桩身质量检测

桩身质量检测（共7篇）

桩身质量检测 篇1

1 检测原理及现场操作

1.1 低应变法

低应变法的理论依据是一维杆波动理论, 将桩等价于一维杆, 当在桩顶施加一瞬时垂直冲击力后, 就有弹性波沿桩身向下传播, 遇有波阻抗 (波阻抗Z=ρcA, ρ为密度, c为波速, A桩身截面积) 变化界面处时, 弹性波会发生反射。通过对反射信号的相位、振幅、频率等特征进行分析后即可对桩身缺陷进行评价。由于低应变法物理意义明确、测试设备轻便简单、检测速度快、检测成本低等优点, 目前普遍应用于基桩检测。《建筑桩基检测技术规范》 (JGJ106-2003) 规定, 低应变法适用于检测混凝土桩的桩身缺陷, 判定桩身缺陷的程度及位置。由于低应变法波形曲线上仅显示桩身阻抗变化的相关信息, 而桩身阻抗Z=ρcA是一个综合指标, 该指标不仅与介质质量状况有关, 还与介质尺寸变化等因素有关, 所以低应变法还不能对缺陷性质进行准确分辨, 缺陷横向尺寸的变化及其在桩截面横向上的位置也无法准确给出, 对缺陷程度只是一种定性评判, 还不能做出定量分析。对缺陷竖向位置也只是依据桩身平均波速进行的一种计算, 由于有其他因素影响故有一定误差。由于受桩周土、桩身材料阻尼、桩身截面变化、激振能量等因素的影响, 应力波的传播过程为能量和幅值衰减的过程, 如果桩过长, 或桩截面阻抗多变或变幅较大, 则应力波不能传回桩顶。另外当桩端土层的波阻抗与桩身波阻抗相同或相近时, 不能测到桩底的反射信号, 所以其测试深度有一定限制, 但没有具体数值, 只能在各具体工程中进行试验确定用该方法检测桩身缺陷是否可行。此外, 由于低应变法在实际应用于检测桩身缺陷过程中, 其影响因素比较多而且比较复杂, 所以有时会得到一条无法进行分析解释的波形曲线, 此时低应变法不再适用, 需通过其他检测方法对桩身缺陷进行评价。

1.2 声波透射法

该法依据弹性波理论, 利用超声波在弹性介质中的传播特性对介质的性质进行评价。其评价所用声学参数主要有波速、波幅、波频、波形等。与低应变法相比较, 其原理和理论依据相同, 不同的是低应变法冲击脉冲主频在几百赫兹, 而声波脉冲主频高达几万赫兹。现场操作也不相同, 现场测试时依据换能器间高程的不同可有水平同步法、高差同步法及扇面测试法等测试方式。《建筑桩基检测技术规范》 (JGJ106-2003) 规定, 声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身缺陷检测, 判定桩身缺陷的程度并确定其位置。与低应变法比较, 声波透射法也无法对缺陷性质做出准确分辨, 对缺陷在桩截面横向上位置的判断较低应变法强, 缺陷在竖向上的位置及范围能做出准确判断, 但对紧贴声测管的微小缺陷有可能造成误判, 对超出两声测管组成的剖面之外的桩身缺陷则无能为力。同时声波透射法宜检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性, 因为桩径较小时, 声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。由于需要预埋声测管, 抽样的随机性较差, 检测成本也相对较高。尽管如此, 与其他方法相比, 声波透射法仍具有如下优点: (1) 检测全面、细致, 检测范围可覆盖整个桩长的各个断面, 无检测“盲区”: (2) 检测较为快捷、方便。因此, 该方法目前已成为大直径、长桩长的混凝土灌注桩完整性检测的重要手段。《公路工程基桩动测技术规程》 (JTG/T F81-01-2004) 也专门规定“对重要工程的钻孔灌注桩, 采用超声波透射法检测的桩数不应少于50%”。

1.3 钻芯法

与前两种方法相比, 钻芯法检测桩身缺陷属于一种直接的方法。由于钻芯法是钻芯机直接从桩身上钻取混凝土芯样, 以测定桩身混凝土的质量和强度, 检查桩底沉渣和持力层情况, 并测定桩长, 进而对桩身缺陷做评价。钻芯法具有科学、直观、实用等特点, 正因为这种优点, 使得目前基桩完整性检测时, 当其他检测方法的检测结果需要验证时一般采用钻芯法进行验证。与其他方法相比, 钻芯法的缺点是设备笨重、检测时间长、检测成本高等, 其检测能力的限制条件主要受桩的长径比制约, 也不能对预制桩和钢桩的成桩质量进行检测。此外, 由钻孔在桩截面上的布设也可以看出:钻芯法实质上是由钻芯孔的范围内的桩身质量情况来代替整个桩身的质量情况, 相对于大直径桩而言, 这种代表性会很差, 对一些缩径或其他没有靠近钻孔位置的缺陷来说, 钻芯法也无能为力。其更适用于检测桩长、桩底沉渣及持力层岩性、桩身混凝土强度, 在缺陷程度较大时 (如缺陷横向规模占到桩截面的80%或更大时) 验证更合适。需要明确的一点是, 钻芯法所得到的混凝土芯样抗压强度不同于标养28天试块抗压强度, 也不同于同条件试块抗压强度。

2 工程实例及分析

低应变法与钻芯法对比

该桩为旋挖钻机施工钻孔灌注桩, 桩型为摩擦桩, 桩径1.0m, 桩长47m, 桩身混凝土强度等级为C40。地层为黏土、粉质黏土和粉土互层, 局部有细砂夹层。低应变法实测曲线反映桩顶以下19.0m处有一明显同相反射波, 有二次反射波, 桩底反射不明显。地质资料显示, 在桩顶以下19.0～20.5m范围内有一细砂夹层。施工中未发现特殊情况。由以上资料分析该处缺陷性质有可能是夹砂, 是缩径造成的夹砂还是桩身空洞填充砂还不能确定。该缺陷比较明显, 其竖向位置大概在19.0～21.0m, 在桩横截面上的位置则无法确定, 因此不能对钻孔位置的选取提供切实可行的指导。按规范要求随机选了第一个位置进行钻芯法检测, 结果显示在19.7～20.0m之间夹砂, 后分别在该孔两侧30cm处各布设一个钻孔, 左侧钻孔在19.8～20.0m之间夹砂, 右侧钻孔芯样连续、完整、表面光滑。通过对夹砂孔进行反复清孔, 然后高压注浆, 水泥用量达到2.1t。

