淺談低應(yīng)變?cè)趯?shí)際工程中的應(yīng)用

葉乾晶

慈溪市誠(chéng)宏建設(shè)工程檢測(cè)有限公司 315300

摘要：低應(yīng)變反射波法作為無(wú)損檢測(cè)的手段，近年來(lái)越來(lái)越被應(yīng)用在樁身完整性檢測(cè)中，不同缺陷類(lèi)型在低應(yīng)變檢測(cè)中的曲線表現(xiàn)不同，本文簡(jiǎn)述了低應(yīng)變反射波法的分析原理并結(jié)合工程實(shí)例中的實(shí)際低應(yīng)變曲線，對(duì)不同類(lèi)型的缺陷進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)提出了低應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中需要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：基樁檢測(cè)；完整性；反射波法；缺陷檢測(cè)；實(shí)例分析

一、引言

低應(yīng)變反射波法，近些年來(lái)越來(lái)越被多的作為檢測(cè)樁身完整性的一種有效手段，其便捷性，成本低，對(duì)樁身無(wú)破壞，更是得到業(yè)主和施工單位的青睞。經(jīng)過(guò)多年的研究和廣泛的應(yīng)用，也可以說(shuō)逐步發(fā)展成為一種對(duì)基樁工程質(zhì)量的積極有效性保障。其判定樁身缺陷程度，缺陷在樁身的位置和缺陷的類(lèi)型上具有一定的準(zhǔn)確性。工程樁應(yīng)用在我國(guó)的城市建筑非常多，但是由于受地質(zhì)條件、施工工藝以及一些不確定因素的影響，不可能百分之百的基樁都能達(dá)到合格的要求，難免會(huì)有部分的基樁存在不同程度的缺陷，尤其在灌注樁的施工過(guò)程中，出現(xiàn)夾泥、離析、縮徑、甚至斷樁等情況，因此，在實(shí)際工程檢測(cè)中，利用測(cè)得反射波曲線信號(hào)準(zhǔn)確地判斷樁身質(zhì)量，排除工程隱患，對(duì)基樁的質(zhì)量評(píng)價(jià)是至關(guān)重要的。

本文結(jié)合工作中的一些低應(yīng)變反射波法檢測(cè)的工程實(shí)例說(shuō)明不同缺陷類(lèi)型在低應(yīng)變曲線中的反映?？偨Y(jié)不同缺陷樁的工程經(jīng)驗(yàn)。

二、低應(yīng)變反射波法的基本原理

低應(yīng)變反射波法主要功能是檢驗(yàn)樁身結(jié)構(gòu)完整性，如樁身缺陷位置判斷，施工樁長(zhǎng)校對(duì)和混凝土強(qiáng)度等級(jí)定性估計(jì)等。其理論是利用了一維波在直桿中的傳播規(guī)律，把工程樁模擬為一維桿件，用手錘或力錘，力棒敲擊樁頂，由此產(chǎn)生的應(yīng)力波沿樁身以波速C向下傳播，應(yīng)力波通過(guò)樁阻抗Z（Z=ρAC）發(fā)生了變化如（在工程樁中的反映如縮頸，擴(kuò)頸，離析，夾泥，斷裂等）一部分應(yīng)力波產(chǎn)生反射向上傳播，另一部分應(yīng)力波產(chǎn)生透射向下傳播至樁端，在樁端處又產(chǎn)生反射。檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間，幅值，相位，和波形特征，從而判斷出樁身缺陷的位置，大小，性質(zhì)等信息，最終對(duì)樁身完整性給予評(píng)價(jià)。

由安裝在樁頂?shù)募铀俣然蛩俣葌鞲衅鳎邮辗瓷洳ㄐ盘?hào)，并由測(cè)樁儀進(jìn)行信號(hào)放大等處理后，得到加速度時(shí)程曲線。從曲線形態(tài)特征可以判斷阻抗變化位置或校核樁長(zhǎng)，由平均波速大小估計(jì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。

混凝土的速度C及樁身缺陷的深度L'可按下列方式計(jì)算：

C=2L/ΔT 1

L'=1/2CmΔt 2

式中：

L—測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)（m）；

ΔT—速度波第一峰與樁底反射波峰間的時(shí)間差；

Δtx —速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時(shí)間差；

Cm—樁身波速的平均值（m/s）.

