基樁動力檢測低應變測試的可靠性及其影響因素

1、基樁動力檢測低應變測試的可靠性及其影響因素前已介紹，樁基低應變動測在我國已有十幾年的歷史。據(jù)江蘇省及國內(nèi)外的已有資料，低應變動測檢驗樁身完整性是可行的，具有較高的可靠性，而用低應變動測法提供單樁承載力則可靠性很低。 一、國內(nèi)外幾次考核結(jié)果 江蘇省建委自1990年以來進行了多次現(xiàn)場模型樁考核，模型的幾何尺寸都與工程樁相當，模型樁的缺陷都首先預置，按全部判斷正確的100%，1990年進行的第一次考核結(jié)果如下： 合格率 80% 70% 50% 50%單位所占百分比 23.3% 53% 76.7% 23.3%顯然考核結(jié)果不太理想，通過制訂管理措施舉辦培訓班，19992年第二次考核結(jié)果統(tǒng)計如下： 合格率

2、 80% 70% 50% 50%單位所占百分比 42.9% 63.4 % 78.6% 21.4% 1992年在第四屆國際應力波會議上，國際著名的12家公司參加了由大會組織的樁基應力波測試競賽，競賽優(yōu)勝者的正確率為70%，12家的平均正確率為40%。從上面的結(jié)果可以看出，測試結(jié)果正確率為70%以上的單位占50%以上，說明大部分單位（儀器）能較正確地進行完整性檢驗，但均存在一定的誤差，有的甚至誤判。總的來說，這樣的結(jié)果與當前的樁基低應變動測水平是相符合的。實際上對其可靠性評價只有在其適用條件下和限定的誤差范圍內(nèi)才有意義，從總體上講，低應變在判斷樁基質(zhì)量方面是比較可靠的。 二、幾種典型缺陷的模擬測試

3、結(jié)果（一）土與灌注樁參數(shù)（1）試驗現(xiàn)場的土質(zhì)情況由鉆孔試驗確定，取土松疏干躁，表土與細砂相接于0.6m處，表土下臥粉細砂，深4.3m，該層土干燥，呈褐色，密實，側(cè)摩阻力約為190kN/m2。再下面為粘質(zhì)粉粒漂礫土，該漂礫粘土呈灰色深到9.5m處，干燥且密實，其側(cè)向和端向阻力分別約為240kN/m2和2900kN/m2最深層土為密實砂土。深到取樣孔底部11.5m處。（2）設置兩組不同的灌注樁（沉箱）：A組沉箱（CA1CA4）有直徑620mm的鉆頭鉆到7.3m深處，將標準460mm直徑的混凝土圓管放入樁孔中，其外環(huán)層回填細砂，管內(nèi)灌入砼。沉箱側(cè)面土體的相互作用力可予以忽略，回填的細砂難以將剪力完全

4、傳到樁、土之間；B組沉箱深9m，直徑810mm（CA5CA8），該沉箱在原狀土中就地灌注，可大量發(fā)揮土的相互土阻力。 每組中各有一根樁是完全連續(xù)的（參考樁），其余六根為缺陷樁（圖2.7）有關參數(shù)如表2.1所示表2.1 灌注缺損樁參數(shù)類型樁的幾何尺寸不連續(xù)的設置位置樁長直徑類型深度直徑長度樁尖mmmmmmmmA組CA17.0460無鉆頭清孔CA27.3460無軟層CA37.3460縮頸3.43140300鉆頭清孔CA47.3460縮頸夾泥2.204.80150300100鉆頭清孔B組CA59.37810無手工清孔CA69.42810局部增大3.651520800手工清孔CA79.65810縮頸4

5、.11360460手工清孔CA89.30810夾泥5.13100手工清孔（二）曲線擬合每一根樁的土模形形狀圖以及CA1CA9的長度，直徑提供給計算機操作者，以便作信號似合。（1）A組中的參考樁CA1，其模型直徑460mm，長7m。不斷變換土參數(shù)以獲得實測信號和模擬SIT曲線間的最佳擬合，信號擬合及參考土模型見圖2.8。該土模型可用于所有A組沉箱，虛線為實測信號，實線為擬合曲線，樁的構(gòu)造圖是沉箱的實際情況，為了得到模擬的SIT曲線，樁模型是將樁的形狀用程序輸入到計算機中。（2）CA2在樁尖處設置100mm厚的軟材料，除此之外與CA1的構(gòu)造完全相同。CA2的SIT曲線中樁尖響應比較大，其余相似，樁