从本实例可以看出, 不仅仅是缩径, 任何一种缺陷 (如本例中的夹砂, 不包括扩径类良性缺陷) 在低应变法实测曲线上的反应都是与入射波同相位, 其幅度与缺陷程度及其所处位置等因素有关, 但其性质只能结合其他情况进行大概分析还不能确定, 缺陷竖向位置的判定有一定误差, 而在桩截面横向上的位置则无法判定, 无法对钻孔选位提供指导, 而钻孔直径一般为100mm, 《建筑桩基检测技术规范》 (JGJ106-2003) 规定, 桩径小于1.2m的桩钻1孔, 桩径为1.2～1.6m的桩钻2孔, 桩径大于1.6m的桩钻3孔, 按钻孔最大直径计算, 其占整个桩截面的比例最大也仅为19%, 由此对整个桩身进行评价代表性不是很强。如果第一个钻孔正好取到芯样连续的位置, 那么两种方法之间就存在了极大的不一致性。这种不一致性也好理解, 但如何避免, 如何对桩身缺陷做出客观的评价才是关键。可以推断的是, 相对与整个桩身截面而言, 缺陷程度越大, 钻芯验证的效果就越好。

3 结语

通过以上对比分析及在工程实践中所遇到的实际情况可以得出以下结论:

(1) 低应变法具有简便、快速、成本低的特点, 是基桩质量普查的良好手段:声波透射法具有全面、细致、不受桩长限制等优点, 是重要工程基桩质量检测的重要保证:钻芯法具有直接性, 其特长在于检测桩长、桩身混凝土强度、桩端持力层状况等。作为直接的检测方法, 钻芯法也可作为低应变法和声波透射法检测的验证方法, 但对验证结果应能够具体分析, 最终对桩身缺陷做出客观、科学的评价。具体应用时, 可根据工程重要性等级、基桩施工水平的稳定性、场地工程地质情况等因素, 从各方法本身特长出发综合选用。

(2) 由于各桩身缺陷检测方法的理论依据、现场操作, 各方法的优缺点均不相同, 实际工作中出现对同一根桩身缺陷评价不一致的现象属于正常现象。当出现这种现象时, 应能从各方法本身及工程实际出发, 找出合理解释, 对基桩桩身缺陷做出客观的评价。

摘要：本文对当前桩身缺陷检测的三种方法, 从理论依据、现场操作、工程实例等方面进行对比分析。提出在实际应用中应根据各检测方法的优缺点合理进行方法组合, 当各检测方法之间出现不一致的检测结果时, 应从各方法本身出发结合工程实际进行综合分析, 对桩身缺陷做出客观评价。

关键词：桩身缺陷:低应变法:钻芯法:声波透射法:对比分析

参考文献

[1]钱大高.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制分析[J].淮北职业技术学院学报, 2010, (05) :122-123, 126

[2]朱德良.人工挖孔灌注排桩在基坑支护结构中的应用研究[J].武夷学院学报, 2010, (02) :68-72

桩身质量检测 篇2

随着我国工程建设事业的迅速发展, 水利工程、交通工程、电力工程、市政工程、港口工程等在我国方兴未艾, 由于工程体量大、标准高, 大直径钻孔灌注桩已成为工程界所选的最主要的营理形式。由于钻孔灌注桩属于隐蔽工程, 其成桩质量检测工作已成为检测工程质量的关键环节。

钻孔灌注桩成桩质量与土层条件、施工水平以及砼质量相关, 存在的缺陷类型主要有:缩径、夹泥、砼析、空调等, 目前对钻孔灌注桩完整性检测方法主要有:低应变法、高应变法、声波造射法和钻芯法等4种方法。

1 检测方法

1.1 低应变法

低应变反射波法是以一维波动理论为基理, 有桩身顶部进行竖向激振产生弹性波, 弹性波沉着桩身向下传播。当桩身阻抗存在截面积变化或界而发生明显差异, 将出现反射波, 经传感器接收、仪器放大, 滤波页和数据处理可以识别来自桩身不同的反射信息, 可以判断桩身完整性, 判定桩身缺陷的程度和位置。

该方法的理论合理严密, 又有大量的工程实践验证, 是国内外用来测试桩身质量的重要手段, 适用于钻孔灌注桩完整性的检测, 例:一根桩径1 500mm、桩长48.8m的钻孔灌注桩, 利用10kg力棒敲击采集到的测试波形, 桩底反射清晰, 桩身阻抗变化较小, 是一根完整桩。

但有些单位仅从工程进度、工程成本考虑, 不论工程情况, 单一采用低应变法检测钻孔灌注桩的桩身质量, 对低应变法期望过高是不合适的。

原因一:低应变动测依据的是阻抗的变化, 不能够准确地判断缺陷的具体类型, 也不能对桩身缺陷程度作定量判定。对于缺陷类型的判定应结合工程地质、施工情况综合分析, 或采取其它检测手段进行辅助验证。

原因二:由于受桩型、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料等因素的影响, 桩过长 (或长径比较大) 以及桩身截面阻抗多变等引起的应力波多次反射, 经常不能测到桩底反射, 从而无法评价整根桩的完整性。

1.2 高应变法

高应变法是用重锤冲击桩顶, 实测桩顶部的速度和力里程曲线, 通过波力理论分析, 对单桩竖身抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法, 高应变法检测桩身完整性的可靠性比低应变法要高, 但在带有普查性的完整性检测应用有一定困难。由于其激振能量和检测有效深度大的优点, 特别是判定桩身缺陷时, 能够查明“缺陷”对竖向抗压承载力的影响程度, 可以合理判断桩的缺陷程度, 在工程应用中作为低应变检测的辅助手段里可取的。

1.3 声波透射法

声波透射法是在预埋声测量之间发射并接受声波, 通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声波参数的相对变化, 对桩身完整性进行检测的方法。

