现。
  
  
  
   图(1)
   如图(2)所示:某桥55-9号桩的端承桩,在桩的底部位置呈现了一个同相位的反射,而后又呈现了一个类似嵌岩反相位反射,初步判断为该桩为没嵌岩或者持力层破碎。经钻芯法检测验证,其桩为没嵌岩。
  
   图(2)
  
  
  
   此图为钻芯法检测后其桩底情况,可清晰的看到其桩底置于泥层上。与端承桩所要求的必须进入弱风化2-3倍桩径的要求不符。
   如图(3)所示:某桥3-1号桩的端承桩,在桩底部位置呈现了同相位的反射,其峰值约为首峰的3/5,初步判断为该桩的桩底沉渣较厚或者桩底离析。经钻芯法检测验证,该桩桩底处沉渣过厚。
  
   图(3)
  
  
  
   此图为该桩的桩底处的局部图,可见其桩底呈碎石状,沉渣过厚,达到了200mm,远远超过了端承桩所要求的桩底沉渣不得超过50mm。
  5、几点认识
   综上所述,低应变反射波法检测的实测波形在端承桩的桩底反射颇为复杂,应该深刻认识检测的原理结合现场实际地质和施工过程的情况具体分析。总结如下几点:
   1、对于嵌岩良好的端承桩的桩底反射相位应与入射波反相。即在桩底处有一个类似的扩孔信号。
   2、当端承桩入岩反射出现较强的类似二次桩底反射(即波形首先有个桩底反射而后马上出现嵌岩反射)该情况引起的原因较复杂,为了工程的安全着想,宜采用钻芯法检测来验证。
   3、当端承桩的桩底反射相位与入射波同向时,应根据其桩底反射波峰的高低结合设计与施工记录等资料来判断是否采取进一步的其他检测方法检测,以验证其嵌岩情况。
  参考文献
   [1]JGJ 106―2003,建筑基桩检测技术规范。北京:中国建筑工业出版社,2003。
   [2] TB 10218―2008,铁路工程基桩检测技术规程。北京:中国铁道出版社,2009。
   [3]刘兴录。桩基工程与动测技术200问。北京:中国建筑工业出版社,2000。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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