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淺談橋梁鉆孔灌注樁低應(yīng)變檢測
2015-09-22 
   1鉆孔灌注村檢測技術(shù)

   鉆孔灌注樁由于其施工工藝成熟、承載力高、適用范圍廣泛應(yīng)用于公路、鐵路橋梁高等結(jié)構(gòu)工程基礎(chǔ)中。高等級公路大、中、小橋和互通式立交橋,基本采用鉆孔灌注樁。但是,由于鉆孔灌注樁是一項隱蔽工程,較多的建設(shè)單位關(guān)心其工程施工質(zhì)量。但實踐表明,仍有5%~20%的鉆孔灌注樁存在不同程度的質(zhì)量問題。加強施工階段樁基檢測,可以有效地避免質(zhì)量束故發(fā)生,并及時采取補求措施,減少經(jīng)濟損失。

   樁基檢測技術(shù)有多種方法,如彈性波法、超聲波法、抽芯試驗法等。彈性波法根據(jù)錘擊程度分為高應(yīng)變檢測法和低應(yīng)變檢測法,二午以樁基是否產(chǎn)生位移及位移趨勢為界限。表1給出了這些檢測方法的檢測內(nèi)容及特點。其中,低應(yīng)變檢測方法以其操作方便快速,準備工作少,作業(yè)面小,費用低等優(yōu)點被廣大檢測部門所采用。

   2低應(yīng)變檢測原理

   低應(yīng)變檢測基本原理是用較小的力錘敲擊樁頂,給樁一定的能量,使樁中產(chǎn)生應(yīng)力波,檢測和分析應(yīng)力波在樁中的傳播過程中遇到彈必介質(zhì)突然發(fā)生變化的界面,將會產(chǎn)生反射和透射,根據(jù)波的反射時間和樁體中的波速就可以估算出樁長或缺陷的位置。

   2.1彈性桿內(nèi)的波動方程

   當(dāng)樁體的橫向尺寸與波長相比很小時,可以用一維波動現(xiàn)論描述桿的波動問題。波在桿中傳播速度C,與桿的彈性模量E、截面積A密切相關(guān),并存在:

   Z=EA/C (1)

   式中:Z為桿的波阻抗。

   設(shè)應(yīng)力波為F(t),當(dāng)應(yīng)力波從波阻抗Z1界面?zhèn)鞑サ讲ㄗ杩筞2界面時,則應(yīng)力波發(fā)生反射波FR(t)和透射波FT(t)。

   

   根據(jù)式(2)、(3)有如下推論:

  ?。?) 均勻完整樁(樁徑一致,樁質(zhì)量均勻):不存在反射波FR(t)和透射波FT(t),輸入應(yīng)力小波F(t)不發(fā)生變化,達到樁底(Z2=0),只有反射波FR(t),且FR(t)=F(t)。

  ?。?) 不均勻樁(樁徑發(fā)生變化,或樁身混凝土質(zhì)量發(fā)生變化):①樁波阻抗Z降低,表現(xiàn)為樁徑縮小或樁身混凝土質(zhì)量降低,此時,產(chǎn)生應(yīng)力波反射(FR(t)為負,拉應(yīng)力反射)。②樁小波阻抗Z增加,表現(xiàn)為樁徑增加或樁射擊混凝土彈性模量E增加,此時,產(chǎn)生應(yīng)力波反射擊(FR(t)為正,壓力反射擊)。

   2.2低應(yīng)變力反射

   (1) 低應(yīng)變檢測是建立在一維桿波動理論基礎(chǔ)上,即桿的長度遠大于桿的直徑。根據(jù)國內(nèi)外低應(yīng)變檢測儀器(如美國PDI公司PITCollector),大致存在相同的使用條件,即樁長大于10倍樁徑。

  ?。?) 低應(yīng)變是因錘擊能量較低,不足以引起樁體發(fā)生位移趨勢而得名,對于較長的樁基,錘擊能量沿樁身傳播由于周圍土的摩阻力等外界因素影響而降低。不同的檢測儀器有不同樁長條件限制,一般為樁長小于30村徑。

   對于較大直徑的短粗樁或較長的樁,宜采用超聲波法、高應(yīng)變法或抽芯試驗方法進行檢測,建議不采用低應(yīng)變檢測,以免作出錯誤的結(jié)論。

   3低應(yīng)變檢測注意事項

   低應(yīng)變檢測除了清理較好的樁頭、正確安置傳感器、恰當(dāng)?shù)腻N擊、明顯的樁尖反射等條件外,筆者在樁基檢測中,針對橋梁工程樁基檢測,還應(yīng)考慮以下幾點:

  ?。?) 橋梁鉆孔灌注樁樁徑較大,一般在0.8~1.2m之間,有的樁徑達1.5m以上。針對較大直徑樁基,應(yīng)沿2/3樁基不同測點采集信號是否相同;同一工地不同樁基采集信號是否相同。

  ?。?) 對于采用護筒或圍堰施工的樁基,應(yīng)考慮外部護筒及圍堰直徑比設(shè)計樁徑偏大,引起樁頭擴徑的虛假信號。

   (3) 清除樁頭時,有單位采用擊鉆設(shè)備或重夯方法,容易引起樁頭部分發(fā)生損壞,存在“暗傷”,應(yīng)力波傳播至此會引起波的反射,導(dǎo)致錯誤結(jié)論。因此,清除樁頭時,最好采用沖擊振動較小的設(shè)備,或手工錘鑿樁頭。

   (4) 縮徑(截面積A減?。┖突炷临|(zhì)量降低(彈性模量E降低)表現(xiàn)的信號較相似。應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)鉆探資料,考慮地層中理否存在軟塑土體。并根據(jù)灌注混凝土原始記錄,計算混凝土的灌入量V以及混凝土灌入時上升的高度H二者之比,得出實際灌注混凝土樁徑D,現(xiàn)設(shè)計樁徑進行比較,經(jīng)區(qū)別信號反映是縮徑還是混凝土質(zhì)量降代,不能一概而論為某一種原因所致。

   

   圖1信號還表明,樁身4~5m處存在缺陷,可能是縮徑,也可能為混凝土質(zhì)量降低。結(jié)合地質(zhì)勘探資料,樁址土層塑性指數(shù)不高,強度較高,不存在軟塑土。分析施工灌樁現(xiàn)場記錄(見表2),從首批灌注混凝土后單位長度混凝土數(shù)量差別不大。鑒于以上分析,此處為混凝土質(zhì)量降低缺陷。

   

   4實例公析

   圖1所示為一樁基現(xiàn)場檢測信號,樁基設(shè)計長度為24m,樁徑為1.2m。信號表明樁頂以下1m內(nèi)擴徑。考慮到施工工藝為磚砌護筒,設(shè)計樁徑為1.2m,而磚砌護筒直徑達1.5m,檢測時沒有拆除磚護筒,因此出現(xiàn)樁頂擴徑信號。

   5結(jié)語

  ?。?) 低應(yīng)變檢測以其快速、高效、方便在橋梁鉆孔灌注樁的檢測中發(fā)揮較大作用,但應(yīng)結(jié)合具體情況和該法的使用條件,決定是否選用。

  ?。?) 由于低應(yīng)變樁基檢測原理及公式推導(dǎo)是建立在一維無約束桿波傳播理論基礎(chǔ)上,而實際鉆孔灌注樁由于地質(zhì)條件復(fù)雜、施工工藝差別等客觀因素,與上述理想狀態(tài)有較大的差別,如低應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)樁基存在嚴重質(zhì)量問題,應(yīng)再配合抽芯試驗,進行抽樣驗證。
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