大直径水下灌注桩完整性低应变检测

1、大直径水下灌注桩完整性低应变检测第15眷第1期2o00年3月湘覃矿业学院j.xangf,mjsr151/,大直径水下灌注桩完整性低王齐仁徐卓荣钟新谷/t7.f(湘潭矿业学院土木系,期南湘潭,411201)摘要从运动学和动力学角度,舟析应力波在混凝土中的传播规律:时空关系,波幅衰减,频散作用咀厦反射波与声波透射的特点.蛄台工程实践,总蛄太直径水下灌注桩低应变检测的工作要0引言大直径灌注桩(桩径大于80cm)因承载力高,施工噪音小等优点而被广泛采用.它通常是由人工开挖或钻机成孔后在地下或水下灌注成桩,其质量受施工工艺,尤其是砼灌注工序等多种因素的影响而难以控制,不同工地或多或少都有一些桩存在质量问

2、题,如沉渣过厚,桩身不均匀(局部夹泥,离析,蜂窝等),或非设计变径,为确保上部结构的安全使用.在进行下一道工序之前.必须对桩身砼体质量及完整性进行检测和评价.下文着重介绍低应变一反射渡法和声波透射法检测方法的基本原理及成果分析,指出这两种方法综合按j试的工作要点.1检测原理1.1反射波法基本原理如图1所示,在桩头人工激发瞬态脉冲应力波f(),若激振力,的量级很小,作用时间很短,则砼桩体可视为完全弹性&体,在桩体中传播的应力波便可作为一种弹性波,当桩径与桩长之比很小时.该应力波可用下列一维渡动方程表示:a1ua2一c2/(五式中:c混凝土中的波速:.m囤1反射波的传播路径.璧芝曼量曼芝和

3、来自各界np.ropag.ation町面的反射波.同时也有部分随机干扰波,如图2所示.收稿日期:2o00一ol一03本文责任编辑:邓学良第15卷第1期王齐仁等:大直径水下灌注桩完整性低应变检测直达波时距曲线为二对称直线,第一个界面反射波时距曲线为双曲线,其它界面的反射波时距曲线用等效速度替代后可换算成双曲线形式.通过拾取,分析桩头质点振动波形来获得弹性波在桩体中传播的时空关系,进而求得波速,估算桩长,判断桩身完整性,评价其质量.设应力波为f(f),当它从波阻抗z】介质传播劐渡阻抗z2介质时,经界面产生反射波fr(f)和透射波fr(f),其关系为fr(f)=f(f)(一zi)/(z2+zi),j

4、ic-_.,:./?-,/_,.,:.27.z2/(.z1)_.围2直迭波u反射波时距曲残1)均匀完整桩(波阻抗一致,桩径不变):只有桩fi2ti.一di.tance.e8.fdit底反射波;we日8ndreflectedwes2)不均匀桩(桩体砼质量不均匀,或桩径发生变化):波阻抗降低,表现为桩径缩小或砼质量降低(如密度,弹性模量减小),此时,fr()<0,产生拉应力反射波,反射波与直达波同相,离析,夹泥,裂隙,断裂,缩径等缺陷即呈此反映;若波阻抗增大,表现为桩径变大或砼弹模增大,此时,fr(f)>0,产生压应力反射波,反射波与直达波反相,扩径,桩底围岩波阻抗大于砼波阻抗时即呈此

5、反映j.3)介质波阻抗差异越大,则反射波信号越强.1.2声波透射法基本原理声波透射法同样是以弹性波理论为基础,采用由压电材料制成的声一电换能器在不同位置发射和接收声波,测量并记录声波穿透介质所需要的时间和波形,计算声波的传播速度,结合声波幅度,频率等特征来分析介质的性质.在灌注大直径桩之前,将检测管固定在钢筋笼上并下到指定位置,在某一管中发射,另一管中接收,由上至下分别测出各测点处检测管之间的声波波形(如图3所示),根据不同深度位置声时,波速及波幅的相对变化规律,用统计方法进行分析,以判断桩身完整性,评价其质量.同时可通过对大量试块测速和试压资料的统计分析,建立某地区或某工地砼强度与速度关系曲

6、线,用于砼体强度估算:丘=,(c),c:i.声波透射法发射的声波频率很高(一般超过20khz),波长很短,因此分辨能力很高,可以从微观角度分析介质的声学性质和结构田3声瘦透射原理示意田figsketchm.apofprincipleofacousticayetransmission砼体中可能存在的裂隙,孔洞,夹泥,离析,松散湘潭矿业学院m年3月等现象造成局部不均匀,密度降低,较大部分声波能量被吸收和散射,使接收信号不仅时间增长,速度减小,而且其幅度,频率均会降低;若高密度物体(如钢板等)夹在砼中,则该处波速,频率及波幅就会相应提高与增强.2检测成果分析对于大直径桩而言,反射波法可从宏观上发现桩

7、身是否存在明显缺陷.如断桩,严重离析等,对于设计或施工原因的变径也能清楚地反映出来;而声波透射法则可从微观角度发现砼休中局部的不均匀结构,若测点间距很小或采用扇形观测,则可像cr扫瞄一样准确地勾绘出不均匀体的空间位置与形态.两种方法综合运用,则能提高检测结果的可靠性.2,1离析,变径类的区别某工地人工挖孔水下灌注6桩长18.8m.上部3.5m直径为3.0m,下部直径为1.8m,如图4所示.曲线在3.6m左右反射渡与直达渡同相,属低阻抗一离缩类缺陷反映;11.2m左右出现反相反射波,属扩径类反映.而超声波深度一速度曲线无明显异常反映.未发现局部不均匀体,桩身均匀完整,可排除桩身缺陷.分析设计,施

