论文部分内容阅读
摘要：本文先简要介绍了公路桥梁中钻孔灌注桩质量各种检测方法，并主要分析了反射波法的基本原理及影响基桩质量检测波形的因素，以便准确判定灌注桩的质量好坏。
关键字：公路桥梁；钻孔灌注桩；质量检测
随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作為一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。灌注桩能将上部结构荷载传递到深层稳定的土层中，从而大大减少基础沉降，是一种极为有效，安全可靠的基础形式。但是，灌注桩的施工大多是在地面下或水下完成，施工工序多，质量控制难度大，稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。因此，灌注桩的质量检测和依据检测数据判断桩身质量就显得格外重要。
钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世，二战后，世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展，时至今日，随着科学技术的日新月异发展，钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用。当然，在我国，钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。
一、目前国内外常用的桩基检测方法
1．钻芯检测法：用地质钻机在桩身上沿长度方向钻取芯样，通过对芯样的观察和测试确定桩质量。但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，而且设备庞大、费工费时、价格昂贵，不宜作为大面积检测方法，而只能用于抽样检查，或作为无损检测结果的校核手段。
2. 振动检测法：它是在桩顶用各种方法施加一个激振力，使桩体及桩土体系产生振动。并在桩内产生应力波，通过对波动及波动参数的分析，以推定桩体混凝土质量及总体承载力的一种方法。这类方法主要有四种，分别为敲击法和锤击法、稳态激振机械阻抗法、瞬态激振机械阻抗法、水电效应法。
3．超声波脉冲检验法：该法是在检测混凝土缺陷的基础上发展起来的。其方法是在灌注桩混凝土前沿桩的长度方向平行预埋若干根检测用管道，作为超声
检测探头的通道。检测时探头分别在两个管子中同步移动，沿不同深度逐点测出
横断面上超声波脉冲穿过混凝土时的各项参数，并按超声波检测原理分析每个断面上混凝土质量。
4．射线法：该法是以放射性同位素辐射线在混凝土中的衰减、吸收、散射等现象为基础的一种方法。当射线穿过混凝土时，因混凝土质量不同或因存在缺陷，接收仪所记录的射线强弱发生变化，据此来判断桩的质量。
5．动力检测法。目前对灌注桩质量检测一般都采用对桩身无破损的动力检测法(主要是低应变检测)。根据作用在桩顶上动荷载能量是否使桩土之间发生一
定塑性位移或弹性位移，而把动力测桩分为高、低应变两种方法。对桩顶施加锤
击，使桩身不沉应变达到1．5～2．5mm以上的称为高应变动测法，否则称为低应变动测法。前者对了解桩的承载力效果较好，后者对检验桩身混凝土匀质性效果较优；前者检测设备较笨重，价格贵，且因要求锤与桩的重量比须大于O．08～0．2，因此检测大直径、深长的灌注桩，锤的质量要求大于10吨以上，相应的吊张、搬运设备都显得笨重；后者设备较轻便，价格低。
二、应力反射波法检测分析
1．反射波法的基本原理。
反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩
身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩
身截面积变化(如缩颈或扩颈)部位，将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处
理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性
和混凝土强度等级。当桩嵌于土体中，将受到桩周围土的阻尼作用，桩的动力特
性满足一维波动方程。即：
δ2v／δx2—1／vp2×δ2v／δt2一n／EA ×δv／δt=O．
其中v----质点振动位移，X----振动质点到振源的距离，t----质点振动
的时间，n----阻尼系数，A----桩的截面积，Vp----纵波在桩中传播的速度
Vp=E／p．p----桩的质量密度。
当在桩顶施加瞬时外力F(t)时，桩内只存在下行波，波在不同的波阻抗面上
发生反射。从上式中，可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质
桩的纵波速度：
Vp=2Lhb，L----桩长，tb----桩底反射波到达时间，当桩身存在缺陷或断
桩时，各界面反射波使曲线变得复杂，认真分析波形并选出可靠的缺陷反射时间
t，从而得到缺陷部位距桩顶的距离：
Lˊ=VpmΔtb／2，Vpm--同一工地多根已检合格桩桩身纵波速度的平均值。
Lˊ----缺陷部位距桩顶的距离。
2．现场检测及注意事项。
