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低应变检测过程中应注意的问题前言由于桩基工程是地下隐蔽工程,桩基施工过程中难免会出现诸如断桩、夹层、离析等这样或那样的缺陷,成桩质量直接影响到桩的承载力能否满足设计要求。目前,在我国桩基质量检测方法有多种,其中反射波法由于其基本原理简单、快速无损、资料判读直观、准确度较高在桩基检测中占据主流地位。但是如果操作者不能认真对待检测过程中的每一步骤,都可能造成误判、漏判,以至造成工程隐患。1、基本原理反射波法又叫应力波法,是以手锤或力棒等激震装置撞击桩顶,产生一纵向应力波信号沿桩身传播,由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号,再通过一系列分析处理来判定桩身质量。由于该方法受外界环境、人员素质等多种因素影响,采集到的信号往往是包含多种频率成分的动态信号,所以应针对桩基检测的各个步骤采取相应的措施和手段,来获取桩身响应的真实信号。低应变反射波法桩基检测可分为两个阶段:现场采集数据阶段和室内数据分析处理阶段。2、现场数据采集2.1桩头处理桩基测试依据的信号是由偶合在桩顶的传感器接收到的响应信号,所以桩头处理是取得结果的关键。在测试前,应认真清理桩头浮浆及破碎部分,直到露出新鲜混凝土界面,且要求桩头有一定的强度,至少应在成桩后8~15天方可检测。2.2感器的选择及安装桩土体系的自振频率是由体系的质量和刚度决定的。在质量一定的情况下,刚度越大,则体系的自振频率越高;刚度越小则体系的自振频率越低。在刚度一定的情况下,质量越大,则体系的自振频率越低;质量越小则体系的自振频率越高。目前,在反射波法测试中,应用速度计和加速度计都取得了良好的测试效果。加速度计的频带宽,高频特性较好;速度计的频带窄,但低频特性较好。在现场测试时,应视具体工程、具体场合选用不同的传感器,以期及时取得良好的曲线。通常在短桩、小直径桩检测时采用加速度计,发现浅部缺陷,减少浅部“盲区”;在大直径、长桩的检测中采用速度计,取得深部缺陷及良好的桩底反射信号。但在实际工程中,宜将两种传感器配合使用,以弥补不足。并可采用速度计进行普检,对有怀疑的桩采用加速度计配合检测,进行曲线对比,作出评判。安装传感器时,应当使传感器纵轴线与桩纵轴线相平行,保证传感器与桩顶平面垂直,使接收到的纵波信号无畸变。传感器与桩顶的偶合应采用熟石膏粉、橡皮泥、黄油等粘合剂,使传感器与桩顶严密合为一体,以免产生振动杂波。2.3激震方式的选择理论和实践都证明,不同的激励方式将产生不同的效果。桩身中各处的响应是由于激振而产生的,激振不仅要产生一个具有一定能量的应力波沿桩身传递,更重要的是要考虑其激振力的脉冲宽度。一般来讲激振能量与脉宽取决于激振工具的重量、外形尺寸、锤头材料及打击力度,因为这些参数决定力脉冲作用时间。作用时间越短促,其力脉冲时间越窄,所含的高频成分越丰富;反之作用时间越长,其能量将主要集中在低频范围,认识这一点是正确把握激振的关键。如铁锤敲击桩顶激发的脉冲窄而尖,其激发频率相对较高,对于检测短桩及发现浅部缺陷有好处;尼龙锤或橡皮锤或木锤激发的脉冲宽而低,激发频率相对较低,对于发现深部缺陷及长桩桩底反射有好处。所以,在检测过程中应根据不同的目的选用不同材质、不同重量的锤击震。2.4滤波技术目前在桩基检测中滤波技术应用最多,尤以低通滤波为先。对干扰杂波较丰富的曲线,使用滤波手段会取得令人欣喜的效果。通常根据频域中的频率成分的存在,采取不同的滤波手段。一般对于短桩、小直径桩采用的低通滤波值较高;而对于长桩、大直径桩采用的低通滤波值较低,这样可使桩身的响应曲线更为明显。2.5曲线放大目前在桩基检测放大技术中有线性放大和指数放大两种手段。线性放大可使细小的缺陷明显,而指数放大则可使各反射面相对明显,各有千秋。线性放大对于缺陷定量化有好处,而指数放大有时会使曲线畸变。通常采用线性放大使不明显的反射线性增大,了解缺陷程度,应用指数放大来定性分析不明显的界面反射。2.6缺陷处信号重复反射问题的认别如果缺陷存在的部位位于一半桩长以内,则会产生二次反射叠加于曲线上,对这个问题应当认真区分否则会产生误判。