与其它几种方法相比, 声波造射法有其鲜明的特点:检测全面、细致、范围可覆盖全桩长的各个截面, 信息量相当丰富, 结果准确可靠, 不受场地条件限制, 已成为混凝土灌注桩完整性检测的重要手段。

1.4 钻芯法

钻芯法是采用其钻探技术和施工工艺, 在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样, 通过对芯样的观看和测试, 用以评价成桩质量的检测方法。

钻芯法是一种微破损或局部破损检测方式, 具有科学、直观、实用的特点, 工程实践表明, 钻芯法不受条件限制, 特别适用于大直径钻孔灌注桩的成桩质量检测。检测有如下内容:

1) 验证桩身完整性;

2) 检测桩身强度是否符合设计要求;

3) 桩底持力层的岩土性状和厚度是否符合设计或规范要求;

4) 施工桩长是否真空。

缺点是对局部缺陷, 水平裂缝检测不一定十分准确, 另外设备庞大、员工费时、价格昂贵。

2 工程实例

1) 大直径钻孔灌注桩桩长过长, 利用低应变无法测试到桩底反射。

例如:某工程采用直径1 500mm, 桩长60.2m的钻孔灌注桩, 桩身混凝土强度为C25, 频期25天, 低应变用10kg的力棒敲击。在同一根桩上进行了高应变动力测试, 利用重锤锤击, 采集到的波形完好, 桩底反射清晰, 桩身完整。

2) 灌注桩桩身出现缺陷, 但无法测定缺陷程度。

某工程利用直径为1 500mm, 桩长60m钻孔灌注桩, 桩身混凝土强度为C25, 期28天, 低应变用10kg力棒敲击, 缺陷位置明显, 桩底反射不清晰, 对该缺陷程度的判定直接影响到该桩的处理方案。

2天后用高应变检测, 波形中桩底反射清晰, 有缺陷, 对承载力影响不大。根据高应变检测的结果, 对该桩没有进行进一步的事故处理, 降低了工程成本, 又控制了质量。

3) 钻孔灌注桩桩身出现严重缺陷反射, 采用钻芯验证。

某工程采用直径1 200mm, 桩长25m的钻孔灌注桩, 桩身混凝土等级为C25。低应变检测时发现一根抗波形异常, 在5.4m处出现严重缺陷反射, 且出现周期性反射, 无桩底反射。

经了解, 在该根桩施工时, 由于商品混凝土供应不及时, 浇桩时停了5个小时, 二次浇桩。为了核定桩身质量, 采取取芯验证。在桩身上钻取2孔, 孔深7m。取芯表明, 在5.2m~5.6m处夹有大量泥沙现象。

4) 超长桩采用低应变结合声波透射法检测。

某工程采用直径1 500mm, 62m长的钻孔灌注桩, 桩身混凝备启动和卷烟纸切换过程中张力的波动, 这是传统张力控制系统无法比拟的。

5结论

ZJ17卷接机组卷烟纸张力控制系统伺服控制技术的应用, 提高设备运行稳定性, 减少系统和印刷装置的机械维修, 提高效率, 在应用新技术对旧设备进行改造方面积累了经验, 也激励维修工在日常工作中认真学习, 钻研技术, 为企业的生产经营做贡献。

参考文献

[1]《YJ17—YJ27卷接机组》编写组.全国烟草行业统编教材[M].YJ17—YJ27卷接机组北京:中国科学技术出版社, 2001, 8

[2]边永生主编.烟机设备修理技师培训教材 (通用知识) .国家烟草专卖局职业技能鉴定指导中心, 2002, 12.

(上接第101页)

土等级为C25, 检测方法采用低应变和声波透射法进行结合检测。

进行声波透射法检测时, 各检测剖面的参数均无异常, 无声低于低限值异常, 桩为完整桩。

3结论

在大直径钻孔灌注桩的桩身质量检测中, 以低应变检测为普查主导, 辅助以高应变法、声波造射法和钻芯法等多种手段。对于重要的工程桩, 应选择埋设声测管作声波造射法, 或进行钻芯法检测是适宜的, 普查中出现的缺陷的桩宜结合地质资料、施工记录、监理日记等认真分析缺陷产生的原因和类型, 必要时采取其它检测方法确定缺陷程度和类型。

参考文献

[1]建筑基桩检测技术规范JGJ106-203.

[2]建筑桩基技术规范JGJ94-94.

超声波透射法检测桩身完整性解析 篇3

1 超声波透射法简析

对超声波透射法进行分析是一项系统性的工作, 其主要内容包括了技术原理、使用设备、常用参数等内容的分析。以下从几个方面出发, 对超声波透射法进行了简析。

1.1 技术原理

众所周知建筑工程的桩基础通常处于地下位置或者水下位置, 大多数属于隐蔽性较强的工程, 并且其具有工序繁杂、技术要求高、施工难度大等工程特点, 在这些特点的影响下导致了其很容易出现质量问题。因此可见对于桩基础工程质量检测的研究非常重要。而声波可以根据其自身波动频率的将其分为次声波、可闻声波、超声波特超声波等不同的声波种类, 而人能够听到的声波频率范围通常是20~20000Hz, 这一区间内的声波通常也被称为可闻声波, 但是当声波的频率超过20000Hz时, 人的耳朵无法听到这些声波, 这种声波就被称之为超声波。另外, 如果声波在物体中传播时当物体中各质点均进行连续不歇的振动时, 这种波就会被称之为连续波, 这一连续波就是建筑过程中混凝土检测中常用的脉冲波。

1.2 使用设备

在超声波透析法的应用过程中, 超声波检测往往需要能够解决声能和电能相互转换的问题, 因此这意味着通常会需要使用声波换能器来解决这一问题。除此之外, 工作人员在使用换能器时通常会需要对换能器进行有效的祸合, 而祸合的主要目的是在于尽可能的让更多的声波能量能够迅速的进入被测介质中, 并且在另一方面能够促使经介质传播后的声波信号最大限度的被测试系统迅速接收, 从而在此基础上提升测试系统的工作效率和工作精度。需要注意的是, 在超声波透析法的应用过程中U52OA自动测桩系统和U520型超声仪都是得到广泛应用的设备, 这些设备的应用能够有效提升自动系统的运行效率, 并且能够使用自动提升系统的机械滑轮装置, 从而能够十分轻松地移动并且定位声测管内存在的换能器。

