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低应变桩基检测概论
袁忠明
摘要:低应变动力检测技术作为一种日渐成熟的桩身质量检测方法,正在被越来越多地应用到工程实践中。本文简要地介绍了桩基工程质量检测的重要性、检测的主要技术手段和低应变桩基检测的原理方法,仪器情况以及资料处理等内容。
关键词:桩基检测低应变动测信号处理
混凝土工程质量检测的重要性
随着建筑事业的发展, 混凝土工程在地基基础中占据着重要的地位,在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口、码头、海上采油平台、核电站工程以及地震区、软土地区、湿陷性黄土地区、膨胀土地区和冻土地区的地基处理中得到广泛地应用。其中,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。因此,快速准确地检验工程桩的质量,对于满足日益增长的混凝土工程的需要显得尤为重要。
桩基工程质量检测的主要技术手段
随着经济的发展,桩基工程已成为岩土工程领域非常兴旺的一支,与此相关的桩基检测技术也得到了长足的发展。目前,国内外关于桩基检测技术的发展是多方面的。有的是对传统技术进行改造,有的是对一些发展中的技术进行规范使用,也有的是开发新的技术或新的手段,这些都毫无例外地预示着桩基检测技术又进入了一个全盛的发展期。
目前,国内外使用较普遍的桩基检测技术主要有:静载试验法、声波透射法、低应变动测、高应变动力试桩法、动静法或拟静力法几种,近些年来,这几种方法都有了不同的发展。
低应变法检测混凝土质量的历史,检测桩基础工程的历史与发展情况
。80年代,国内外同时又相继研究和发展了各种击振形式的动力测桩法。低应变动力检测技术发展速度很快,在国际上基本占据了桩身完整性检测方法的主导地位,低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型。而低应变动力检测技术作为一种可靠的桩身质量无损检测技术,由于其检测速度快,检测成本低等因素,正在被越来越多的工程作为首选的桩身完整性检测方法。
低应变法检测桩基础的原理方法以及仪器情况
一、低应变法检测桩基础的原理方法
低应变法是使用小锤敲击桩顶,通过粘接在桩项的传感器接收来自桩中的应力波信号,采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应,反演分析实测速度信号、频率信号,从而获得桩的完整性结论。其检测示意见图1。在实际应用中,低应变动测法以其方便、快捷及能解决实际问题的优点而被广泛接纳。
在桩基完整性检测时,把桩简化为一维的弹性直杆,桩受力时保持等截面,忽略桩的内外阻尼和桩侧土阻力,桩周土对桩的约束和支撑作用,集中由桩底的一个弹簧代替。从桩体截出dx段,由达朗贝原理可推导出波动方程:
式中:
Vc———应力波传播速度,Vc=;
λ———质量密度;
E———弹性模量;
u———质点位移。
对波动方程可用分离变量法和行波法求解。利用行波法对波动方程求解:
u=f(c-Vc t)+g(x+Vc t) (式2)
其物理意义是波动解由2个行波迭加而成,一个是以(x-Vct)为分量的f波,另一个是以(x+Vct)为分量的g波,这2个波均以不变的波速沿x 轴传播。用力棒敲击桩顶,产生一种沿桩身向下传播的应力波,如桩身没有缺陷,此应力波传至桩底再反射回来至桩顶;如桩身有缺陷则入射波在缺陷位置有反射波和透射波,反射波直接返回桩顶,透射波继续传播至桩底再产生反射波返回桩顶。混凝土强度等级与波传播速度关系见表1。
假定桩为一维线弹性杆,其长度为L,横截面积为A,弹性模量为E,质量密度为ρ,弹性波速为
C(C2 = E/ρ),广义波阻抗为 Z=AρC;推导可得桩的一维波动方程:
δ2μ/δt2 = C2δ2μ/δX2 - R/ρA
假设桩中某处阻抗发生变化,当应力波从介质(阻抗为Z1)进入介质Ⅱ(阻抗为Z2)时,将产生速度反射波Vr 和速度透射波Vt。令桩身质量完好系数β= Z2/Z1,则有:
Vr = Vi ×(1 -β)(/1 +β)
Vt = Vi × 2/(1 +β)
当在桩顶施加瞬时外力F(t)时,桩内只存在下行波,波在不同的波阻抗面上发生反射,可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质桩的纵波速度:
C = 2L/ Δ t
式中:L 为桩长;Δ t 为桩底反射波到达时间。当桩身存在缺陷或断桩时,各界面反射波使曲线变得复杂,应认真分析波形,并选出可靠的缺陷反射时间tx,缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定,