浅谈低应变动测法在桥梁桩基检测中的应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：桩基是当下桥梁工程中使用最广泛的基础形式，科学的桩基检测方法可以实现桥梁工程的质量控制，客观准确的桩基的检测数据也是今后对桥梁工程进行评价的关键数据。本文对我国目前广泛使用的检测桥梁桩基方法―低应变动力检测法进行分析，并结合工程实例探讨了低应变动力检测法在桥梁桩基检测中的应用。
　　关键词：低应变动测法、桩基检测、工程实例、局限性；
　　 低应变动测法主要包括水电效应法、反射波法和机械阻抗法等等，是指在桩顶面实施低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内做弹性振动，并由此产生应力波的纵向传播，同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价的一种检测方法，其中以反射波法原理简单、检测效率高、设备简单、成本低进而在桩基检测过程中被大量使用。
　　1、基本原理
　　 通常情况下, 在桩顶击振桩头, 它产生的振动波以入射波的形式在桩身中传播, 在桩长L 和桩径D 之比较大, 而且桩径D和入射波的波长相比较小时, 可把桩设想成为理想直杆。则桩的振动响应可用一维波动方程表达为:
　　
　　
　　（1）
　　
　　求出一个特解为：
　　
　　（2）
　　
　　式中: u-----------位移( 或速度) ;
　　 c-----------波速;
　　 x-----------从桩顶至某截面的距离;
　　 t-----------时间
　　( 2) 式的特解中, 右边f( x- ct) 为入射波, g ( x+ ct) 则为反射波。当波在桩身传播遇到不连续( 阻抗) 的界面时, 就会有部分波以反射波的形式往回反射, 其余的继续向前传播, 此时波的反射率R 和传递系数T 由( 3) 式表达, 通过它的波阻抗的变化, 来检测桩基的完整性。
　　
　　
　　(3)
　　式中: Z--------------桩身的波阻抗, Z= AE/ c;
　　 A------------- 桩截面积;
　　 E--------------材料的弹性模量
　　2、测试系统
　　 测试系统主要包括：信号采集仪（可与计算机联为一体或测试后再与计算机相联对信号进行处理）、传感器、力锤、打印机等。信号采集仪应采用12位或16位A/D转换器，且A/D转换器处理技术要过关，不能出现“量化能力不够”、“过零”不好和“采空”等现象。系统采样频率应大于截止频率的2.5倍，同时要避免出现干扰信号，特别是50Hz的干扰，故在现场最好用直流电源，尽量避免使用交流电。传感器应首选冲击型或内装放大式加速度计，由于加速度计频响范围较宽，有数赫至数千赫兹。且低频响应和零漂性能更好。普通速度计和高阻尼速度传感器要慎用，特别在测长、大桩时尽量避免使用。
　　3、测试注意事项
　　 测试过程是获取好信号的关键，测试中应注意：a、测试点的选择。测试点数依桩径不同、测试信号情况不同而有所不同，一般要求桩径120cm以上，测试3~4点，测试点距钢筋笼不少于10cm,于桩中心及四周均布，测试点需打磨，以保证传感器与桩头粘贴良好；b、锤击点的选择。锤击点宜选择距传感器20~30cm处（不必考虑桩茎大小），距离太近，锤击时冲击力对传感器影响太大，距离太远则有横波影响，波形振荡。锤击点不必打磨，如已打磨，必加橡胶垫，否则会引起波形振荡，不能反映实际桩身情况；c、传感器安装。传感器根据所选测试点位置安装，注意选择好粘贴方式，一般有石蜡、黄油、橡皮泥（在保证桩头干燥，没有积水的情况下），在夏天使用橡皮泥较好，在冬天可用黄油，能产生较好的粘贴效果，而且注意保证粘贴层尽量薄，以免实测信号失真；d、尽亮多采集信号（一根桩不少于10锤），在不同点，不同激振情况下，观测波形的一致性，以保证波形的真实及不漏侧。
　　4、工程实例
　　 下面结合某桥梁钻孔灌注桩的检测实例，对若干问题讨论如下:
　　 a、施工质量优良的完整桩的速度波形应光滑，有明显的桩底反射信号，波速正常，桩身混凝土平均波速较高。图1为该桥梁钻孔灌注桩，桩径1.2m，桩长47.0m，波速3960m/s，混凝土强度等级C25，为完整桩。
　　
　　
　　图1完整桩
　　 b、缺陷桩：缺陷桩的波形曲线存在较明显的异常(见图2)，实测曲线、波形特征是在桩身缺陷处产生与激振脉冲相同位的第一时间到达t反射时间较为明显，但整桩波速不会下降，与完整桩波较为一致。该桩桩径1.2m，桩长41.0m，在5m处表现为缩径缺陷。
　　
　　
　　 图2缺陷桩
　　 c、假缺陷桩：水中的桥梁钻孔灌注桩在施工时一般均采用护筒，有时护筒与混凝土浇筑在一起。测试时，在护筒底面处将产生缩颈类缺陷，(见图3)，该桩直径1.5m，从波形反映，该桩在3.2m存在缩径特征。后经查施工记录，该桩桩顶部分采用混凝土护筒，壁厚8cm，并与桩混凝土浇筑在一起，使桩顶部直径达到1.64m，故在护筒底表现为缩径。
　　
　　
　　图3假缺陷桩
　　 d、断桩：断桩的波形曲线存在明显的波峰，且桩底信号不明显(见图4)，断桩实测曲线、波形与其它缺陷桩的波形是不一样，因为断桩所在位置，应力波无法往下传播，主要因在断裂处空气的波阻抗无穷大于混凝土波阻抗，而实测波形多次反射，反射时间间隔一致，并对反射信号就会自由震荡慢慢的衰减下去，故无法找出桩底反射。根据该工程桩身平均波速，求得该桩在18.0m断桩。
　　
　　
　　 图4、断桩
　　5、低应变动测法的局限性
　　 低应变动测法通过测试桩身阻抗的变化来反映桩身完整性情况，既不能判断缺陷的具体类型，也无法对桩身缺陷程度作定量判定，这就是目前动测方法的技术水平，也是今后在不断实践中，需要研究解决主要问题。
　　 低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型，一维理论要求应力波在桩身中传播符合平截面假定，所以对薄壁钢管桩和H型钢桩的异型桩，低应变法不适用。
　　 受桩型、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料阻尼等因素的影响，桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变幅度较大将引起应力波多次反射，往往测不到桩底反射或正确判断桩底反射位置，从而无法评价整根桩的完整性。此外，检测结果分析判定的准确性与操作人员的技术水平和实践经验有很大关系。对该方法寄予过高的期望是不适宜的，在规范中，没有规定检测桩的有效长度、推定混凝土强度等级和区分缺陷类型。
　　6、结束语
　　 理论和工程实践都证明, 采用低应变反射波法检测桥梁工程桩基完整性一种行之有效的方法, 它能对大量的桥梁工程桩基总体质量及时做出定性分析, 并给出基本准确的结果, 从而保证工程质量。但是低应变动测法通过测试桩身阻抗的变化来反映桩身完整性情况，既不能判断缺陷的具体类型，也无法对桩身缺陷程度作定量判定，这就是目前动测方法的技术水平，也是今后在不断实践中，需要研究解决主要问题。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-596997.htm