一般来说,缺陷处重复反射的信号具有等时距的特点。如果存在反射界面等时距的现象,则就有重复反射的可能。3、工程实例3.1人工挖孔桩护壁对实测波形的影响某厂集体宿舍采用人工挖孔桩，桩径为l000mm，设计桩长为10.0m，护壁每段高约1.0m。反射波实测波形约在1.3m开始有周期性振荡，但是可以明显见到桩底反射。由于判定的缺陷深度在浅部，于是，我们建议工地对该桩缺陷进行凿除处理，然后重测，进一步对该缺陷以下部位进行完整性普查。该工地甲方和施工方给予了积极的配合，但凿到判断的缺陷位置仍未发现有离析、蜂窝等缺陷出现，而发现在其附近位置恰好为护壁接壤处，且桩身垂直剖面呈梯形。此时，对该桩凿平打磨后重测，浅部没有缺陷反射波，由此可确定第一次检测的周期性反射波由护壁引起。3.2竖向裂纹对实测波形的影响某大桥改造工程，基础仍利用原基础钻孔灌注桩，桩径1200mm，为了解这些旧桩的桩身完整性，采用反射波法进行完整性普查，普查中发现有部分桩动测曲线凌乱无规律，初步判断为浅部缺陷，引起缺陷的具体类型未能确定。在进行动测的同时，我中心对这些旧桩进行抽芯取样，以了解其砼强度。在抽芯取样过程中，发现这3根桩芯样竖向裂开，桩头经彻底冲洗干净后，可见竖向裂纹横贯整桩截面。后来发现动测曲线凌乱的桩均有此现象，据我们推测，竖向裂纹可能是因拆除旧桥时采用定向爆破而产生。于是我们建议对这些桩再向下凿除2m后重测，重测结果显示浅部的缺陷问题消失了，桩底反射清晰，动测效果十分理想。3.3浅部横向裂纹对测试波形的影响某厂房工程，采用预应力管桩，桩径为400mm，在进行反射波测试时，发现靠路边高出地面1.3m的桩浅部断裂。为进一步查明该桩的完整性，在施工方的配合下，锯去断裂部分重测，从曲线上分析，在1.2m仍存在裂纹缺陷。但值得注意的是，开挖并对该部位洗净后，并未发现有裂纹存在，距桩头1.5m以上部位全部清洗干净后，问题终于显露出来，实际上裂纹是在距桩头仅0.3m处。3.4土阻力对实测波形的影响某厂采用预应力管桩，桩径300mm，设计桩长15m，自上而下地层情况为：①素填土，②粉质粘土，③粉土。该工地动测21根桩，无论我们使用lkg的尼龙头小手锤，还是使用15kg重的力棒，均未能得到较理想的桩底反射。沙头某花园也采用预应力管桩，桩径500mm，设计桩长42m，地层自上而下为：①素填土，②粉质粘土，③淤泥质土，④粉砂，⑤淤泥质土，⑥砾砂，⑦砾砂混卵石，⑧强风化泥质粉砂岩。2007年11月，现场对该工地的其中5根桩进行反射波法动测，从动测曲线看，桩底反射清晰明显。通过这两个工地对比可以看出，虽然低应变冲击能量小，所激发桩周土阻力很小，但桩周土阻力特别是动土阻力对应力波传播的影响非常，导致应力波迅速衰减。3.5人为因素的影响某公司办公楼扩建工程采用钻孔灌注桩，总桩数20根，设计桩长34m，桩径800mm，桩身强度C25。20根桩反射波的平均波速约3700m／s，其中有两根桩在施工方提供的桩长位置未见桩底反射。而在25．7m(以平均波速计算)处有同相反射波，根据《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106一2003)，这两根桩属于Ⅲ类桩，应采取其它方法进一步抽检以确定其可用性，具体方法包括抽芯、高应变验桩或者静载试验。如果采取这些方法，会拖延工期，而且该工地在公路边，已经开挖，在雨季的时候土层容易坍塌。为此我们向施工方了解情况，经过复查，这两根桩的实际长度是27m(破桩到承台底标高后约为26m)。按实际的桩长再分析这两根桩，25．7m处的反射波为桩底反射，波速接近3700m／s，属于I类桩。提交报告后施工如期进行。4、结论(1)分析桩身缺陷要结合桩型，施工工艺，参考施工记录；(2)由于浅部缺陷或桩头存在的不良因素，反映在实测曲线上，其形态千差万别，在现场应仔细观察，记录测试桩头的情况，尽量在现场即时查找原因，无法解释的不要勉强提供结果；(3)对实测波形分析时要结合地质资料，考虑土阻力，特别是动阻力的影响；(4)对施工方提供的资料要认真查阅，如果发现特殊的情况，可以跟施工方多沟通，不要轻易下结论，造成不必要的麻烦。