1.3 常用参数

在超声波透析法的应用过程中通常会需要不同参数的支持, 例如在建筑工程中常用的混凝土质量检测中, 较为常用的超声波学参数主要包括了波速、波幅、频率、波形等内容。除此之外, 在混凝土桩的完整性测试过程中其波速与其弹性的性质通常是与其混凝土的内部结构有关, 而波幅则往往表示声波在穿过混凝土后的能量衰减程度, 这一指标的强弱通常会与混凝土桩的薪塑性有关, 即其对于缺陷区的反应比声时更为敏感。而接收波的主频率其本质是介质衰减作用中的一个表面参数, 即当其遇到桩身的缺陷时会出现较为严重的衰减, 而接收波形这一参数可以根据波形的畸变程度来作为判断缺陷的重要参考依据。

2 超声波透射法检测桩身完整性

超声波透射法检测桩身完整性需要许多步骤的有效支持, 这主要包括了建立关系曲线、检测数据整理、完整性计算等内容。以下从几个方面出发, 对超声波透射法检测桩身完整性进行了分析。

2.1 建立关系曲线

建立关系曲线是使用超声波透射法检测桩身完整性的第一步。通常来说桩基础和桩身通常会处于地下或者是水下, 因此导致了其施工程序繁琐并且技术要求较高, 因此在对其使用超声波透析法时需要首先建立相应的关系曲线来对比规范并且在已有判据的基础上对桩身的质量进行有效的判定。根据模糊数学中的相关理论, 在桩身的质量评价中, 其混凝土的整体强度与超声波的波速之间通常会存在着一定的相关性, 究其原因可以发现是因为混凝土的强度与弹性模量之间具有一定程度的相关性, 即弹性模量越高时混凝土桩身的完整性往往也就越高, 即通过这种相关性我们可以推导出其中的关系曲线。

2.2 检测数据整理

在建立完关系曲线后工作人员应当注重对之前获得的检测数据进行整理, 从而能够更好地将其带入关系曲线中。通常来说建筑工程的检测数据中, 灌注桩各根声测管之间的实测值在大多数情况下一般分布在400~1100mm之间。除此之外, 在桩身混凝土达到30天的龄期之后, 工作人员应当在尽可能达到同一工作状态进行测试的要求下来测试同一剖面中的多点, 对这些点尽可能的取离散性较小的数据的均值进行分析, 从而能够更好地找出在不同管距下不同的波速和波幅的具体变化规律。举例来说, 以380mm混凝土桩的超声波透射法检测结果中波速和波幅和波形的检测数据与参数通常会采用模糊的综合判定方法来进行综合判定, 从而能够对桩身的完整性和整体质量以及强度进行更加有效的检测, 并且确保检测结果的精确性与正确性。

2.3 完整性计算

在检测数据整理完毕后, 在通常情况下工作人员需要对数据进行完整性的计算。在计算的过程中需要注意由随机分布引起的计算误差。根据模糊数学中的相关理论, 可以证实混凝土桩身的完整性超声波检测的质量波动是符合正态分布的。在这一过程中需要注意的是, 虽然超声波的波速和混凝土桩身的强度之间具有一定程度的相关性, 但是能够直接影响到波速的因素还有很多, 因此在完整性计算的过程中可以发现其计算结果并不会完全的符合模糊数学中的正态分布。因此在这一前提下应当对桩身强度可靠度的计算, 在计算方法上可以采用一次二阶矩法来进行完整性计算结果的验算, 从而促进超声波透射法检测桩身完整性计算整体水平的有效提升。

3 结束语

随着我国建筑工程整体水平的持续提升和超声波透射法理论基础的持续完善, 在许多建筑工程中超声波透析法都得到了越来越广泛的应用。因此工作人员应当对超声波透析法有着清晰的了解, 从而在此基础上对于其在桩身完整性检测中的合理运用有着更大的帮助。

参考文献

[1]陈奕柏.超声波法在基桩反射波检测中的应用[J].暨南大学学报, 2005, 26 (0l) :127-129

桩身质量检测 篇4

20世纪80年代以来, 我国基桩检测技术得到了迅猛的发展, 尤其是基桩动测技术有着全新的改变。这使的我们检测人员的技术能力和检测经验有着更高的要求。既需要有岩土工程、桩基设计理论、桩基施工技术等方面的知识, 也要有土 (动) 力学、波动和振动理论、计算机应用技术等多门理论与技术, 既要掌握检测技术和熟练操作仪器设备的能力, 也要善于对数据进行综合的有效评价。还有, 在检测前期, 必须考虑到检测参数和方法的有效统一和建筑工程的成本、进度的控制。目前, 我国对于桩基检测主要包括基桩桩身质量检测 (包括桩身强度检测和桩身完整性检测) 和基桩承载力检测。而桩身质量检测我国规范认可的主要方法有四种, 分别为低应变检测法、高应变检测法、声波透射检测法及钻芯检测法。

1 分析基桩完整性检测方法的优劣及选用

1.1 低应变检测法

技术原理是当桩长L远大于桩径D (L>D) 时, 可称为一维弹性杆件。当在桩顶施加一激振源, 产生的压缩波将沿桩体向下传播, 其传播特性与桩身材质、桩体长度、桩身截面及桩端、桩周土有直接关系。在桩顶设置一速度 (或加速度) 型传感器与检测仪器相连接。当振动波沿桩体向下传播时, 遇到介质密度波速及桩径发生变化, 形成波阴抗界面, 弹性波将向上反射并到达桩顶。传感器将反射信号送入测试仪器即可记录到一条完整的振动波形时域曲线。从仪器上读出波的双程旅行时间T, 根据桩长L可计算波在桩身中传播的速度V。

若桩身有缺陷存在时, 可根据波形的形态、相位、振幅及频率来判断其性质, 并可读出双程旅行时间△T, 用波速可反求出其深度位置△L。

上述计算是通过向计算机程序输入有关参数自动完成的。

在低应变检测过程中发现, 完整桩的曲线可从四个方面确定:第一, 曲线光滑无毛刺;第二, 曲线最终回归基线;第三, 曲线实际反应的情况与设计参数相吻合;第四, 多次锤击后, 曲线的重复性好。