①安装全部测试设备，并应确认各项仪器装置处于正常工作状态；
②在测试前应正确选定仪器系统的各项工作参数，使仪器在设定的状态下进行试验；
③在瞬态激振试验中，重复测试的次数应大于4次；且应采取不同重量和材料的激振设备进行数据采集，必要时应采用不同类型的传感器进行数据采集，从而确定正确的激振设备和传感器。
④在测试过程中应观察各设备的工作状态，当设备均处于正常状态时，则该
次测试有效；
3．实测曲线判读解释的基本方法。
由于桩身种类复杂，实测曲线判读人员的技术水平有限，实测资料的解释是
一项较为困难的工作。
(1)缺陷存在可能性的判读。判断桩身缺陷存在与否，需分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号，及分辨桩底反射信号。桩底反射明显，一般表明桩身完整性好，或缺陷轻微、规模小。另外计算桩身平均波速，从而评价桩身是否有缺陷及其严重程度。此外，还应分析地层等资料，排除由于桩周围土层对波阻抗变化过大等因素造成的假反射现象。
(2)多次反射及多层反射问题。当实测曲线中出现多个反射波时，应判别它是同一缺陷面的多次反射，还是桩间多次缺陷的多个反射，前者，即缺陷反射波在桩顶面及缺陷面问来回反射，其主要特征：反射波至时间成倍增加，反射波能量有规律递减。后者往往是杂乱的，不具有上述规律性。多次反射现象的出现，一般表明缺陷在浅的位置，或反射系数较大(如断桩)。它是桩顶存在严重离析或断桩的有力证据。多层反射不只表明缺陷可能有多处，而且由下层缺陷反射波在能量上的相对差异，可推测上部缺陷的性质和相对规模。
4．一般情况下较好波形特征：(1)多次锤击的波形重复性好；(2)波形真实反映桩的实际情况，完好桩桩底反射明显；(3)波形光滑，不应含毛刺或振荡波形；(4)波形最终回归基线。
5．影响基桩质量检测波形的因素。
(1)露出于桩头钢筋对波形的影响。由于灌注桩考虑到以后的承台问题，桩头均有钢筋露出，这对实测波形有一定的影响，严重时可影响反射信号的识别。
(2)桩头破损对波形的影响。灌注桩头表面松散，将使弹性波能量很快衰减，从而削弱桩尖及桩底反射信号，影响波形的识别。有效途径是：将松散处铲去。
(3)桩的强度对波形的影响。桩的龄期短，强度低，将降低应力波在混凝土中的传播速度，影响对桩长的判别。
总之，运用应力波反射法检测灌注桩的施工质量，具有检测速度快、费用低、
便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷等优点，特别是对于一些支撑桩桩底以下浅部的地质情况有较好的检测数据，同时可以解决声波检测法只能检测桩身内部质量而不能检测桩底以下的地质情况的不足之处，是一种值得推广的方法。
关键字：公路桥梁；钻孔灌注桩；质量检测
随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作為一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。灌注桩能将上部结构荷载传递到深层稳定的土层中，从而大大减少基础沉降，是一种极为有效，安全可靠的基础形式。但是，灌注桩的施工大多是在地面下或水下完成，施工工序多，质量控制难度大，稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。因此，灌注桩的质量检测和依据检测数据判断桩身质量就显得格外重要。
钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世，二战后，世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展，时至今日，随着科学技术的日新月异发展，钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用。当然，在我国，钻孔灌注桩设计及施工水平也得到了长足的发展。
一、目前国内外常用的桩基检测方法
1．钻芯检测法：用地质钻机在桩身上沿长度方向钻取芯样，通过对芯样的观察和测试确定桩质量。但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，而且设备庞大、费工费时、价格昂贵，不宜作为大面积检测方法，而只能用于抽样检查，或作为无损检测结果的校核手段。
2. 振动检测法：它是在桩顶用各种方法施加一个激振力，使桩体及桩土体系产生振动。并在桩内产生应力波，通过对波动及波动参数的分析，以推定桩体混凝土质量及总体承载力的一种方法。这类方法主要有四种，分别为敲击法和锤击法、稳态激振机械阻抗法、瞬态激振机械阻抗法、水电效应法。
3．超声波脉冲检验法：该法是在检测混凝土缺陷的基础上发展起来的。其方法是在灌注桩混凝土前沿桩的长度方向平行预埋若干根检测用管道，作为超声
检测探头的通道。检测时探头分别在两个管子中同步移动，沿不同深度逐点测出
横断面上超声波脉冲穿过混凝土时的各项参数，并按超声波检测原理分析每个断面上混凝土质量。
4．射线法：该法是以放射性同位素辐射线在混凝土中的衰减、吸收、散射等现象为基础的一种方法。当射线穿过混凝土时，因混凝土质量不同或因存在缺陷，接收仪所记录的射线强弱发生变化，据此来判断桩的质量。
