淺談樁基低應變動測技術在公路工程中的應用

摘要：簡要介紹低應變樁基檢測中的技巧，對缺陷樁的判斷以及對判斷標準的建議

關鍵詞：樁基低應變；動測；激振力；應變波；反射波；缺陷樁

前言

混凝土鉆孔灌注樁是橋梁基礎工程常用的形式之一，樁能將橋梁上部結構的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎沉降和不均勻沉降。多年工程實踐證明，鉆孔灌注樁是極為有效、安全可靠的基礎形式之一。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、地質條件的變化、混凝土澆注時間長短不等各因素影響，鉆孔灌注樁極易出現(xiàn)缺陷。常見的缺陷有縮徑、擴徑、短樁、斷樁、澆注的混凝土離析及樁頂部分混凝土密實性差等；嵌巖樁主要是由于清孔不徹底，孔底沉淀厚度超標，降低樁基承載力。我們檢測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題，影響樁基承載力。雖然鉆孔灌注樁的施工工藝不斷改進，但鉆孔灌注樁事故率仍達2%左右，為避免給工程留下隱患，高速公路樁基要求100%進行檢測。

采用靜載試驗方法對樁基進行檢測受力條件比較接近實際，直觀也易于被人們接受，但試驗時間長，設備苯重，試驗費用高，已不能滿足對大量樁基進行檢測的需要。特別是一些大直徑長樁，由于受試驗場地限制和承載力大而無法進行靜載試驗，就是進行了靜載試驗，也因怕影響樁基使用效果，加載時不可能達到極限荷載，工程樁的性能只能進行估計，且該法易使工程樁受損傷，而采用快速、簡便、價廉的低應變檢測方法可以滿足施工現(xiàn)場大量檢測樁的需求。近年來我們使用荷蘭IFCO公司生產的IT-SYSTEM型低應變測樁儀在高速公路上進行了大量樁基檢測工作，下面僅就檢測中遇到的問題談些粗淺看法。

1、樁基檢測技巧

樁基動測技術在我國已是普遍用于對工程實體樁基的施工質量進行評判的成熟技術。采用動測技術進行樁基檢測對樁沒有任何破壞，故又稱為樁基無破損檢測技術。我們于1995年8月購買一臺荷蘭IFCO公司生產的IT-SYSTEM型低應變測樁儀，并聘請了有豐富測樁經驗的技術人員組成檢測部，開始承接樁基檢測任務，分別于1997年和1998年取得了河北省技術監(jiān)督局和河北省建設委員會頒發(fā)的計量認證合格證書和資質認證合格證書。幾年來，我們分別在宣大高速公路、京秦高速公路、110國道等工程中共5000余棵樁進行施工質量檢測，積累了一些寶貴的檢測經驗。

IT-SYSTEM型樁基檢測儀發(fā)射的反射波可以檢驗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，對樁長進行校核，對樁身混凝土的強度等級進行估判。

IT-SYSTEM型樁基檢測儀是由測樁儀、接收傳感器和力錘組成。反射波法是通過對樁頂施加豎向激振力，產生的彈性變形波沿樁身向下傳播，在樁底、斷樁或嚴重離析等部位存在明顯阻抗界面及樁身縮徑、擴徑部位產生反射波。經過檢測儀器接收、放大和數(shù)據(jù)處理，識別來自樁身不同部位的反射波信號，以此推判樁基完整性。檢測到的應力波曲線為速度-時間關系曲線。時間、波速、樁長之間的關系，由下式表示：△tb＝2L／Vp△tb—直達波與反射波時差；

L—樁長；

Vp—應力波在樁身中的波速Vp＝√

E—混凝土楊氏彈性模量ρ—混凝土密度當樁身存在缺陷或斷樁時，各界面反射波曲線變得復雜，認真分析波形并選出可靠的缺陷反射時間△tb，從而得到缺陷部位距樁頂?shù)木嚯x：L′＝Vpm△tb／2Vpm─同一工地內多根己測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。

在樁基檢測前，首先，應收集有關樁基的一些設計施工資料，如工程地質資料、樁基設計圖、施工原始記錄和樁位布置圖；其次，檢測前應對所需進行檢測的單樁做好測前處理，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，檢查儀器設備是否正常。需要進行檢測的樁頭半徑1／3以內至少需要兩個干凈且堅實的混凝土平面，其中一個用于檢測時粘貼傳感器，另一個用于錘擊。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，錘擊處應與傳感器粘貼處等高。錘擊力方向應平行樁基軸心線。

錘擊能量大小對樁基檢測是非常重要的，對較長、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，應力波傳播距離較近，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，因此應視樁長區(qū)別施力，長樁、大直徑的樁錘擊力應大于較短樁和小直徑的樁。施力大小的由試驗確定。

樁基完整性檢測精確程度主要是檢測儀器能接收到清晰的錘擊反射波信號，以便為準確分析提供可靠數(shù)據(jù)。反射波信號的精確程度首先取決于檢測儀器，主要有接收傳感器量程范圍和動態(tài)范圍以及靈敏度；傳感器的阻尼性良好程度；傳感器的頻率響應范圍，一般應在幾十至2khz之間；檢測儀器要有足夠的濾波放大能力；數(shù)據(jù)后處理手段先進。清晰反射波信號我們是通過反復多次對被檢測樁頭進行錘擊，細心采集重復性好，樁底的反射波信號清晰，存儲后進行分析，以便得出正確判斷。

樁基檢測應在混凝土強度達到80%以上，或灌注樁混凝土齡期達7天以上。施工單位為了要進行下道工序施工的需要，往往要求檢測單位提早進行檢測，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，從中找出能正確判斷該棵樁基完整性的波形信號。

2、缺陷樁的判斷

鉆孔灌注樁存在的缺陷按其性質可分為兩類，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。在樁基檢測中按樁基缺陷程度一般分為四類：一類樁樁身結構完整，樁徑均勻，混凝土密實，反射波波形規(guī)整，上下幅值對稱，符合自由振動指數(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，反射波波形欠規(guī)整，上下幅值基本對稱，近于自由振動衰減規(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，嚴重縮徑或混凝土嚴重離析，反射波波形不規(guī)整，上下幅值不對稱，波形曲線不按自由振動衰減。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，上下幅值極不對稱，波形紊亂，不符合自由振動衰減規(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，而峰值有時與主峰相近，有時高于主峰。　原作者：佚名