应用低应变反射波法动力检测桩的完整性

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一、概述 
    桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的70%以上。由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中极易出现各类缺陷，资料表明国外在现场灌注桩施工中桩身出现缺陷的概率约为15%~20%，国内这一概率约为20%左右，故对桩基础进行全面质量监督十分必要。 
    低应变动力检测技术是本世纪80年代由美、日、加等国运用地球物理勘探的纵波浅层反射法配合高分辨率的野外数据采集系统和数据电算处理技术，以电子检测技术和结构动力学分析为基础的一种新兴的检测方法。本文着重介绍以低应变反射波法现场检测桩基础的完整性。 
    二、基本原理 
    基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。 
    三、实际工程 
    3.1场地工程地质条件 
    该场地为三门峡天元铝业集团公司10万吨电解铝技改工程阳极组装车间，整个场地经人工和机械平整较为平坦，根据场地的工程地质勘察报告，该场地土层共分为10个工程地质层，其分布如下： 
    第1工程地质层：人工回填土层、 
    第2工程地质层：黄褐色粉质粘土、 
    第3工程地质层：卵石层 
    第4工程地质层：褐黄色黄土状粉土、 
    第5工程地质层：褐黄色黄土、 
    第6工程地质层：青灰色粉砂、 
    第7工程地质层：卵石、 
    第8工程地质层：褐黄色黄土状粉土、 
    第9工程地质层：卵石、 
    第10工程地质层：红色粉质粘土。 
    3.2 基桩设计简况 表1 

    桩 型 桩 径 桩 长 桩端持力层 混凝土强度等级 
    摩擦型钻孔灌注桩 600 ~9米 第10工程地质层：红色粉质粘土 C20 

    3.3基桩施工简况 
    该工程基桩施工时，在自然地面机械钻孔泥浆护壁、清孔、下笼、浇筑。成桩之后，开挖至标高，然后将桩顶浮浆凿除，并清理干净，再进行测桩。 
    四、 检测方法、检测步骤 
    4.1本次检测是由中国地震局地球物理勘探中心——郑州基础工程勘察研究院采用基桩低应变动力检测反射波法完成的。 
    4.2检测步骤如下： 
    1）清理整平桩头； 
    2）调试仪器，选择适当参数； 
    3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位； 
    4）用小棰在桩头选择适当的能量激振； 
    5）选取较为理想的波形曲线并存储； 
    6）将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。 
    五、检测设备 
    本次检测使用PIT-V型基桩动测仪，该仪器采用的加速度型传感器，横向灵敏度低，只有锤击到一个有效脉冲时，传感器才会记录一个信号，数据传输到现场接收计算机进行储存。锤击力量太大或太小都不产生能被记录的脉冲。激振产生的波动模式单一，只含纵波，可以得到清晰的底部反射。
    六、检测结果的处理和判断 
    6.1分析计算方法 
    将钢筋混凝土桩视为一维弹性杆，当桩顶受到一冲击力后，其应力以波动形式在桩身中传播，遇到波阻抗差异面后，产生反射波信号，通过分析，达到检查传身质量的目的。 
    根据时域波形，比较入射波与反射波到达时刻及其振幅、相位、频率等特征，进行判析和计算。以完整桩的首次桩底反射时间Δt计算该桩的波速： 
    Vc=2L/Δt 
    式中：L：完整桩的桩长 
    Δt ：完整桩桩底反射波的传播时间 
    由该工程完整桩的平均波速Vc,计算缺陷的位置： 
    Li=1/2*Vc*Δt; 
    式中： 缺陷桩Li缺陷处反射波的传播时间 
    6.2桩身质量评定 
    根据《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93-95的有关规定，低应变检测桩身质量评定原则如下： 
    1）完整性：反射波波形规则，波速正常，桩底反射明显，易于读取反射波段到达时间，桩体介质均匀，无缺陷存在。 
    2）缺陷桩：反射波到达时间小于桩底反射波到达时间；且波幅较大，往往出现多次反射；反射波波列复杂，波速较低，波幅减少频率降低，难以观测到桩底反射。 
    七、结语 
    该工程共施工214根机械钻孔灌注桩，检测214根基桩，其中：完整桩：131根，占检测基桩总数的61%；一般桩：83根，占检测基桩总数的39%；缺陷桩：无。桩长均满足设计要求，桩身质量均合格。 
    应用基桩低应变动力检测法检测桩基础的成桩质量简变、快捷可以在较短的时间内完成大量而且复杂的的工作，是微波电子检测技术与电子计算机技术在土建工程实际应用取得良好效果的又一典范。值得在日后工程大力推广应用。