用低应变检测基桩的主要优点是, 检测仪器体积小, 携带方便, 检测时间快, 造价在四种检测方法中最低, 不会对基桩产生破坏, 缺点是对缺陷程度不好确定, 需要采用其它检测方法进行验证。

1.2 高应变法

高应变动力基桩检测时, 将2只加速度传感器对称安装在距桩顶1.0 m的桩侧表面, 另2只加速度传感器对称安装在锤两侧。吊起重锤, 自由落下, 锤击桩顶的中心, 冲击产生的力, 沿桩身传递应力波, 安置在桩侧的传感器采集到来自桩身不同部位的加速度信号与力的信号, 通过桩基动测系统的收集、放大和A/D转换, 转变成数字信号, 后传给计算机, 再经过分析软件的处理之后存入磁盘。室内分析时, 将现场采集的数据回放, 通过波动拟合程序进行实测曲线拟合, 判定地基土处于天然状态下的单桩竖向抗压极限承载力。波动拟合程序的基本理论依据是一维波动理论, 将桩视为均质弹性杆件, 若忽略去基桩的桩身粘结性, 则可建立一维波动方程。利用实测信号进行多次拟合与计算来估算基桩的桩侧和桩端土的阻力分布情况, 拟合静载试验的Q-s曲线。在高应变检测过程中发现, 承载力确定主要以静参数加动参数, 所以在动参数测定时要保证锤重、落距、仪器的安置情况与实际采集的数据是否相符外, 还应确定静参数的设定和取值, 最好以该场地相应的静载荷检测数据为准, 没有此类数据时, 需参照类似的静载荷数据, 才能保证高应变的检测结果。用高应变检测基桩的主要优点是, 缺陷的位置较为准确, 能对承载力进行评价, 检测时间短, 不会对基桩产生破坏;缺点是造价与钻芯的价格基本一致, 缺陷程度不好确定, 需要通过其他检测手段进行验证。

1.3 声波透射法

声波透射法的检测原理是将超声脉冲发射换能器与接收换能器放置于预埋声测管中, 管中注满清水。通过仪器发出一系列电压脉冲, 经发射换能器转换为超声脉冲, 该脉冲被接收换能器接收并转换成电信号, 由超声仪器对信号进行综合分析处理, 即可对桩身混凝土的完整性、缺陷的范围、位置和程度, 以及桩身混凝土整体均匀性等做出准确判断。声测管的埋设是根据桩径大小, 在桩身内预埋2~4根声测管。声测管内径要大于换能器外径;声测管要有足够的径向刚度、下端封闭、上端加盖、管内无异物;连接处应光顺过渡, 管口高出混凝土顶面100mm以上;浇筑混凝土前应将声测管有效固定。声波透射检测时, 检查声测管是否通顺, 并在管内注满清水, 每两根声测管编为一组。发射和接收声波换能器分别放置到声测管内的相同高度, 由下向上等高同步提升。提升间距不大于100 mm。提升过程中, 应校核换能器的深度和校正换能器的高差, 并确保测试波形的稳定性, 提升速度不宜大于0.5 m/s。实时显示、记录每条声测线的信号时程曲线, 并读取首波声时、幅值。声测线的间距, 仪器设置参数在同一检测剖面上应保持不变。声波透射法数据分析时按照规范要求, 绘制声速-深度曲线和波幅-深度曲线, 计算声速异常判断临界值和幅度异常判断临界值。在声波透射检测过程中发现, 曲线有问题时, 不能完全确定该基桩存在问题:需要重新测量管距再次测量, 观察两次采集的数据是否一致;采用斜侧的方法对缺陷位置再次进行检测。最终确定基桩缺陷的位置, 并通过低应变方法和钻心法进一步确定基桩的缺陷程度。用声波透射检测基桩的主要优点是, 缺陷的位置比较准确, 造价适中, 时间比钻芯要短;缺点是缺陷程度不好确定, 要靠其它辅助方法进行确定。

1.4 钻心法

钻芯法是一种科学、直观、实用的检测方法, 是验证检测桩身完整性的方法之一, 通过钻芯法可以对基桩的整体情况进行确定, 检查混凝土有无气孔、松散、断桩或桩底沉渣厚度等, 也能对芯样进行抗压强度试验, 确定桩身强度。但钻芯时成孔的垂直度很难控制, 对于受检桩的桩长较长时, 钻芯就很容易偏离桩身, 故规范要求受检桩的桩径不宜小于800mm, 长径比不宜大于30 m。在钻心检测过程中发现, 在钻取芯样时, 第一, 需保证速率均匀且不能过快;第二, 芯样位置位置的选取也很重要;第三, 根据基桩强度的不同应选取不同的设备。用钻心检测基桩的主要优点是, 检测的结果比较直接, 缺陷的位置与程度容易确定;缺点是对基桩会产生局部破坏, 且造价高, 时间长。

总之, 四种基桩完整性检测方法各有所长。所以, 桩基工程的合理检测方法如下:对于直径大于800 mm, 并已埋置声测管的基桩, 建议用声波透射法检测;对于直径小于800 mm, 建议用低应变法检测;对于有承载力要求的用高应变法检测;对于有检测中有疑问的基桩用钻心法检测。

2 结语

总之, 基桩检测方法都有其优缺点, 只有根据实际情况与要求, 选用不同的检测方法, 相互配合和补充, 使其在基桩检测中发挥不同的作用, 才能做出准确、可靠的判定。而促进基桩检测技术的进步, 提高检测人员自身的工作水平, 对我们从事岩土工程检测的人员来说非常重要。也只有这样, 才能为检测质量的提高做有力保障, 这样才能满足和适应检测市场的需要。

参考文献

[1]JGJ106-2014.建筑基桩检测技术规范[S].