5．动力检测法。目前对灌注桩质量检测一般都采用对桩身无破损的动力检测法(主要是低应变检测)。根据作用在桩顶上动荷载能量是否使桩土之间发生一
定塑性位移或弹性位移，而把动力测桩分为高、低应变两种方法。对桩顶施加锤
击，使桩身不沉应变达到1．5～2．5mm以上的称为高应变动测法，否则称为低应变动测法。前者对了解桩的承载力效果较好，后者对检验桩身混凝土匀质性效果较优；前者检测设备较笨重，价格贵，且因要求锤与桩的重量比须大于O．08～0．2，因此检测大直径、深长的灌注桩，锤的质量要求大于10吨以上，相应的吊张、搬运设备都显得笨重；后者设备较轻便，价格低。
二、应力反射波法检测分析
1．反射波法的基本原理。
反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩
身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩
身截面积变化(如缩颈或扩颈)部位，将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处
理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性
和混凝土强度等级。当桩嵌于土体中，将受到桩周围土的阻尼作用，桩的动力特
性满足一维波动方程。即：
δ2v／δx2—1／vp2×δ2v／δt2一n／EA ×δv／δt=O．
其中v----质点振动位移，X----振动质点到振源的距离，t----质点振动
的时间，n----阻尼系数，A----桩的截面积，Vp----纵波在桩中传播的速度
Vp=E／p．p----桩的质量密度。
当在桩顶施加瞬时外力F(t)时，桩内只存在下行波，波在不同的波阻抗面上
发生反射。从上式中，可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质
桩的纵波速度：
Vp=2Lhb，L----桩长，tb----桩底反射波到达时间，当桩身存在缺陷或断
桩时，各界面反射波使曲线变得复杂，认真分析波形并选出可靠的缺陷反射时间
t，从而得到缺陷部位距桩顶的距离：
Lˊ=VpmΔtb／2，Vpm--同一工地多根已检合格桩桩身纵波速度的平均值。
Lˊ----缺陷部位距桩顶的距离。
2．现场检测及注意事项。
①安装全部测试设备，并应确认各项仪器装置处于正常工作状态；
②在测试前应正确选定仪器系统的各项工作参数，使仪器在设定的状态下进行试验；
③在瞬态激振试验中，重复测试的次数应大于4次；且应采取不同重量和材料的激振设备进行数据采集，必要时应采用不同类型的传感器进行数据采集，从而确定正确的激振设备和传感器。
④在测试过程中应观察各设备的工作状态，当设备均处于正常状态时，则该
次测试有效；
3．实测曲线判读解释的基本方法。
由于桩身种类复杂，实测曲线判读人员的技术水平有限，实测资料的解释是
一项较为困难的工作。
(1)缺陷存在可能性的判读。判断桩身缺陷存在与否，需分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号，及分辨桩底反射信号。桩底反射明显，一般表明桩身完整性好，或缺陷轻微、规模小。另外计算桩身平均波速，从而评价桩身是否有缺陷及其严重程度。此外，还应分析地层等资料，排除由于桩周围土层对波阻抗变化过大等因素造成的假反射现象。
(2)多次反射及多层反射问题。当实测曲线中出现多个反射波时，应判别它是同一缺陷面的多次反射，还是桩间多次缺陷的多个反射，前者，即缺陷反射波在桩顶面及缺陷面问来回反射，其主要特征：反射波至时间成倍增加，反射波能量有规律递减。后者往往是杂乱的，不具有上述规律性。多次反射现象的出现，一般表明缺陷在浅的位置，或反射系数较大(如断桩)。它是桩顶存在严重离析或断桩的有力证据。多层反射不只表明缺陷可能有多处，而且由下层缺陷反射波在能量上的相对差异，可推测上部缺陷的性质和相对规模。
4．一般情况下较好波形特征：(1)多次锤击的波形重复性好；(2)波形真实反映桩的实际情况，完好桩桩底反射明显；(3)波形光滑，不应含毛刺或振荡波形；(4)波形最终回归基线。
5．影响基桩质量检测波形的因素。
(1)露出于桩头钢筋对波形的影响。由于灌注桩考虑到以后的承台问题，桩头均有钢筋露出，这对实测波形有一定的影响，严重时可影响反射信号的识别。
(2)桩头破损对波形的影响。灌注桩头表面松散，将使弹性波能量很快衰减，从而削弱桩尖及桩底反射信号，影响波形的识别。有效途径是：将松散处铲去。
(3)桩的强度对波形的影响。桩的龄期短，强度低，将降低应力波在混凝土中的传播速度，影响对桩长的判别。
总之，运用应力波反射法检测灌注桩的施工质量，具有检测速度快、费用低、
便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷等优点，特别是对于一些支撑桩桩底以下浅部的地质情况有较好的检测数据，同时可以解决声波检测法只能检测桩身内部质量而不能检测桩底以下的地质情况的不足之处，是一种值得推广的方法。