瞬態激振時域法在水庫工程混凝土灌注樁檢測中的運用

【摘 要】由于混凝土灌注樁在施工過程中存在隱蔽性，給工程的質量控制和檢測帶來一定的困難，本文主要介紹采用瞬態激振時域法（反射波法）對水庫混凝土灌注樁進行低應變測試，分析檢測樁樁身完整性，為工程設計提供依據，也為類似工程提供借鑒作用。

【關鍵詞】瞬態激振時域法；灌注樁；檢測

1. 工程概況

1.1 清泉水庫位于葫蘆河流域渝河支流中游清水溝，地處隆德縣沙塘鎮清泉村，距縣城約15Km，是一座集防洪、攔泥、為下游提供灌溉水源的綜合性水庫。2010年列入寧夏小型病險水庫除險加固計劃，2011年3月開工建設。水庫為碾壓式黃土均質壩，控制流域面積6.8Km2，最大壩高30.0m，頂長128 m，上游坡坡比1：2.75，下游坡坡比1：2.5，頂寬8.0 m。設計總庫容156.8萬m3，其中調洪庫容125.8萬m3，屬小（一）型水庫。 除險加固的主要內容有：(1)土壩壩前陪厚3m；(2)新建輸水建筑物，由輸水水塔、涵洞、陡坡及消力池組成。

1.2 地質報告表明：壩址區建筑物基礎屬黃土丘陵地貌，出露的巖性有庫區淤積物壤土 （Q42al）；第四系全新統沖積層（Q41al）壤土；第四系全新統沖洪積（Q42al）角礫；第三系紅柳溝組(N1h)。

（1）庫區淤積物壤土 （Q42al）：為灰黑色，軟塑——可塑狀態，厚度為5m左右。承載力［R］=130KPa，開挖邊坡比1：1.25。

（2）第四系全新統沖積層（Q41al）：粉質粘土，土黃色間灰褐色等，可塑狀態，分布于淤積物下方，厚度為6m。承載力［R］=130KPa，開挖邊坡比1：1.25。

（3）第四系全新統沖洪積（Q42al） 角礫：雜色，密實狀態，呈亞圓狀，磨圓度好，一般粒徑10～30mm，最大粒徑50mm，大于2mm以上的粒徑占總重的50%以上，成份以砂巖為主，砂及壤土充填。滲透系數密實狀態，允許承載力［R］=250KPa，開挖邊坡比1:1.5。

（4）第三系紅柳溝組(N1h)砂質泥巖：淺紅，磚紅色，厚層狀，泥質結構，風化強烈，裂隙發育，表部巖體呈碎塊狀。主要物理力學性質指標天然抗壓強度1.00MPa ， 含水量17.3%，天然密度2.118g/cm3，內摩擦角25。，凝聚力0.08MPa 自由膨脹率29.5，該層強風化厚度在1.0m 左右，承載力［R］=200KPa，開挖邊坡比1:1.25；中等風化厚度2.0m左右，承載力［R］=300KPa，開挖邊坡比1:1.0；以下微風化承載力［R］=350KPa，開挖邊坡比1:0.75。

2. 灌注樁設計

輸水塔基礎采用灌注樁，共8根，直徑0.8m，每根樁長在16.5～22.5m之間，放置在中等風化的砂質泥巖中，高程為1843.0m，伸入微風化泥巖層中0.5m。庫區淤積物壤土的極限側阻力標準值為15KPa，壤土的極限側阻力標準值為55KPa，角礫的極限側阻力標準值為140KPa，強風化砂質泥巖的極限側阻力標準值為170KPa，中等風化砂質泥巖的極限端阻力為1800KPa。

圖1 低應變曲線圖3. 灌注樁檢測

3.1 檢測原理、方法。采用瞬態激振時域法（反射波法）對水庫混凝土灌注樁進行低應變測試，分析檢測樁樁身完整性，推定缺陷類型及其在樁身的位置。 基本原理和方法是在樁頂安置加速度傳感器，在樁身頂部豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，根據波動理論和震動理論以及應力波在樁體傳播與反射的固有規律，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁、嚴重離析、夾泥層等部位），樁截面變化（如縮徑、擴徑）部位將產生反射波，由測樁儀接收放大、慮波和數據處理后，還原成時域波形圖并傳送到電子計算機儲存，用測樁專用程序分析波形、波幅、波頻、波速的變化，識別來自樁身不同部位的反射信息，結合工程地質報告與樁基施工記錄等原始資料，綜合判斷灌注樁的勻質性，樁身完整性。并根據計算的樁身波速，對樁長度加以核定。具體計算公式如下：

Vp=2L/ Tr 及 L′= Vpm×Tr′/2

式中：Vp——樁身混凝土的波速

L′——樁身缺陷深度

L——樁長

Tr——樁底反射波的到達時間

Tr′——樁底缺陷反射波的到達時間

Vpm——同一工程已測多根合格樁樁身縱波速度平均值

3.2 檢測設備。混凝土灌注樁低應變測試工作采用武漢巖土力學研究所開發的RSM-24FD型樁基動態儀，用小錘激振來檢測樁身完整性。

4. 灌注樁質量檢測結果

2011年11月10日，隆德縣水利工程基建隊委托寧夏工程物探勘察研究院采用低應變測試法對混凝土灌注樁樁身完整性進行質量檢測和評價。通過對低應變曲線分析，檢測報告表明：樁身無斷樁、離析、夾泥現象；樁身截面無縮徑、擴徑出現；樁身勻質性、完整性好，所檢測樁均為合格樁，達到設計要求。附低應變曲線圖（見圖1）。

5. 結束語

隆德縣清泉水庫水庫除險加固工程2011年4月開工建設，2012年2月竣工，目前運行正常。采用瞬態激振時域法（反射波法）對水庫混凝土灌注樁進行低應變測試在寧南山區水庫除險加固中是第一次，給工程的質量控制和檢測提供了新的技術手段，保證了混凝土灌注樁的施工質量。

參考文獻

［1］ 《建筑樁基技術規范》，（JGJ94-2008），中國建筑出版社，2008年.

［2］ 《巖土工程勘察規范》，（GB50021-2001），中國建筑出版社，2009年.

［3］ 《建筑樁基檢測技術規范》，（JGJ106-2003），中國建筑出版社，2003年.

［4］ 《寧夏隆德縣泉河水庫工程地質勘察報告》，寧夏水利水電勘測設計院地質隊，2010年.