低應(yīng)變樁基檢測(cè)-文庫(kù)吧

【正文】 的振動(dòng)力以彈性波傳播方式在周圍土體中衰減消散，沉管周圍的主體以垂直振動(dòng)為主，而一定距離后的土層，水平振動(dòng)大于垂直振動(dòng)，再加上側(cè)向擠土作用，極易振斷初凝鄰樁，軟硬土層交界處尤重。（2）若樁距小于三倍樁徑，沉管過(guò)程可能會(huì)使地表主體隆起，從而在鄰樁樁身產(chǎn)生一豎向拉力，使得初凝混凝土拉裂。（3）拔管速度過(guò)快，管內(nèi)混凝土澆灌高度較低，不足以產(chǎn)生一定的排擠壓力，淤泥層易產(chǎn)生縮頸。（4）地層存在有承壓水的砂層，砂層上又覆蓋有透水性差的粘土層時(shí)，孔中澆灌混凝土后，由于動(dòng)水壓力作用，沿樁身至樁頂出現(xiàn)冒水現(xiàn)象，凡冒水樁一般都會(huì)演變成斷樁。（5）振動(dòng)沉管采用活瓣樁尖時(shí)，活瓣張開(kāi)不靈活、混凝土下落不流暢，引起斷樁或混凝土密實(shí)度差的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；當(dāng)樁尖持力層為透水性良好的砂層時(shí)，若沉管后混凝土澆灌不及時(shí)，易從活瓣的合縫處滲水，稀釋樁尖部分的混凝土，使得樁端阻力喪失。（6）預(yù)制樁尖混凝土質(zhì)量不滿足要求，沉管時(shí)被擊碎塞入樁管內(nèi)。拔管至一定高度后，樁尖下落且被孔壁卡住，形成樁身的下部無(wú)混凝土，產(chǎn)生俗稱的“吊腳樁”。（7）鋼筋籠埋置高度控制不準(zhǔn)，找不到鋼筋籠。、鉆孔灌注樁在地下水位較高的場(chǎng)地進(jìn)行灌注樁施工，成孔方法有沖抓式，沖擊式、回轉(zhuǎn)鉆式和潛鉆式等，成孔過(guò)程采用就地造漿或制備泥漿護(hù)壁，以防止孔壁坍塌。混凝土澆灌采取帶隔水栓的導(dǎo)管水下澆灌混凝土工藝。澆灌過(guò)程操作不當(dāng)容易出現(xiàn)以下質(zhì)量問(wèn)題：（1）由于停電或其它原因，澆灌混凝土沒(méi)有連續(xù)進(jìn)行，間斷一定時(shí)間后，隔水層凝固形成硬殼，后續(xù)混凝土無(wú)法下灌，只好上拔導(dǎo)管，一旦泥漿進(jìn)入管內(nèi)必然形成斷樁；而如用增大管內(nèi)混凝土壓力等辦法，沖破隔水層，形成新的隔水層，破碎的老隔水層混凝土必將凝固在樁身中造成樁身局部低劣混凝土。（2）水下澆灌混凝土的樁徑不宜小于600mm，樁徑過(guò)小，由于導(dǎo)管和鋼筋籠占據(jù)一定空間，加上孔壁摩阻作用，混凝土上升不暢，容易堵管，形成斷樁或鋼筋籠上浮。（3）泥漿護(hù)壁成孔，不同土層泥漿應(yīng)按相應(yīng)比重配制，否則孔壁容易坍塌。（4）正循環(huán)法清孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)孔的深淺，控制洗孔時(shí)間或孔口泥漿比重，清空時(shí)間過(guò)短、孔底沉渣太厚，將影響樁端承載力發(fā)揮。（5）混凝土和易性不好時(shí)，易產(chǎn)生離析現(xiàn)象（6）導(dǎo)管連接處漏水時(shí)將形成斷樁。在地下水豐富的場(chǎng)地，采用人工挖孔灌注樁，容易發(fā)生以下質(zhì)量問(wèn)題；（1）地下水滲流嚴(yán)重的土層，易使護(hù)壁坍塌，土體失穩(wěn)塌方。（2）土層出現(xiàn)流砂現(xiàn)象或有動(dòng)水壓力時(shí)，護(hù)壁底部土層會(huì)突然失去強(qiáng)度，泥土隨水急速涌動(dòng)，產(chǎn)生井涌，使護(hù)壁與土體脫空，或引起孔形不規(guī)則。（3）挖孔時(shí)如果邊挖邊抽水，地下水下降時(shí)，護(hù)壁易受到下沉土層產(chǎn)生的負(fù)摩擦作用，使護(hù)壁受到拉力，產(chǎn)生環(huán)向裂縫，護(hù)壁所受的周圍土壓力不均勻時(shí)，又將產(chǎn)生彎矩和剪力作用，易引起垂直裂縫，而裝制作完畢，護(hù)壁和樁身混凝土成為一體，它是樁身的一部分，護(hù)壁裂縫破損或錯(cuò)位必將影響樁身質(zhì)量和側(cè)阻力的發(fā)揮。（4）孔較深時(shí)，澆灌混凝土若沒(méi)采用導(dǎo)管，混凝土從高處自由下落易產(chǎn)生離析。（5）孔底水不易抽干或未抽干情況下澆灌混凝土，樁尖混凝土將被稀釋，降低樁端承載力。混凝土預(yù)制樁大多用柴油錘、蒸汽錘或自由落錘打入土中，打樁過(guò)程容易發(fā)生以下質(zhì)量問(wèn)題：（1）打樁時(shí)應(yīng)選用合適的錘墊和樁墊，墊層過(guò)軟會(huì)降低錘擊能量的傳遞，打入困難；墊層過(guò)硬，將增大錘擊應(yīng)力，容易擊碎樁頭，一般最大錘擊壓應(yīng)力不容許超過(guò)混凝土抗壓強(qiáng)度的65%。