论述桩基检测中低应变检测法技术分析

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1、论述桩基检测中低应变检测法技术分析余杰(江门市蓬江区建筑工程质量检测站.529000)摘要：本文阐述了低应变反射波检测法的工作原理，并针对桩基检测中低应变检测技术进行分析论述，仅供参考。关键词：桩基检测；低应变；检测技术1低应变反射波检测法工作原理分析反射波法以应力波在桩身中的传播特征为理论基础，当应力波在假定的一维均质杆件(桩)中传播时，取直杆的轴线作轴，假定变形前的原始截面积A、介质密度P、弹性模量E及其他材料性能参数均与坐标无关，各运动参数仅为x和t的函数，则直杆各截面的纵向振动位移可表示为u(x,t)。其纵向振动微分方程为：式中C2=E/p，为纵波在杆件中的传播速度。应力波在传播过

2、程中，由于桩身截面的非杆性体特性，将会引起三维效应和横向惯性效应，给动测资料带来一定的不单一性，见图1。在桩顶激振后，由于质点的振动引起应力波往下传播，当遇到阻抗(RA)界面时，将产生反射和透射。根据界面连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度V、应力ó均应相等，即Vl+VR=VTA1(ól+óR)=A2óT式中Vl——入射波质点速度；VR——反射波质点速度；VT——入射波质点速度：ól——入射波质点应力：óR——反射波质点应力：óT——入射波质点应力；A1——波阻抗界面上桩身的横截面面积；A2——波阻抗界面下桩身的横截面面积。由波阵面动量守恒条件得：式中p1——波阻抗界面上桩身混凝土

3、密度：p2——波阻抗界面下桩身混凝土密度；C1——波阻抗界面上侧的纵波波速；C2——波阻抗界面下侧的纵波波速；Z1——波阻抗界面上桩身的波阻抗，Z1=p1C1A1Z2——波阻抗界面下桩身的波阻抗，Z2=p2C2A2将式(2)和式(3)联立求解，可得：式中n——波阻抗比值，n=p1C1A1／p2C2A2F——反射系数，F=(1-n)/(1+n)T——透射系数，T=2／(1+n)。公式(4)、公式(5)是反射波诊断的依据，桩身各种性状以及桩底不同的支承条件，均可归纳成以下三种波阻抗变化类型。①当桩底为支承桩，胶结良好，波阻抗近似不变时(Z1≈Z2)，则n=1，F=O，T=1。由式(4)、式(5

4、)可知，óR=VR=0，应力波为全透射，无反射信号，一般看不到桩底反射。但先决条件是激振的能量能充分影响到桩底。②当界面上应力波从高阻抗进入低阻抗时(Z1>Z2)，如磨擦桩的桩底、断裂、离析、缩颈等缺陷。Z1>Z2，则n>l，F<0，T>0，由公式(4)可知，óR与ó1异号，反射波为下行拉力波。根据应力符号的定义，上行的拉力波与下行压力波一致，由公式(5)可知，VR与V1符号一致。总之，在桩顶检测出的反射波速度、应力均与入射波信号极性一致。当桩底存在沉渣或桩身完全断裂情况下，Z1>>Z2，则n→∞，F=-1，T=0。此时由式(4)、式(5)可得出óR=-ó1，VR=V1即桩底处于应力为零，

5、速度加倍。③当界面上应力波从低阻抗进入高阻抗时(Z10，由式(4)、式(5)可知，óR与ó1同号，反射应力与入射的压缩波相同，而VR与V1相反，反射波与入射波反相。2曲线解析2.1完整桩一般完整桩在时程曲线上的特征为：波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间，如图2所示。图2:该桩为桩径1000mm、桩长30.3m钻孔桩，设计混凝土强度等级为C30，桩身完整，波速为3700m／s，在8m以前曲线下降，为粉砂土较好地层反应。桩底反射与入射同相，桩底反射明显。2.2缩颈(夹泥)桩缩颈处截面积变小，波阻抗

6、减小，应力波遇到缩颈会产生与入射波振动方向同相的反射，波形比较规则，波速一般正常。一般能看到桩底反射，若缩颈部位较浅，缩颈还会出现几次反射，但若缩颈程度严重，则难以看到桩底反射。图3:该桩为直径426mm、桩长18m的沉管桩。钢筋笼长6m，设计承载力标；隹值320kN。经测试，桩身6.5～7m处存在缩径或局部离析，系因成桩时拔管太快所致，说明钢筋笼底部存在缺陷，但桩底基本可见，属II类桩。图4：该桩为直径l500mm、桩长44.5m、C25的钻孔桩。测试时发生在2m处同向子波反射幅值高于初至波，并有后继的多次反射，检测人员误认为是传感器黏结引起的正常振荡，判为I类桩。经证实在2.2m左右桩

7、身严重缺陷(夹泥)，应属于III类桩，后凿去桩头缺陷上部段，重新接桩。2.3扩径桩扩径桩在曲线上反射波形较为规则，扩径处的反射波呈反相，或先反相后续同相，也可能有多次反射，一般情况能看到桩底反射。需要注意的是，如果桩周土较硬，波形曲线上也会出现类似于扩颈的反射波，如图5所示。图5：该桩直径1200mm、桩长18.3m、C25。在灌注桩成桩过程中，由于孔口偏位校正，使桩浅部扩大造成扩径。实际灌入混凝土33m(设计仅22m)