桩身质量检测 篇5

1 基本原理

通常在桩基完整性检测时,把桩简化为一维的弹性直杆,桩受力时保持等截面,忽略桩的内外阻尼和桩侧土阻力,桩周土对桩的约束和支撑作用集中由桩底的一个弹簧代替。桩的力从桩体截出dx段,由达朗贝原理可推导出波动方程:

$\frac{\partial {}^{2}u}{\partial {}^{2}t}=V{}_c^2\frac{\partial {}^{2}u}{\partial {}^{2}x}$ (1)

其中,Vc为应力波传播速度,$V{}_c=\sqrt{E/{\rm P}}‚{\rm P}$为质量密度,E为弹性模量;u为质点位移。

根据式(1)及应力波传播理论、边界条件连续性、牛顿第三定律和波阵面动量守恒条件等, 可推导出波阻抗界面处的入射波、反射波和透射波的应力σ1,σR,σT及速度V1,VR,VT有下列关系, 即:

σR=Fσ1,σT=Tσ1 (2)

VR=-FV1,VT=nTV1 (3)

其中,反射系数:

$F=\frac{1-n}{1+n}$ (4)

透射系数:

${\rm T}=\frac{2}{1+n}$ (5)

波阻抗比:

$n=\frac{\rho {}_{1}c{}_{1}A{}_1}{\rho {}_{2}c{}_{2}A{}_2}$ (6)

其中,ρi,ci,Ai分别为桩身i截面混凝土密度、纵波传播速度、横截面积(i=1,系阻抗界面以上的入射波截面;i=2,系阻抗界面以下的透射波截面)。

以上是基于理论得出的结论,但是在工程实践中由于振动波在传递中受到大量不定因素的影响如波在桩身内的衰减,桩周土对波的传递影响等,要对桩身作出较为精确的分析是十分困难的,以下就在工程中遇到的几个问题作探讨。

2 桩周土阻力对波形的影响

2.1 土的阻尼作用

由于土的阻尼作用,桩中应力波所到之处均激发出引起桩身质点反向振动的土阻力波,使应力波发生指数衰减。桩周土阻力引起的上行压力波导致首波后出现宽缓的负值部分(负向脉冲)。

2.2 不同的土层状况对波形有不同影响

如遇到坚硬夹层,波形曲线在坚硬土层的位置有下凹的反射信号,产生类似扩径的假缺陷;碰到软弱夹层,波形曲线在较弱土层的位置有上凸的反射信号,产生类似缩颈的假缺陷;如遇到上软下硬的相邻土层,波形曲线在软硬土层交界附近产生一下凹的反射信号,曲线下凹后并不立即恢复而是逐渐回升到原来高度。

例如某灌注桩长25.0 m,桩径1.2 m。工地的土层自上而下分别为:①淤泥层3.0 m～5.0 m,灰色、饱和、流塑;②粉质黏土5.0 m～10.0 m,灰色、饱和、软塑;③粉质黏土10.0 m～20.8 m,饱和、硬塑;④粉土20.8 m～25.8 m,黄褐色, 中密;⑤粉质黏土25.8 m以上,灰色、饱和、可塑。桩的实测波形见图1,图中波形曲线在5.0 m和10.0 m左右处有下凹的反射信号,这是由土层变化引起的,这根桩是没有缺陷的完整桩。

3 人为造成桩身波阻抗变化的波形影响

人为造成波阻抗变化如变截面桩、钢筋笼未通长配置时等。当波传递到一个变阻抗位置时,理论上可以根据入射波、反射波大小来确定阻抗变化大小。但由于实践中各类干扰的影响、仪器上的原因,波阻抗的变化不可能有个精确的量化,并且由于该截面处阻抗变化产生的反射波等会影响波再向下传递,如果再向下遇到第二波阻抗变化的断面或是桩底,那么传感器收集到的波形更加复杂,甚至无法清楚区别,这样对桩身的质量判定造成一定困难。同时,某些正常的阻抗变化也会干扰工作人员的判断。遇到这种困难首先对波形作出初步的判别,不作肯定的结论,要充分了解施工情况,打桩单位在施工中的记录或遇到的异常情况如停电、机器损坏修理耽误等都有可能是帮助工作者正确判定的重要依据;其次是了解该地区的地质情况,不同的土层或相同土层由于所在位置的不同都会引起波形变化。

例如某工程的工程桩为桩径60 cm,桩长约30 m的沉管灌注桩,使用高阻尼速度传感器后波形曲线出现了不应出现的高频振荡波,依据曲线初步认为在距桩顶L判定是1.4 m距离上有一明显缺陷,估计为局部裂隙或缩颈,但现场测试时发现桩钢筋伸出 4 m～5 m,明显长于其他桩,且数量和直径亦不同。后了解该桩在施工时钢筋笼下掉,为弥补上部无筋而后插5根钢筋。所以判定后插的钢筋只插到1.5 m左右,造成桩头和下部桩身上硬下软,因波形只体现阻抗的变化,在该位置的缺陷不应以裂隙及缩颈为主。开挖后桩内钢筋是插歪入土,且钢筋外伸处恰有轻度缩颈,距桩顶实距1.3 m。

4 结语

桩基础属于隐蔽工程,其工程质量直接关系到结构的正常使用与安全。因此,基桩成桩后的质量检验显得至关重要。而在检测过程中,影响检测成果精确性的因素又是多方面的。这就需要大家明确影响检测的重要因素,尽量地排除干扰,寻找合理的判定依据,从而得出正确的结论。

1)桩周土层阻尼系数的变化对波形的影响与桩身阻抗的变化对波形的影响相类似,在工程测桩中容易造成混淆,引起误判。与桩阻抗变化引起的突变信号相比,土阻力引起的反射信号一般是渐变的,可通过对同场地、同桩型的实测结果进行综合比较,并分析工程地质资料来判读。

2)桩身波阻抗变化的因素较多,除日常所见的缺陷会改变桩身的波阻抗外,其他如桩身各部含钢量的不同、穿透了不同的土质地层,甚至同一根桩因停电、修机器等原因间隔一段时间再打也会有波阻抗的变化。所以,运用反射波法检测桩身质量时,充分了解施工情况、现场条件也是判定的重要依据。

参考文献

[1]罗骐先.桩基工程检测手册[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]张跃明.桩周土对桩基完整性检测的影响[J].华东公路,2003(6):76.

[3]张宏.灌注桩检测与处理[M].北京:人民交通出版社,2001.