（2）打樁的拉應(yīng)力易引起樁身開(kāi)裂，打樁拉應(yīng)力的產(chǎn)生及大小與樁尖土的特征、樁側(cè)土阻力分布、入土深度、錘偏心程度和墊層特性有關(guān)。若樁較長(zhǎng)，樁尖土質(zhì)較差，錘擊入射的壓力波從樁尖反射為拉力波，最大拉應(yīng)力大多發(fā)生在打樁初期樁身中部的一定范圍，～；當(dāng)樁尖土質(zhì)較堅(jiān)硬，入射波在樁尖的反射仍為壓力波，壓力波傳至樁頂，此時(shí)樁錘已回跳離開(kāi)樁頂，應(yīng)力波因而將從自由樁頂端將反射波形成拉力波，這是最大拉應(yīng)力一般發(fā)生在樁的上部。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土將開(kāi)裂。（3）樁錘選用不合適，將難于打至預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高或不滿足貫入度要求。（4）樁頭鋼筋網(wǎng)片設(shè)置、配筋不符合要求或樁頂保護(hù)過(guò)厚，樁頂不平，樁身混凝土標(biāo)號(hào)低于設(shè)計(jì)要求等，打樁時(shí)都易擊碎樁頭。（5）樁身傾斜或遇有障礙物，易導(dǎo)致樁頭錯(cuò)位。動(dòng)力打樁公式在打入式預(yù)制樁施工中的應(yīng)用已有近百年的歷史，可以說(shuō)，動(dòng)力試樁技術(shù)的發(fā)展始于動(dòng)力打樁公式。拒不完全統(tǒng)計(jì)，這些公式包括修正公式有百余個(gè)，它們大都是依據(jù)牛頓剛體碰撞理論，能量和動(dòng)量守恒原理，針對(duì)不同錘型、樁型并結(jié)合各國(guó)、各地經(jīng)驗(yàn)撿了起來(lái)的。雖然對(duì)彈性波在固體介質(zhì)中的傳播現(xiàn)象研究始于19實(shí)際中葉的Poisson和Stokes等人，幾乎和建立在剛體力學(xué)基礎(chǔ)上的動(dòng)力打樁公式同步，但直到1931年才有人意識(shí)到打樁問(wèn)題是一波傳播問(wèn)題。咸魚當(dāng)時(shí)電子技術(shù)發(fā)展水平，波動(dòng)方程的定解問(wèn)題—也就是邊界條件無(wú)法通過(guò)測(cè)試來(lái)確定，從而使應(yīng)力波理論在樁基工程中的實(shí)際應(yīng)用要比應(yīng)力波理論的出現(xiàn)晚了約一個(gè)世紀(jì)。1960年，Smith提出了樁錘樁土系統(tǒng)的集中質(zhì)量法差分求解模型。從而提供了一套較為完整的樁錘土系統(tǒng)打樁波動(dòng)問(wèn)題的處理方法，建立了目前高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)數(shù)值計(jì)算方法的雛形，為應(yīng)力波理論在樁基工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1960年后，世界上部分國(guó)家開(kāi)展了系列動(dòng)力測(cè)試樁承載力的研究工作，并于20世紀(jì)80年代形成了實(shí)用的高應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)波動(dòng)方程分析方法。采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性研究工作也在同期開(kāi)展，其中機(jī)械阻抗法在20世紀(jì)70年代初已取得了進(jìn)展；而低應(yīng)變反射波法早期研究雖然也在英、法等國(guó)開(kāi)展，卻有報(bào)導(dǎo)說(shuō)其不成功，不過(guò)進(jìn)入80年代后，這一方法發(fā)展速度很快，在國(guó)際上基本占據(jù)了低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)樁身完整性的主導(dǎo)地位。