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1、低应变法检测技术在钻孔灌注桩上应用前言随着我国建筑事业的发展,各种大型结构物的修建也越来越多,相应的各种结构的基础采用桩基础的形式已十分普遍。桩基工程除因受岩土工程条件、基础与结构设计、桩土体系相互作用、施工以及专业技术水平和经验等关联因素的影响而具有复杂性外,桩的施工还具有高度的隐蔽性,发现质量问题难,事故处理更难。因此,桩基检测工作是整个桩基工程中不可缺少的环节,只有提高桩基检测工作的质量和检测评定结果的可靠性,才能真正地确保桩基工程的质量与安全。低应变检测桩身完整性的方法具有测试成本低、检测速度快及其适用性强等优点,在我国工程界桩基检测中得到了普遍应用。10低应变动测技术检测桩身完整性已
2、应用多年,国内外许多专家对基桩完整性检测技术做了大量研究,并取得较为成熟的技术经验。桩基低应变无损检测的方法较多!主要有机械阻抗法、应力波反射法、动力参数法、声波透射法等。目前,较为常用的仪器设备有荷兰生产的TNO仪器、美国PDI生产的PTI低应变桩身完整性检测仪及我国生产的RSM-24FD浮点动测仪、武汉岩海公司生产的RS-1616KS低应变桩身完整性检测仪等。本文主要是从理论结合工程实例,对RS-1616KS低应变桩身完整性检测仪在三亚某工地孔灌注桩上运用的进行分析和判别。1低应变发射法测桩的基本原理低应变动力测桩是采用低能量的瞬态或稳态激振,使桩在弹性范围内作低幅振动(应变量约为10-5
3、),利用振动和波动理论判断桩身缺陷。我国低应变动测桩法主要是应力波反射法,主要用来检测桩身完整性,检查钻孔灌注桩缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离析、沉渣,并核对桩长、推算砼强度。低应变动力测桩的理论根据是一维波动方程。在具体应用时将作出如下假定:①桩身是一根弹性杆件;②桩在纵向振动过程中,其横截面始终保持平面,并忽略桩的纵向变形,即同一截面上的各点仅在桩的轴向作相等的位移;③忽略了桩身内、外阻尼和桩周表面的摩擦力的影响。基于上述假定,在外力作用下,桩轴向位移是纵向坐标X和时间T两个变量的函数,可用一个二阶偏微分方程来描述:(1)式中:u为桩身轴向位移;,其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度,
4、一般来说,混凝土中的波速为3000～4300m/s;E为桩身弹性模量;ρ为桩身质量密度。10在应力波作用下,桩身产生运动,其质点的运动速度V取决于应力的大小和材料:(2)将(2)变换后乘以桩身面积A可得下式:(3)式中:Z―桩身的截面力学阻抗一维波动方程(1)的动力解为:(4)设弹性波从一种介质传播到另一种不同的介质,传播方向垂直于界面,当弹性波到达界面时,不论对于第1种介质还是第2种介质,都会引起一个扰动,分别向两种介质传播。传回第1种介质的波为反射波(BR),传入第2种介质的波叫透射波(BT),入射波为BI,见图1。在分界面处由力平衡及速度连续条件得:F1+FR=F(5)V1+VR=VT(
5、6)因此得:Z1V1-Z2VR=Z2VT(7)10K=Z1-Z2/Z1+Z2=(ρ1C1A1-ρ2C2A2)/(ρ1C1A1+ρ2C2A2)(8)式中:K―反射系数;ρ1C1A1―桩身混凝土广义波阻抗;ρ2C2A2―桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗;由(8)可知,在桩顶要接收到反射波,必须满足K≠0。对于完整桩来说,桩身中无波阻抗的差异,所接收到的反射波基本上是桩底反射来的;对于缺陷桩,即有桩身缺陷部分的波阻抗ρ2C2A2存在,K值可在0~±1范围内变化。这样就可以根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质:①K>0时,反射波与入射波同相,若ρ1C1=ρ2C2,则A2 ②K>0时,反射波与入射
6、波同相,若A1=A2,则ρ2C2ρ1C1,表明下界面强度大于上界面或嵌岩;④KA2,表明桩身扩径。波速和桩长的计算:应力波传播原理如图2所示:10由于反射信号的到时与产生反射的位置有关,在求得输入脉冲与反射脉冲的时间差后,在一定条件下可求得波速和桩长(或缺陷位置)。①假设已知确切的桩长,如果桩底反射波明显,则可由反射波的到达时间计算波速:C=2L/△T②如果桩长不是已知的,为了求缺陷位置或实际桩长,可假设波速为3500～4300m/s(对锤击,灌注桩取值应更小些),由反射波的到达时间计算反射位置,即:�L=△T•C/22现场检测现场检测的首要工作是对桩头表面作预处理。在实际工作中,
7、必须截去桩头的浮浆部分,直到得到较平整的新鲜混凝土质面为止。并用磨光机磨出符合规范的若干点,以便安装加速度传感器或高阻尼速度传感器。桩头表面处理的好坏将直接影响测试数据的可靠性和准确性。加速度传感器用凡士林、黄油或橡皮泥等软粘性材料粘结在桩顶平整面上,然后用手锤敲打桩头不同位置,手锤敲打质量的好坏对信号采集起重要作用。对于多次敲击得到的接收信号,可在显示屏上进行编辑、选择、求平均,并重放显示。信号