L'—測(cè)點(diǎn)下的缺陷位置（m）

三、反射波法的數(shù)學(xué)模型

低應(yīng)變反射波法是把樁當(dāng)作連續(xù)均質(zhì)的彈性桿，研究樁頂在動(dòng)態(tài)力作用下，彈性桿的縱向波動(dòng)，以一維波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的樁土體系動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

應(yīng)力波沿樁身以波速C向下傳播，經(jīng)過(guò)dt時(shí)間，波行走dL距離，

dL=C·dt 3

樁段dL產(chǎn)生的位移為du

u=V·dt 4

因假設(shè)為彈性桿，應(yīng)力—應(yīng)變服從虎克定律

σ=E×ε 5

F=σ×A 6

將式3～5代入式6得

F=EA/C·V=Z·V 7

式7表明力和速度比例關(guān)系，比例系數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)為力學(xué)阻抗力Z。

低應(yīng)變反射波法就是量測(cè)樁身阻抗Z變化的應(yīng)力波反射規(guī)律

四、理論模型樁的反射波信號(hào)分析

根據(jù)波動(dòng)理論，彈性波在樁身內(nèi)軸向傳播的基本規(guī)律：

Rv=（Z1-Z2）/（Z1+Z2） 8

Z1和Z2為反射界面兩側(cè)介質(zhì)的廣義波阻抗（假設(shè)彈性波從Z1介質(zhì)進(jìn)入Z2介質(zhì)）

當(dāng)樁身遇到縮頸，斷裂、混凝土離析各夾泥等阻抗變小時(shí)，Z2Z1，反射系數(shù)Rv為負(fù)值，反射波與入射波反相位。

五、實(shí)測(cè)反射波信號(hào)分析

1、完整樁

慈溪某工地238#樁為PC400A（95）預(yù)制管樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，樁長(zhǎng)為12m，樁徑為400mm，樁底反射明顯，波速正常，樁身均勻無(wú)缺陷反射波，為完整樁，見(jiàn)圖1。

圖1

慈溪某工地55#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁長(zhǎng)為39.96m，樁徑為900mm，無(wú)樁底反射，入射峰后出現(xiàn)波浪式，見(jiàn)圖2。經(jīng)了解，由于澆筑至裝頂時(shí)商品混凝土坍落度偏大，樁頂位置混凝土強(qiáng)度較低，截掉樁頭1m 后重測(cè)，樁底反射明顯，無(wú)明顯缺陷，見(jiàn)圖3。

圖2

圖3

2—1、縮頸樁

慈溪某工地42#樁為鉆孔灌注樁，樁身強(qiáng)度等級(jí)為C30，樁長(zhǎng)為40m，樁徑為800mm，實(shí)測(cè)反射波信號(hào)在樁身缺陷處有明顯的同相反射信號(hào)，但整樁波速不會(huì)下降，與完整樁波速較為一致。見(jiàn)圖4。

圖4

2—2、離析樁

慈溪某工地8-4#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁長(zhǎng)為40.89m，樁徑為900mm，實(shí)測(cè)反射波信號(hào)在樁身缺陷處產(chǎn)生同相反射信號(hào)，與完整樁波速比較，波速略有下降，一般比完整樁的波速低200—300m/s。（波速下降情況與離析情況有關(guān)，如果嚴(yán)重離析，波速會(huì)更低，同相信號(hào)更明顯。）見(jiàn)圖5。

圖5

3、擴(kuò)頸樁

慈溪某工地4-24#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁長(zhǎng)為41.76m，樁徑為900mm，實(shí)測(cè)反射波信號(hào)在擴(kuò)徑處產(chǎn)生反相反射信號(hào)，波速與完整樁較為一致。見(jiàn)圖6。

圖6

4、斷樁

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