我國(guó)的樁動(dòng)力檢測(cè)理論研究與實(shí)踐始于20世紀(jì)70年代，其中包括兩部分內(nèi)容：其一是研究開(kāi)發(fā)具有我國(guó)特色的方法，如湖南大學(xué)的動(dòng)力參數(shù)法、四川省建筑科學(xué)研究院和中國(guó)建筑科學(xué)研究院共同研究的錘擊貫入試樁法、西安公路研究所的水電效應(yīng)法、成都市城市建設(shè)研究所的機(jī)械阻抗法、冶金部建筑研究總院的共振法等；其二是對(duì)國(guó)外剛開(kāi)始流行的高應(yīng)變動(dòng)測(cè)技術(shù)進(jìn)行嘗試，如南京工學(xué)院等單位在渤海12號(hào)平臺(tái)進(jìn)行的鋼管樁動(dòng)力測(cè)試、甘肅省建筑科學(xué)研究所與上海鐵道學(xué)院合作研制我國(guó)第一臺(tái)打樁分析儀。這些早期的探索與實(shí)踐加速了動(dòng)測(cè)技術(shù)的推廣普及，為我國(guó)在短期內(nèi)達(dá)到樁動(dòng)測(cè)技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)水平創(chuàng)造了有利條件。20世紀(jì)80年代，以波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的高應(yīng)變法進(jìn)入了快速發(fā)展期，是當(dāng)時(shí)國(guó)際上所有基樁承載力動(dòng)測(cè)方法研究中最熱門的一種。國(guó)內(nèi)上海、福建、北京、天津、廣東等地近10家單位相繼從瑞典、美國(guó)引進(jìn)了打樁分析儀PDA，其中少數(shù)單位還同時(shí)引進(jìn)了波形擬合分析軟件CAPWAP。此后幾年間，幾乎在國(guó)內(nèi)所有用樁量大的地區(qū)，均開(kāi)展了高應(yīng)變法的適用性、可靠性研究，動(dòng)測(cè)設(shè)備的軟硬件研制也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。交通部第三航務(wù)工程局科研所研制出SDF1型打樁分析儀，成都市城市建設(shè)研究所的ZK系列基樁振動(dòng)檢測(cè)儀，中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所推出了FEIPWAPC波形擬合分析軟件、FEIA樁基動(dòng)測(cè)分析系統(tǒng)和DJ3型試樁分析儀，中國(guó)科學(xué)院武漢巖石力學(xué)研究所推出了RSM系列以及武漢巖海公司的RS系列基樁動(dòng)測(cè)儀等。20世紀(jì)80年代中至90年代初，和高應(yīng)變法在我國(guó)發(fā)展情形類似，各種低應(yīng)變法在基本理論、機(jī)理、儀器研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和信號(hào)處理技術(shù)、工程樁或模型樁驗(yàn)證研究、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累等方面，去的了許多有價(jià)值的成果。20世紀(jì)90年代中期，建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》（JGJ/T9395）和《基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》（JGJ10697）的相繼頒布，標(biāo)志著我國(guó)基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了相對(duì)成熟期。以后廣東、上海、天津、湖北等地也開(kāi)始陸續(xù)編制地方標(biāo)準(zhǔn)，如《深圳地區(qū)基樁質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SJG0999）、廣東省標(biāo)準(zhǔn)《基樁反射波法檢測(cè)規(guī)程》（DBJ15272000）、天津市標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ29382002）等。雖然，國(guó)際上動(dòng)測(cè)法的主流目前仍是一維桿波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的高、低應(yīng)變兩種方法，與我國(guó)狀況相似，但這兩種方法的成熟性是相對(duì)的。所謂動(dòng)測(cè)法理論體系較為完備只有將樁視為一單獨(dú)自由桿件時(shí)才能成立，而考慮樁與土相互作用機(jī)理后，其復(fù)雜性不言而喻。