6、尖材料越軟，SIT曲線的下凹就越大，這在預料之中，但這種差異不足以得出任何結(jié)論。（3）CA3的最佳信號擬合曲線見圖2.9。該曲線是直徑150mm、長300mm縮頸的樁作模擬而得到的。實際縮頸的制作是生成模擬SIT曲線（見圖2.10），將裂縫樁的SIT曲線疊加到CA3的實測信號曲線上（見圖2.11），其最終擬合并不令人滿意，可見并不能用裂縫來模擬縮頸。（4）CA4有兩個不連續(xù)點，2.2m處頸縮及4.8m處夾泥，根據(jù)最佳信號擬合曲線算得的縮頸比實際頸縮大13。盡管可測到夾泥，但測不到樁尖響應（圖2.12）。界于夾泥和樁尖之間的某些點的應力波衰減到難以辯別的程度，因此不能進一步解釋樁的形狀。在樁模型

7、中用虛線來表示該區(qū)域。B組沉箱的SIT曲線受土作用力的影響非常明顯，這使得曲線的評定比A組沉箱更加困難。由于入射波和反射波大幅度衰減，因此信號必須按指數(shù)放大到原來的20倍才能測得樁尖響應。（5）CA5是B組中的參考樁，其參考模型見圖2.13，必須注意到樁尖響應的減小程度是由樁側(cè)陰尼的大?。ㄟ@里是1.5103NSm3）所決定的，其陰尼常數(shù)比A組沉箱的大10倍。圖中顯示了每一沉箱土柱圖，其值的改變也取決于土層的變化。（6）CA6樁有一局部擴頸構(gòu)造。實測的SIT曲線疊加到參考樁的SIT 曲線上，示于圖2.14。在兩曲線之間的范圍內(nèi)有一下凹后緊接著一個上升，這是局部擴頸的特征響應。局部增大所產(chǎn)生的最佳

8、擬合曲線，其直徑比樁結(jié)構(gòu)圖上的直徑增大約15%（圖2.15），這種局部增大構(gòu)造形式使得透射波幅值減少到入射波幅值的48左右。再加上土阻尼的影響，結(jié)果使樁尖響應難以測得，因此對局部擴頸位置以下的樁形狀不能作進一步的解釋。（7）CA7由埋置了一環(huán)狀塑料泡沫（縮頸），最佳信號擬合曲線由直徑縮減到0.4m的形式生成（圖2.16），算得的縮頸比實際縮頸大11，縮頸下方的樁形狀亦不能作出解釋。 （8）CA8樁是在澆注混凝土時，在樁身中放入填滿砂的麻袋制作而成，樁內(nèi)夾泥是用一裂縫來模擬（圖2.17），其最終信號擬合不令人滿意。最佳擬合由一為原截面39的縮頸生成（圖2.18），盡管該百分比難以確定，但這是個合

9、理的估算。在這個現(xiàn)場，速度信號擬合曲線與所存在的不連續(xù)的形狀基本一致，其位置和幅值分別可精確到10和15。（9）圖2.19為擴底樁與均勻直樁的速度曲線對比，由圖可見擴底狀態(tài)對檢測波形的影響十分敏感。（三）幾點評價（1）利用反射波法可診斷局部截面變化（如擴縮頸）和夾泥、夾漿、等不連續(xù)性缺陷。（2）反射波法完整性試驗及其信號擬合技術(shù)不能給出樁的承載力和樁尖處土體情況。（3）樁較長、局部擴頸或存在嚴重不連續(xù)裂縫時，將很難測到樁尖的反射。由于在擴頸處透射波大為減弱，因此鼓肚以下缺陷很難測到。樁尖處擴頭對波形有明顯影響。（4）錘的重量、錘頭材料與幾何尺寸和樁頭處理質(zhì)量對實測SIT曲線會產(chǎn)生明顯影響。一般

10、實測信號的一致性不受錘頭速度的影響，但樁頭質(zhì)量影響十分明顯。（5）在反射波法診斷中，輸入波的指向因素、聲波衰減情況和表面波都會產(chǎn)生影響，應注意解決。（6）樁內(nèi)應力波服從一維波動傳播理論，因此定量分析不僅依賴于實驗測試水平，還依賴于操作者的信號擬合水平和按波動方程分析所作的分析判斷能力。（7）對所有深基礎問題，反射波法很難予以解決。（8）應結(jié)合合適的地質(zhì)資料來分析完整性試驗結(jié)果和修改有關土參數(shù)。 三、影響低應變動測可靠性的因素及其對策在現(xiàn)有水平基礎上，影響測試的技術(shù)因素有以下幾點：樁頂處理技術(shù)傳器的合理使用與安裝技術(shù)激振技術(shù)分析儀器的合理使用現(xiàn)場測試波形的結(jié)果與初步判斷水平（一）樁頂處理技術(shù)低應

