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樁基檢測技術現狀與發展

發布日期:2020-01-29  瀏覽次數:138
 摘 要:簡要說明各種樁基檢測方法以及目前樁基檢測技術的主要方法及其存在的局限性。

關鍵詞:高應動力試驗法,應力波反射法 
隨著我國城鄉建設事業的迅速發展,樁基工程越來越多,因而樁基工程檢測技術也就成為一個熱門而得到廣泛重視。目前,國內外關于樁基檢測技術的發展是多方面的,本文主要介紹目前較普遍的樁基檢測技術:靜載試驗法、聲波透射法、應力波反射法、高應變動力試樁法。
一、靜載試驗法  這是最傳統的樁基檢測方法,其包含堆載法和錨桿法兩種。兩種方法都是采用油千斤壓頂在樁頂施加荷載,而千斤頂反力,前者通過反力架上的堆重平衡,后者通過反力架將反力傳給錨樁,與錨樁的抗拔力平衡。其存在的主要問題是:前者必須解決幾百噸甚至上千噸的荷載來源、堆放及運輸問題,后者必須設置多根錨樁及反力大梁,不僅所需費用昂貴,時間較長,而且易噸位和場地條件的限制(堆載法目前國內試樁最大極限承載力僅達3000噸,錨樁法的試樁最大極限承載力也不超過4000噸),以致許多大噸位樁和特殊場地的樁(如山地、橋樁)的承載力往往得不到準確數據,樁基的潛力不能合理發揮這是樁基領域面臨的一大難題。
近年來,試驗噸位有了很大提高,對于大噸位的樁,在樁底埋設千斤頂和傳感器進行載荷試驗。2002東南大學土木工程學院在理論研究的基礎上,教授龔維明博士的專利技術---自平衡測樁法,開始試驗并已應用。
我國自動加載和記錄系統的出現,是近幾年的事情,但對靜載試驗法的成熟應用而言,這是一個可喜的進步,因為它確保了試驗成果的真實性和分析結果的方便性,據悉我國許多省市都開始了在這種基礎上進行有效管理。
二、聲波透射法方面
這也是一項傳統的技術,以前應用并不廣泛,但隨著近幾年來交通系統投資的增加,以橋樁為代表的各種大直徑鉆孔灌注樁的大量涌現,聲波透射法在國內已得到越來越廣泛的應用,在這種方法的應用過程中,數字化聲波儀已取代了傳統的模擬聲波儀,不僅在使用的方便程度上有了質的飛躍,而且分析手段有了很大提高,聲時判讀已不再是唯一的選擇,聲幅和聲頻已開始進入了分析判斷領域,尤其令人欣慰的是,聲波CT已步入實用階段,為聲波透射法的后續研究提供了廣闊的前景。
三、應力波反射法
應力波反射法是我國低應變動測樁法之一,主要用來檢查樁身完整性,檢查縮徑、擴徑、夾泥、斷樁、空洞、離析、沉渣,并核對樁長、推算砼強度。近年來國內外對其實用和普及方面有較大提高,國產樁基動測儀和配套用傳感器已達到或接近國外先進儀器,開始使這種方法的應用回歸到一種正常的位置。
現在重點介紹應力反射波法:應力反射波法是以應力波在樁身中的傳播反射特征為理論基礎的一種方法。該方法將樁假定為連續彈性的一維截面均質桿件,并且不考慮樁周土體對沿樁身傳播應力波的影響。當在樁頂施加一瞬態錘擊振力,將在樁內激發應力波,由于樁與周土之間的波阻抗差異懸殊,應力波的大部分能量將在樁內傳播,當波長L>>樁徑D,應力波波長λ>>D時,樁可以看作一維桿件,垂直入射的應力波在樁內傳播過程中,當樁內存在有波阻抗差異界面時,波將產生反射波和透射波,反射波將沿樁身反向傳播到樁頂,而透射波繼續向下傳播。樁身的缺陷、樁底均可以根據反射波的相位、振幅、頻率特性,輔以地層資料、施工記錄以及實踐分析經驗,對其性質作出確切的判斷。
反射波法動力測樁,以其測點廣、經濟、快捷、無損等諸多優點,成為目前人們所公認的樁基質量檢測的有效方法,但也存在著缺點和不足。
