低應(yīng)變法對(duì)不同齡期混凝土樁的測(cè)試對(duì)比分析

鄧 華

中冶成都勘察研究總院有限公司

低應(yīng)變法對(duì)不同齡期混凝土樁的測(cè)試對(duì)比分析

鄧 華

中冶成都勘察研究總院有限公司

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市政、建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在各地如火荼地進(jìn)行，樁基礎(chǔ)已成為我國(guó)市政、建筑和公路橋梁工程建設(shè)中最重要的基礎(chǔ)形式，其質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物上部結(jié)構(gòu)的整體安全，但由于基樁屬隱蔽工程，其成樁施工質(zhì)量與地質(zhì)勘察報(bào)告的準(zhǔn)確度、精確度、施工設(shè)備、施工隊(duì)管理人員技術(shù)水平、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)等因素息息相關(guān)。因此在工程初始階段樁基部分施工完成后應(yīng)及時(shí)對(duì)樁身進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并采取補(bǔ)救措施就顯得尤為重要。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度越高、齡期越長(zhǎng)意味著應(yīng)力波傳播的速度更大。但澆灌樁由于混凝土體積大，養(yǎng)護(hù)條件多種多樣等諸多原因不能做到實(shí)測(cè)樁身的混凝土強(qiáng)度，因此比較齡期、強(qiáng)度、波速對(duì)低應(yīng)變檢測(cè)等方面有獨(dú)特的指導(dǎo)意義。

基樁；低應(yīng)變；混凝土強(qiáng)度

1、基本理論和假設(shè)

1.1 低應(yīng)變法

樁身完整性檢測(cè)方法多種多樣，檢測(cè)效果各有所長(zhǎng)。這里主要以低應(yīng)變法為研究對(duì)象。

樁完整性的反射波法檢測(cè)技術(shù)是以一維彈性桿件波動(dòng)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)樁頂錘擊產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波在沿樁身傳播過(guò)程中，若樁身存在斷樁、裂縫、嚴(yán)重離析、樁底沉渣等缺陷引起的波阻抗差異界面或樁身截面積發(fā)生變化時(shí)( 例擴(kuò)徑或縮徑) ，將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收放大，通過(guò)分析反射波的傳播時(shí)間、波形特征和幅值判斷基樁的完整性及樁身缺陷的類型、位置、影響程度。該方法最大的特點(diǎn)是檢測(cè)費(fèi)用低、快捷簡(jiǎn)便、效率高，能快速發(fā)現(xiàn)基樁重大質(zhì)量缺陷，對(duì)樁基無(wú)損。但檢測(cè)信號(hào)受多種條件影響( 例如樁身存在多處缺陷反射、地質(zhì)條件影響、樁端持力層巖性、樁頭的處理情況、樁身長(zhǎng)徑比等) ，不利于準(zhǔn)確判別樁身質(zhì)量和樁長(zhǎng)。

1.2 混凝土強(qiáng)度與溫度和齡期的關(guān)系

混凝土是人工制造的建筑材料，指由膠凝材料將骨料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于土木工程。

在正常養(yǎng)護(hù)的條件下，混凝土強(qiáng)度將隨齡期的增長(zhǎng)而不斷發(fā)展，最初7～14d內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展較快，以后逐漸緩慢，28d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并根據(jù)28d抗壓強(qiáng)度確定混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。28d后強(qiáng)度仍在發(fā)展，其增長(zhǎng)過(guò)程可延續(xù)數(shù)十年之久。

普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展大致與其齡期的常用對(duì)數(shù)成正比關(guān)系(齡期不少于3d)：

fn / f28=lgn / lg28

式中 fn—nd齡期砼的抗壓強(qiáng)度(MPa)；n—養(yǎng)護(hù)齡期(d)，n≥3。

根據(jù)上式，可以由所測(cè)砼早期強(qiáng)度，估算其28d齡期的強(qiáng)度。或者由砼的28d強(qiáng)度，推算28d前后砼達(dá)到某一強(qiáng)度需要的天數(shù)。但由于混凝土骨料、膠凝材料種類、水灰比、溫度等條件不同，這些條件都是影響混凝土強(qiáng)度的因素，因此此式計(jì)算結(jié)果僅作參考。

根據(jù)上試得出C40混凝土各齡期對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度如下表(表1)：

表1

1.3 提出論點(diǎn)

由于樁身混凝土的波速并不是容易準(zhǔn)確測(cè)得的，因此論證混凝土強(qiáng)度與應(yīng)力波波速的關(guān)系。

2、不同齡期混凝土樁的低應(yīng)變測(cè)試對(duì)比

本次實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為資陽(yáng)市某再建工地。采用旋挖機(jī)在地層中鉆取6m深，600mm直徑孔。該孔進(jìn)入的土層至上而下依次為0～2m為填土，2～3m為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，3～5m為中風(fēng)化砂巖。清底后投入鋼筋籠并澆灌C40混凝土。

待混凝土有一定強(qiáng)度后打磨樁頂，露出新鮮平整的混凝土表面。隔一定時(shí)間采用RS1616-K(P)動(dòng)測(cè)儀對(duì)該樁進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。下圖為該樁不同齡期的測(cè)試曲線。

(圖1-齡期為3天)

(圖2-齡期為5天)

(圖3-齡期為6天)

(圖4-齡期為10天)

(圖5-齡期為14天)

(圖6-齡期為21天)

表2

(圖7-齡期為28天)

根據(jù)以上曲線體現(xiàn)的信息列出下表(表2)：

3、對(duì)比過(guò)程

根據(jù)表2中的對(duì)比情況，結(jié)合表1中齡期與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系得到下表(表3)：

混凝土齡期(d) 波速(m/s) 預(yù)估混凝土強(qiáng)度(MPa) 3

將以上三列數(shù)據(jù)兩兩對(duì)比。

為更直觀，

由表1繪制曲線為圖8；

由表2繪制曲線為圖9；

由表3中第二第三列繪制曲線為圖10；

4、結(jié)論

根據(jù)以上論述得到了低應(yīng)變檢測(cè)中混凝土強(qiáng)度與應(yīng)力波波速的大致關(guān)系復(fù)合正相關(guān)的結(jié)論。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)由表3所示。

5、聯(lián)想和不足

低應(yīng)變技術(shù)檢測(cè)樁身完整性已有多年歷史，但由于樁身工藝不同，材料成分不同，地層條件不同，混凝土齡期不同等，使得檢測(cè)工程師設(shè)置往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置波速。通過(guò)本文的探討可以更好的學(xué)習(xí)和比較相關(guān)問題。實(shí)驗(yàn)中有諸多不足之處，比如實(shí)驗(yàn)樣本太少、實(shí)驗(yàn)條件(溫度、天氣、周圍環(huán)境等)沒有說(shuō)明、齡期推斷強(qiáng)度為經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算等。因資金和時(shí)間有限，本文只例舉了資陽(yáng)市一個(gè)工地的工程樁情況，文中的數(shù)據(jù)也僅作為參考，旨在提出探討的思維，作為工程師應(yīng)舉一反三，精益求精，保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

(圖8-混凝土強(qiáng)度與齡期關(guān)系)

(圖9-混凝土齡期與波速的關(guān)系)

(圖10-混凝土強(qiáng)度與波速的關(guān)系)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014

[2]孫熙平，王元戰(zhàn)，徐滿意，彭志豪. 高樁碼頭基樁完整性檢測(cè)技術(shù)研究綜述[J]. 港工技術(shù)，2010，02：50-53.

[3] 化學(xué)工業(yè)出版社.張豐慶 《混凝土材料》 2015.08.01