桩身质量检测 篇6

关键词：低应变反射波法,检测,桩身,缺陷

0 引言

预应力高强度混凝土管桩代号为PHC(简称PHC管桩)和人工挖孔桩,因施工工艺简单、质量可靠、单桩承载力高等优点,目前在建筑工程上应用比较广泛。对桩身完整性的检测,目前较为快速有效的首选方法是低应变反射波法,此方法因理论上的局限性,在实际应用中有时会得出与实际不相符的结果,本文通过工程检测实例对浅部虚假缺陷现象进行了初步分析,以期在实际工作中得以提高认识。

1 检测原理和方法

基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是:通过在桩顶施加激振信号产生应力波,该应力波沿桩身传播过程中,遇到波阻抗变化界面(如桩身裂缝、桩身断裂、接桩处焊接不良、混凝土低强度区等桩身缺陷形式)和桩底面时,将产生反射波,通过分析反射波的到时、幅值和波形特征,就能判断桩的完整性。

假设桩为一维线性弹性杆,其长度为L,横截面积为A,弹性模量为E,质量密度为ρ,弹性波速为$c(c=\sqrt{\frac{E}{\rho }})$,广义波阻抗为Z=Acρ,土阻力为R,根据相关理论推导可得桩的一维波动方程:

$\frac{\partial {}^{2}u}{\partial t{}^2}=c{}^2\frac{\partial {}^{2}u}{\partial x{}^2}-\frac{R}{\rho A}$ (1)

假设桩身中某处波阻抗发生变化,当应力波Vi从介质Ⅰ(Z1=A1c1ρ1)进入介质Ⅱ(Z2=A2c2ρ2)时,将产生反射波Vr和透射波Vt。

它们与波阻抗的关系为:

Vr=Vi×(Z1-Z2)/(Z1+Z2) (2)

Vt=2Vi×Z1/(Z1+Z2) (3)

在低应变反射波法检测桩身完整性检测中,通常只考虑速度量。下面分两种情况讨论:

1)当桩底与持力层胶结良好,波阻抗近似不变时(Z1≈Z2),由式(2)和式(3)可知,应力波在桩底几乎全透射入持力层,基本无反射信号,一般看不到桩底反射(先决条件是激振的能量充分影响到桩底情况下)。

2)当界面上应力波从高阻抗进入低阻抗时(Z1>Z2),桩长较短或者如桩端上浮、桩身裂缝、桩身断裂、接桩处焊接不良等缺陷时,由式(2)可知,Vr和Vt符号一致,在时程曲线上反射波与入射波同相。

根据桩身缺陷反射波的幅值定性确定桩身缺陷的严重程度;根据反射波的到时Δtx由下式确定桩身缺陷位置:Lx=c×Δtx/2。

在桩顶用激振装置产生应力波,该应力波沿桩身传播过程中,在桩身不连续界面(如蜂窝、离析、缩颈、夹泥、裂缝等)和桩底面将分别产生反射波,其反射波由安装在桩顶面的接收传感器接收,并由检测仪存储。通过专用软件分析各反射波的到达时间、波幅和波形特征,以判断桩身完整性。

2 工程实例

深圳市宝安中心区某房地产二期工程,其中多层建筑为15栋,建筑设计为框架结构,采用PHC管桩,桩径为300,单桩容许承载力设计值为800 kN,桩身混凝土强度等级为C80,设计桩长为25 m左右,桩端持力层为强风化混合岩,根据勘察报告本场地表层土为回填土,厚度在1.5 m～8.0 m。检测采用美国PDI公司生产的PIT桩身完整性检测仪,按照相关规范对该工地抽检了700多根基桩,现场检测发现有多根桩出现了如图1所示的类似信号,图1显示,这根桩在3.0 m左右有一个与入射波同相位的峰值波,因是预应力管桩经核对非接桩处,推断应为断桩或裂缝的反映,因这两根桩桩头都位于地面,于是征得建设单位同意,这根桩机械开挖到相应位置观察缺陷,在开挖过程中发现这两根桩桩周分别在2.0 m～2.6 m左右回填水泥块和石头,桩身并没有发现缺陷,于是在桩身上部裸露情况下重新进行检测,其重测的波形表明桩身较完整(如图2所示),据此我们推断,本工程待检测的基桩如果检测面完好,再出现类似的信号,说明是桩周充填物所致,在接下来的工作中,我们又开挖了几桩类似信号的基桩,证明我们的推断是正确的。

3 浅部虚假缺陷现象探究

如上所述,在PHC管桩和人工挖孔桩检测中,测试信号经常表现为浅部有缺陷反应,经过开挖验证桩周浅部土层(充填物)对测试信号影响很大,当桩周充填物刚度与桩身材料刚度差别不是特别悬殊时,相当于桩身浅部先扩颈再缩颈,检测信号会出现有明显缺陷反应,如果对成桩工艺、地质条件等情况未进行综合分析,很容易得出与实际不相符的结论,这是由此方法的检测原理决定的:反射波法理论基础是一维线弹性杆件纵波理论,其前提是瞬态激励脉冲有效高频谐波分量的波长与实检桩的半径之比足够大(一般宜大于10),否则平截面假设不成立,即一维纵波沿杆传播的问题转化为应力波沿具有一定横向尺寸柱体传播,即三维问题。当桩身存在不止一个阻抗变化截面(包括在桩身某一范围内阻抗渐变的情况)时,由各阻抗变化截面的一次和多次反射波想到叠加,除距桩顶第一阻抗变化截面的一次反射能够辨认外,其后的反射信号可能变得十分复杂,难于分析判断[1]。

4 结语

有些所谓浅部缺陷现象,并非真正的缺陷,而是假象的缺陷,即虚拟缺陷现象的反映。在检测预应力混凝土管桩时,桩头检测面是完好的,如发现波形有明显异常,而一时又无法肯定是什么原因引起,最好对桩身浅部开挖或锯掉桩头一段,再重新进行检测,连续采集3个以上相似的波形,重新对桩身质量进行评价,以做出正确的判断。在检测人工挖孔桩时,如确认为是虚拟缺陷现象,则要打掉桩头附近护壁或重新清理好桩头,再进行检测,以便得到反映桩身结构的真实波形;不同场地出现类似的信号,要进行区别对待,在充分验证的基础上进行综合判断比较符合实际。

参考文献

[1]陈凡,徐天平.基桩质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

桩身质量检测 篇7

关键词：黏土地基,桩身倾斜,裂缝

1 工程概况[1]