第二章 應(yīng)力波與樁的完整性應(yīng)力波法檢測(cè)樁身完整性的基本原理是:通過(guò)在樁頂施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過(guò)程中，遇到不連續(xù)界面(如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷)和樁底面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值和波形特征，就能判斷樁的完整性。根據(jù)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向的差別可將波分為若干種，如縱波、橫波、表面波、扭轉(zhuǎn)波等。其中，縱波和橫波是基本的機(jī)械波，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的疊加原理，任何復(fù)雜的波動(dòng)都可以看成是這兩者的疊加。 縱波:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行的波稱，又稱為P波。縱波的傳播是依靠介質(zhì)時(shí)疏時(shí)密的局部容積發(fā)生變化引起壓強(qiáng)的變化而傳播的，與介質(zhì)的體積彈性相關(guān)。由于任何彈性介質(zhì)都有體積彈性，縱波能在任何介質(zhì)中傳播。 橫波:介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波稱，又稱為S波。橫波的傳播是依靠使介質(zhì)產(chǎn)生剪切變形(局部形狀變化)引起的剪應(yīng)力變化而傳播的，與介質(zhì)的剪切彈性相關(guān)。由于液體、氣體形狀變化時(shí)，不能產(chǎn)生抗拒形變的剪應(yīng)力，所以液體和氣體不能傳播橫波，只有固體才能傳播橫波。 應(yīng)力波:在可變形固體介質(zhì)中，當(dāng)某個(gè)地方突然受到機(jī)械擾動(dòng)，這種擾動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的變化就會(huì)以波的形式傳播出去。固體中的聲波、超聲波等都是常見(jiàn)的應(yīng)力波。通常將擾動(dòng)區(qū)域與未擾動(dòng)區(qū)域的界面稱為波振面，波陣面的傳播速度稱為波速。 為研究應(yīng)力波在樁中的傳播，提出以下前提條件: 振源:點(diǎn)振源，手錘錘擊樁端面。 傳播介質(zhì):在樁的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)大于樁徑D是，把樁看成是一維直桿。 廣義波阻抗:Z=ρCA，其中，ρ表示樁的材料密度，C表示彈性波速，A表示樁的橫截面積。當(dāng)桿身的幾何尺寸或材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的ρ, C, A會(huì)發(fā)生變化，其變化的發(fā)生處成為波阻抗界面，其比值可表示為廣義波阻抗比。 傳播:應(yīng)力波以錘擊電為中心半球向外傳播，當(dāng)應(yīng)力波傳播至樁身一定距離S后(一般S大于1 ～2倍樁徑D)，波振面才近似為平面。此時(shí)手錘錘擊樁端認(rèn)為是應(yīng)力波在一維桿件中豎直方向傳播。一維桿應(yīng)力波波動(dòng)方程表示如下:?2u?t2c2?2u?x2=0 (21) 式中，u為x方向的位移，單位是m。 c=Eρ0為傳播速度，單位是m/s 。E為樁的彈性模量，單位是MPa。 ρ表示樁的材料密度，單位是g/m3 。x為坐標(biāo)，單位是m。 t為時(shí)間，單位是s。 低應(yīng)變反射波法主要研究應(yīng)力波的縱波形式。縱波在無(wú)限長(zhǎng)直桿內(nèi)傳播時(shí)，將沿某一方向前進(jìn)到無(wú)限遠(yuǎn)處。若桿長(zhǎng)有限，當(dāng)波和桿端相遇時(shí)，根據(jù)邊界條件，縱波將在端部邊界產(chǎn)生反射或透射。應(yīng)力波反射法測(cè)樁中典型的端部邊界是固定端邊界和自由端邊界，通過(guò)對(duì)波動(dòng)方程的求解，可以分析邊界的波場(chǎng)問(wèn)題。低應(yīng)變法適用于檢測(cè)混凝土樁的樁身完整性，判斷樁身缺陷的程度及位置。它屬于快速普查樁的施工質(zhì)量的一種半直接法。在《規(guī)范》中，樁身完整性定義為：反映樁身截面尺寸相對(duì)變化、樁身材料密實(shí)性和連續(xù)性的綜合定性指標(biāo)；樁身缺陷定義為；使樁身完整性惡化，在一定程度上引起樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現(xiàn)象的統(tǒng)稱。