8、工和勘察资料,实际上在3.5m处为设计变径;11.5m左右为扩径,开挖时此处遇1.6m厚的流沙层,取出大量砂土,灌注时护壁被挤破,混凝土超灌,造成扩径现象.2.2局部离析的判别某钻孔水下灌注桩长22.3m,桩径1.8m,如图5所示,采用声波透射检测3个剖面中1,3两个剖面在至桩顶6.6m处波速减小,波幅明显降低;a点处的反射波波形基本正常,而点异常明显,呈低阻抗反映.说明此处存在局部低密度休,分析波形特征和施工特点判断为局部较重离析.2.3桩底沉渣的判定大直径桩一般要求承载力高,大多数都要嵌人基岩,采用人工挖孔成桩,一般桩底干净无沉渣;泥浆护壁钻孔成桩,若冲孔不到位或清底后未能及时灌注,则或多

9、或少会有一圈4缩径,扩径的曲蝇特挂fig.4curvecharacteristicsofshrinkcameterandenlargeddiameter些沉渣,当水下灌注第一斗混凝土未能冲起囤5离折,沉渣的曲蝇特征沉渣它就会夹在混凝土中凝结在桩底.因检g.h.gveg.and.测管随钢筋笼下到桩底指定标高,所以底部一罐净0第15卷第1期王齐仁等:大直径水下灌注桩完整性低应变检测测点超声波能量被吸收得多,明显速度低,幅度低.各剖面声波能量的衰减量取决于沉渣的含量及其分布;桩底也存在较明显的低阻抗,同相反映,如图5所示.若嵌固完好,桩底无沉渣,则桩底反射波很难识别.对大直径水下灌注桩而言,若导管安

10、装不在正中心,其坍落,密实也不均匀,不同剖面的声波速度和幅度亦有所不同.2.4上,下部密实度差异分析某工地一批大直径水下灌注桩超声检测结果表明,大多数桩上部砼波速,幅度低于下部,深度速度,幅度曲线基线偏移,部分桩甚至呈较明显的台阶状.在消除检测管间距变化的影响后,与经振动棒振捣的砼桩比较存在明显区别,如图6所示.灌注工艺一样,桩体下部混凝土因自重冲力,孔内水柱压力及上部砼压力较大,故其结构较上部更嚣.署芝嚣加密实,相对而言,其声波速度,幅度较高,使得上,.下部存在较明显的差异.咱.j.s3大直径桩检测应注意的几个问题曹z惫1)声波透射法可以检明砼体的微观结构.对局.争部不均匀体有较强的分辨能力

11、,检测结果直观可靠,矗但由于检测管位置固定,超声波有效作用范围有限,;.即存在一定的盲区.且桩径越大,盲区范围越大.盲i:.区内的不均匀体就难以发现.同时声波透射法对于一囤6_下部密妾度差异曲线特征扩径现象几乎无能为力.fi#.6cmecharacteristicbofc0mp且clnebs2)若仅从运动学特征或传播路径来考虑,反射differencesinupperpartandowerpart波法检测似乎与桩体是否为一维杆件关系不大,但从动力学特征即能量角度来考虑.对一维杆件的条件则要求更高.实际上大直径桩很难作为一维杆件来看待,加上桩周土对桩体中的波传播具有吸收能量和频散作用.使得所获得

12、信息更加复杂.解译更加困难.因此,对大直径桩要采用反射波法与声波透射法相结合,充分发挥各自优点,以使检测结果更加可靠.3)对大直径桩采用反射波法检测时,必须避免一锤定音的做法,尽可能多布置几个检测点,速度计与加速度计联合使用,变频,变能的激振方式有利于采集各种信息,综合旅行时闻,波幅衰减,频散响应等因素进行分析解译口j.超声透射最好采用斜测法普测,发现异常用扇形法详测.对检测管偏移的剖面要进行间距校正,使所求波速真实可信,4)由于所获信息复杂,尤其是各检测点反射信息重复性差,因此,还需收集和分析有关勘察,设计,施工等有关资料,排除虚假信号,提高解译结果的可靠性.4结论目前,采用低应变检测方法判

13、断混凝土桩体的完整性无论在理论上还是在实际应用技术方面都比较成熟.对于大直径灌注桩而言,综台运用反射波法和声波透射法可以克服资料解译的片面性,使检测结果更加真实地反映工程实际情况.湘潭矿业学院2ooo年3月参考文献1吴庆曾论反射赦法基桩完整性检测见:刘金励.李大展.史佩栋.等.桩基工程技术.北京:中国建材工业出版杜l996.554一,2闻召辉.章厚息,朱新实.洼诚桥槊钻孔准注桩低应变拉葶i.公路.1999.(3):28303黄理兴.陶海平.桩身缺陷模型桩模拟试验与动测波形特征.岩石力学与工程.1999.18(3):346349lowstraindetectionofintegrityoflon

14、gdiameterunder,7l田同rcastinsitupiles(vept.ofgeologyeng.ofxiangtmminin2institute,xi蛆g,hunan,c-ta,411201)absiractfromthepointofkinematicsai1ddynamics.theauthoranalysesthepmpagatlanmlcsofstrewavb$incecrete,namelytimespacerelations,waveamplitudeattenuation,dispersioneffectandehacactericsoftransmissionofreflectedwavandaoouscwaves.combiningwithengineeringprac?rices,theautll0ralsocmmudedthemainpointsoflow8slirldetectionofil1tetyofloralneterunder?iterca8tinsitupjks,andpointedoutthatcnprehemlveandrelationalutilizationofreflectedw吖聃methodandacoustinwavetraionmethodcanaccuratelyevaltheintegtyofpi