1)设计要点。兴建于20世纪90年代的某大学教学综合楼,建筑平面呈工字形,前楼3层为阶梯形教室,后楼8层为教学综合楼,前后楼之间用廊道连接,总建筑面积近10 000m 2,钢筋混凝土框架结构,设防烈度为7度,抗震等级取3级。2)地质条件。地层构造如下:(1)杂填土:由灰褐到褐红色,层厚0.1m～1.2m,由松软到中密,含有植物根与建筑垃圾。(2)黏土:由褐色到褐红色,局部夹细砂,发育较完整,土质较均匀,平均厚度约6m。(3)砂质黏土:以细、中砂为主要成分,层厚1.5m～2.5m,由褐色到红色;中实,饱和,可塑;含氧化铁成分。(4)黏土夹漂石:红色,厚度不均,最大厚度为5m。(5)第三系风化岩:褐红色,较完整。3)施工概况。a.人工挖孔桩由专门队伍负责施工,按规范操作,质量监控正规,检测工作到位,竣工验收合格。b.虽然没有完整的施工组织设计,且施工过程中发生过塔吊操作失误,行车塌落伤人等重大事故,也出现过拆模过早的现象。但是框架梁、柱和楼、屋面板等主体构件的混凝土强度等级均达到或超过设计强度,所用钢材材质的物理化学性能均符合规范要求,说明施工方面不存在大问题。

2 裂缝现状

1)主体竣工时,并未发现肉眼可见的任何结构裂缝;2)工程进入装修阶段后,前后楼同时出现结构裂缝现象:a.前楼结构裂缝出现在楼板的支座线附近,裂缝走向与支座(主框架梁)平行,缝宽在0.2mm以上,肉眼可见。b.前楼2层,3层卫生间漏水现象严重,根本无法投入使用。c.后楼以墙面裂缝最为突出,东西山墙面上出现罕见的“之”字形裂缝和分枝状裂缝。每条裂缝蜿蜒曲折,长达数米。裂缝深度从面砖灰缝表皮一直贯通到墙体深部。d.除山墙外,其他内外墙面均可见到裂缝,但以底层裂缝最为严重。e.由于结构裂缝和楼屋面渗漏现象严重,在建成以后一段时期,不敢投入教学使用。

3 机理分析

3.1 裂缝产生的特殊性[2]

1)框架填充墙理论上并不受力,填充墙上出现奇异裂缝,必然是框架梁、柱出现整体变形,迫使框架节点出现角变位,从而使填充墙受挤,因此,必然存在奇特原因。2)整体框架,尤其是设计安全水准偏高(按抗震设防)的框架,纵梁支座和板支座附近的负弯矩区,一般也由于塑性变形的影响,负弯矩值比理论计算值偏低不应在此处出现裂缝之所以在这里出现裂缝也证明是框架出现整体变形所致,因此,必然存在特殊原因。

3.2 裂缝合成的必然性

1)墙面上出现复杂产状的“之”字形裂缝和分叉形树枝状裂缝,必然有一组与裂缝产状(裂缝方向)相对应的主拉应力存在。

2)框架出现整体变形的可能性一般是框架柱出现倾斜,使填充墙的一侧边受到挤压力,上框架梁出现荷载条件下的正常挠曲变形,使填充墙墙顶的跨中1/2区域范围内受到垂直压力,而墙顶的两个角区附近出现上拔力(由墙顶粘着力产生);下框架梁(或地基梁)则出现上凸挠曲变形,填充墙的底部为了与地基梁的变形协调,则必在墙上产生与主拉应力相适应的倒八字形裂缝。墙底部分的倒八字形裂缝与由墙顶的垂直压力(重力)或向上拔力和墙侧柱身传来的水平挤压力合成的主拉应力引起的裂缝组合以后,就必然形成墙面的“之”字形裂缝或树枝状裂缝,如图1所示。

3)框架柱出现倾斜变形后,主框架梁身亦出现向一侧倾斜,因而使一侧的楼板面有下抑趋势,板支座附近的负弯矩值衰减,而另一侧的板面有上翘趋势,板面负弯矩值激增,从而使裂缝首先在这里出现,裂缝走向与主框架梁平行,如图2所示。

4 原因认定

从以上的结构裂缝机理分析认定了墙面裂缝和板面裂缝的原因是由于框架出现倾斜变形,因此必须再找出框架柱出现倾斜变形的原因[3]。

1)从工程地质条件可以认定,第三系红黏土必然属于具有一定膨胀势能的膨胀土,6m厚的红黏土夹在上下两个含水层之间,一旦吸水膨胀,必然会产生强大的各向异性的膨胀压力。2)人工挖孔桩的施工工艺是分段掘进(下挖),分段浇筑薄层钢筋混凝土护壁,浇筑条件困难,混凝土施工缝多,必然形成钢筋混凝土挖孔桩桩身与土体之间的输水通道,将上、下含水层中的水体输入黏土层,起到引“狼”入室的作用。3)可以认定,红黏土吸水膨胀产生的膨胀压力就是导致人工挖孔桩桩身和框架柱倾斜的唯一原因。4)可以认定,填充墙墙面裂缝、楼屋面板上裂缝主要也是由膨胀土地基的破坏作用引起。另外施工管理不善,施工质量方面也可能存在一些问题,但决不是引起墙面和板面裂缝的原因。

5 安全评估

1)由于通过桩身周围的护壁输水并进入黏土层有一个缓慢的时间过程因此膨胀破坏作用的出现就要滞后很多所以结构裂缝现象往往出现在主体结构竣工以后一段较长的时间内。2)桩周一定范围内的土体吸水、膨胀并软化以后,会成为一个不能传递膨胀压力的缓冲区,对桩身起了缓冲、保护作用。因此当桩与柱的倾斜变形和结构裂缝现象发展到一定程度后,就会稳定下来,不会无限度的发展下去。3)在软化缓和区的外围,形成了一个膨胀势能释放区,膨胀压力会向外围,向下层土,尤其是向抵抗力最弱的上层覆盖土爆发,因此会对底层地面引起长期的、持续的隆起破坏作用

参考文献

[1]谢征勋.工程事故分析与工程安全[M].北京:北京大学出版社,2006.

[2]冼贤均.软黏土地基堤防处理方案的选择[J].施工技术,2009(5):121-122.