注意，樁身完整性不是嚴(yán)格的定量指標(biāo)，對(duì)不同的樁身完整性檢測(cè)方法，具體的判定特征各異，但為了便于采用，應(yīng)有一個(gè)統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)。所以樁身完整性類別是按缺陷對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力的影響程度，統(tǒng)一劃分為四類的。Ⅰ類——樁身完整性。Ⅱ類——樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮。Ⅲ類——樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。一般應(yīng)采用其他方法驗(yàn)證其可用性，或根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核或補(bǔ)強(qiáng)處理。Ⅳ類——樁身存在嚴(yán)重缺陷，一般應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。作為完整性指標(biāo)之一的樁身截面尺寸，由于在《規(guī)范》中定義為“相對(duì)變化”，所以先要確定一個(gè)相對(duì)衡量尺度。但檢測(cè)時(shí)，樁徑是否減小可能會(huì)參照以下條件之一：（1） 按設(shè)計(jì)樁徑；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑，并針對(duì)不同成裝工藝的樁型按施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范考慮樁徑的允許負(fù)偏差；（3）考慮充盈系數(shù)后的平均施工樁徑。顯然，灌注樁是否縮頸需要有一個(gè)參考基準(zhǔn)。過(guò)去，在動(dòng)測(cè)法檢測(cè)并采用開(kāi)挖驗(yàn)證時(shí)，說(shuō)明動(dòng)測(cè)結(jié)論與開(kāi)挖驗(yàn)證結(jié)果是否符合通常是按第一種條件。但嚴(yán)格的講，應(yīng)按施工驗(yàn)收規(guī)范，即第二個(gè)條件才是合理的，但因?yàn)閯?dòng)測(cè)法不能對(duì)縮頸嚴(yán)格定量，于是才定義為“相對(duì)變化”。 樁身缺陷有三個(gè)指標(biāo)，即位置類型（性質(zhì)）和程度。缺陷程度對(duì)樁身完整性分類是第一位重要的。動(dòng)測(cè)法檢測(cè)時(shí)，不論缺陷的類型如何，其綜合表現(xiàn)均為樁的阻抗變小，即完整性動(dòng)力檢測(cè)中分析的僅是阻抗變化，阻抗的變小可能是任何一種或多種缺陷類型及其程度大小的綜合表現(xiàn)。所以樁身不同類型的缺陷，低應(yīng)變測(cè)試信號(hào)中主要反映出樁身阻抗減小的信息，缺陷性質(zhì)往往較難區(qū)分。例如，混凝土灌注樁出現(xiàn)的縮頸與局部松散、夾泥、空洞等，只憑測(cè)試信號(hào)就很難區(qū)分。因此，對(duì)曲線類型進(jìn)行判斷，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)、施工情況綜合分析，或采取鉆芯、聲波透射等其他方法。需要指出，盡管利用實(shí)測(cè)曲線擬合法分析能給出定量的結(jié)果，但由于樁的尺寸效應(yīng)，以及樁側(cè)土阻尼、土阻力和樁身阻尼的耦合影響，曲線擬合法還不能達(dá)到準(zhǔn)確定量的程度。所以，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法根據(jù)阻抗的變小既不能判斷缺陷的具體類型，也不能對(duì)樁身缺陷程度作定量判定； 對(duì)于灌注樁擴(kuò)徑而表現(xiàn)出的阻抗變大，應(yīng)在分析判定時(shí)予以說(shuō)明，因擴(kuò)徑對(duì)樁的承載力有力，不應(yīng)作為缺陷考慮。第三章 低應(yīng)變反射波法的基本原理低應(yīng)變反射波法是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的，是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的。將樁身假定為一維彈性桿件（樁長(zhǎng)直徑）,在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，沿樁身向下