11、變動測主要依賴于置于樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮占钚盘枴Ｒ虼?，樁頭處理的好壞直接影響檢測質(zhì)量。為保證檢測質(zhì)量必須保證樁頭，參見建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ1062003）附錄B：（1）有足夠的強度；（2）樁頭浮漿鑿除；（3）樁頭完整；（4）樁頂基本平整。有時，樁頭嚴重破壞或樁頭擴大很多，這時難以得到真實波形，應鑿去上部樁頭，才能得到真實信號，如下圖：（二）傳感器的合理選用與安裝技術(shù)對于大直徑樁、長樁采用速度傳感器可以得到較好的信號，而對于小直徑樁采用加速度傳感器效果可能好些，安裝時應保證傳感器縱軸線與樁軸線平行，以保證波形一致；另外傳感器與樁頂?shù)鸟詈弦彩潜ＷC接收良好信號的重要因素。要保證激振后傳感器本身

12、的自震信號不產(chǎn)生迭加。 （三）激振技術(shù)激振點應選擇在樁的中心部位附近：錘擊重量、質(zhì)地對測試信號均有一定影響，如鐵錘所激勵的信號脈沖尖而高，且易激勵出許多高頻雜波，尼龍錘的激勵信號平緩。錘的輕重，錘擊力的大小對信號亦有影響，這時應進行了試擊找最佳錘擊方式。（四）聲分析儀器的合理使用每套儀器均有專門的操作方法，測試前應充分了解、熟悉其電源需求，導線要求及操作方法，及時排除故障。（五）現(xiàn)場測試波形的結(jié)果與初步判斷水平 采集良好的原始信號是正確分析樁身質(zhì)量的根本，因此，對現(xiàn)場測試波形應正確識別、判斷，有至滿意為止。這時理論水平與實踐經(jīng)驗是必不可少的。 四、關于波速與混凝土強度的關系 混凝土的波速與其強

13、度的關系問題一直是在探索的問題。有文獻表明，隨著混凝土強度增大，其相應的應力波速度也增大，其關大致是冪函數(shù)關系即：RACB，式中R為混凝土的強度，C為混凝土的波速，A、B為常數(shù)。波速除與樁身混凝土強度有關外，還與混凝土的骨科品種、粒徑級配、密度、水灰比、成樁工藝（導管灌注、振搗、離心）等因素有關。波速與樁身混凝土強度整體趨勢上呈正相關關系，即強度高波速高，但二者并不為一一對應關系。在影響混凝土波速的諸多因素中，強度對波速的影響并非首位。中國建筑科學研究陸軍的試驗資料表明：采用普硅水泥，精骨料相同，不同試配強度及齡期強度相差1倍時，聲速變化僅為10%左右；根據(jù)遼寧省建筑科學研究院的試驗結(jié)果：采用

14、礦渣水泥，28天強度為3天強度的45倍，一維波速增加20%30%，分別采用碎石和卵石并按相同強度等級試配，發(fā)現(xiàn)以碎石為粗骨料的混凝土一維波速比卵石約13%。天津市政研究院也得到類似遼寧的規(guī)律，但有一定離散性，即同一組（粗骨相同）混凝土試配強度不同的桿件或試塊，同齡期強度低約10%15%，但波速或聲速略有提高。也有資料報導正好相反，例如福建省建筑科學研究院的試驗資料表明：采用普硅水泥，按相同強度等級試配，骨料為卵石的混凝土聲速略高于骨料為碎石的混凝土聲速。 因此波速與強度之間沒有唯一的關系，其受眾多因素的影響。在樁基低應變動測中，首先，波速是沿樁身混凝土的平均波速，且與樁長相關，在一定的樁長條件

15、下才能得到的唯一的波速，而樁的實際長度往往是未知的。其次，混凝土的齡期與波速關系，亦難以確定，因此，不同齡期的樁其波速變化較大，一般齡期越長，波速越大。第三，混凝土骨料的品種、粒徑、養(yǎng)護方式、添加劑、含水率等均在一定程度上影響波速如骨料中石英巖、花崗巖的波速要大于石灰?guī)r的，粒徑大的波速要大于粒徑小的；單位積內(nèi)用量多的大于用量少的等。第四，高應變測得波速比低應變測得波速要低。樁身混凝土波速與其強度之間的關系是相當復雜的，盡管如此，在同一工地同一施工條件下，可以得出其平均波速，籍此來評價樁長及樁身混凝土強度是有較可靠的說服力的。 五、關于測試樁長范圍一般認為樁的長徑比在30以內(nèi)，低、高應變測試可以接收到清晰的樁底反射，大量資料證明并非如此。實際上