1、樁周土層對波形曲線的影響,在對樁基測試曲線進行分析時,要充分考慮到樁周土層對所采集波形曲線的影響。在樁基動測中,檢測人員往往注意到樁本身的子波疊加而引起的缺陷判斷,而忽略了應力波在樁中傳播時,不僅受樁身材料、剛度及缺陷的影響。樁周土層的土力學性能越好,應力波在樁周土層中的損耗就越大。同時受樁周土層的土模量大小的影響。在硬土層處將會產生為似擴徑的反射波,在軟土層處將會產生由于應力波透射損耗小而產生似縮徑的反射波。如果不考慮樁周土層對所采集曲線的影響,不了解樁側的土質情況,有時會造成誤判;
2、較難識別樁身淺部的缺陷,因為在本質無論大樁還是小樁,樁頂近端都不可以完全套用一維應力波理論,應該用三維效應展開討論;
3、缺乏對缺陷程度的定量分析。應力波反射法靠單一的波形特征,要想定量給出離析段厚度、沉渣厚度、裂隙寬度及縮徑程度的準確值是不可能的;
4、第二缺陷的判斷。當第一缺陷較大時,阻斷了信號的上行與下達,給深部缺陷和樁底的識別增加了困難,特別是當第二缺陷為第一缺陷的兩倍時更難以識別;
5、漸變的缺陷。對于樁徑緩慢變大然后突然縮徑的樁,在曲線上往往不能分辨出擴徑現象而只看到縮徑現象,對于這種突變的樁,在曲線上表現為縮徑的信號。
四、高應變動力試驗法
高應變動力測試是通過在樁頂量測被激發的阻力產生的應力波和速度波,來確定承載力的。目前工程界應用最廣泛的高應變法是CASE法和波形擬合法。
1、CASE法是一種通過一維波動方程計算而獲得巖土對樁的支撐阻力的新方法。它有三條基本假定:樁身是等阻抗的;樁周與樁尖土對樁的運動阻力分為動阻力和靜阻力兩部分,動阻力全部集中在樁尖,忽略了樁側土阻力;靜阻力模型為理想剛塑性體,忽略了應力波在傳播過程中的能量損耗,包括樁身中內阻尼損耗和向樁周土的逸散。基于以上三條基本假設,由行波理論和波動方程推導出CASE法單樁極限承載力公式:
Rs=R-JC(2Ft1-R)
其中Jc是地區性經驗系數,土質不同,?Jc憑經驗取值的變異性會很大。
2、波形擬合法波形擬合法目前被認為是確定單樁承載力最準確的方法。它是通過現場把實測力波和速度波輸入計算機進行迭代計算,把樁—土系統變為離散的質彈模型,假定各單元樁和土參數,以實測的樁頂速度波(或力波)作為邊界條件,用特征線法求解波動方程,反算樁頂力波(或速度波),使計算的波形和實測波形擬合。若兩者不吻合,調整樁土參數,再次計算,直至吻合。此時各參數是最佳估算值。最終求得承載力、側阻分布和計算的Q-S曲線。
高應變法的局限性。1)CASE法適用于打入樁的施工過程檢測和監控,或者在具有一定的經驗基礎上,用于評定工程樁的驗收合格性。但由于該法的假定條件與基樁施工的實際條件差別較大,?首先,假設樁身等阻抗,這對鋼樁、預制樁和預應力管樁在樁身無缺陷的情況下基本適用,而對灌注樁是難以達到;其次,假設動阻力完全集中于樁尖,而實際情況是隨著樁的相對位移,樁側必然產生動阻力,只是相對較小而已;再次,假設靜阻力模型為剛塑性體,即樁一旦被打動,則靜阻力馬上達到極限值,這也與實際不符。所以,CASE法測樁,必須在樁被打動的前提,充分發揮土的全部靜阻力,并從波形上正確判斷樁尖的反射位置,選用恰當的阻尼系數Jc才可比較準確地確定單樁極限承載力。
2)波形擬合法雖然和CASE法一樣,也是在柴油錘沖擊材質均勻、強度較高、側面光滑的鋼管樁、預制樁等基礎上建立起來的,它不象CASE法那樣嚴格要求貫入度和側面光滑與截面的一致性,但當樁間土變形不夠充分時,承載力同樣偏于保守。而且它假定樁周土體內無變形存在,也極不合理。
3)高應變動力測試數據采集質量直接關系到計算結果的準確性。正確采集信號是良好結果的前提條件。影響采集信號的因素很多,如樁頭處理的好壞、錘擊位置及能量大小、傳感器安裝、外界干擾、儀器本身性質等。

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