低應(yīng)變法分析某工程載體樁上浮實(shí)例

鄧 波，于秉坤，朱 坪，梁青斌，楊 勇

(中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都 610052)

在工程測(cè)試中，低應(yīng)變法的目的是檢測(cè)樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。在《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106－2003 中，僅對(duì)嵌巖樁當(dāng)樁底時(shí)域反射信號(hào)為單一反射波且與錘擊脈沖信號(hào)同相時(shí)，應(yīng)采取其他方法核驗(yàn)樁端嵌巖情況作出了規(guī)定，對(duì)基樁上浮引起低應(yīng)變測(cè)試樁底反射信號(hào)的放大畸變沒有做出相應(yīng)的闡述說明。文章結(jié)合工程實(shí)例及低應(yīng)變測(cè)試原理，證實(shí)該方法對(duì)于判定工程樁上浮是可行的，具有一定的指導(dǎo)意義。

1 測(cè)試原理

1.1 低應(yīng)變測(cè)試原理

利用手錘(或力棒)在樁頭施加一小沖擊擾動(dòng)力F(t)，激發(fā)一應(yīng)力波沿樁身傳播，然后利用速度檢波器或加速度傳感器接收由初始信號(hào)和由樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)組合的時(shí)程曲線，利用信號(hào)采集分析儀所記錄的帶有樁身質(zhì)量信息的波形特征進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料和施工記錄對(duì)樁身完整性進(jìn)行分析?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意

1.2 基本理論依據(jù)與典型波形

1.2.1 廣義波阻抗及波阻抗界面

設(shè)樁身某段為一分析單元，其樁身介質(zhì)密度、彈性波波速、截面面積分析用ρ、C、A 表示，則令

當(dāng)樁身的幾何尺寸或材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，則相應(yīng)的ρ、C、A 發(fā)生變化，其變化發(fā)生處稱為波阻抗界面。其比值稱為廣義波阻抗比可表示為:

1.2.2 應(yīng)力波在阻抗界面處的反射與透射

設(shè)一維平面應(yīng)力波沿樁身傳播，直達(dá)與傳播方向垂直的波阻抗界面如圖2 所示。

圖2 應(yīng)力波的反射與透射

根據(jù)應(yīng)力波理論，由連續(xù)性條件和牛頓第三定律有:

式中:U、ρ 分別表示應(yīng)力波的速度和應(yīng)力，下標(biāo)I、R、T分別表示入射波、反射波和透射波。由波陣面動(dòng)量守恒條件，由式(4)得:

聯(lián)立式(3)、(4)，求解可得:

式(6)和(7)就是低應(yīng)變測(cè)試中利用的反射波與入射波的速度量的相位關(guān)系來作分析的重要關(guān)系式。

1.2.3 低應(yīng)變測(cè)試載體樁應(yīng)力波的反射、與入射的關(guān)系

1.2.3.1 樁身嵌入載體情況

此時(shí)，因?yàn)棣?C1A1與ρ2C2A2相差不大，所以n=Z2/Z1接近于1，代入式(7)得F≈0(T 恒＞0)。

由上式(7)可知，在樁嵌入載體完好的情況下，在低應(yīng)變測(cè)試曲線中，樁底反射并不明顯，樁底后的載體反射明顯。

1.2.3.2 樁身上浮，未嵌入載體情況

此時(shí)，樁身相當(dāng)于在樁端與載體接觸地方完全脫開。Z2相當(dāng)于空氣的波阻抗，有Z2→0，可得:

由式(7)得:F=－1，T=0

代入式(6)，可得UR=UI，UT=0

即應(yīng)力波在脫開處發(fā)生反射，由于透射波為零，故應(yīng)力波僅在樁身段多次反射而到不了載體，且反射幅值過大，類似于基樁樁端自由的情況。

典型實(shí)測(cè)V(t)曲線如圖3 所示。

圖3 典型實(shí)測(cè)V(t)曲線

圖3 多次反射，樁端反射信號(hào)類似于樁端自由情況，不見載體反射信號(hào)

2 工程地質(zhì)條件

3 檢測(cè)情況分析

現(xiàn)場(chǎng)施工前先做了4 根試樁，這4 根試樁均設(shè)置了不同程度的上浮量，在進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)前先進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試，后進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，其中上浮量最大的234#樁在加載至902.4 kN 過程中，樁頂位移過大，該級(jí)沉降量超過上一級(jí)沉降量的15 倍以上，以后的加載過程中沉降趨于穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)陡降現(xiàn)象，總沉降量滿足規(guī)范要求，小于60 mm。其檢測(cè)結(jié)果見圖4、圖5。

234#樁低應(yīng)變7 次樁底反射信號(hào)幅值與敲擊信號(hào)幅值及其比值結(jié)果見表1。

圖4 234#樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S 曲線

圖5 234#樁靜載試驗(yàn)前的低應(yīng)變測(cè)試曲線

表1 234#樁低應(yīng)變7 次測(cè)試結(jié)果

234#樁測(cè)試的7個(gè)曲線樁底反射信號(hào)幅值/敲擊信號(hào)幅值比值在0.19～0.29 之間，平均值0.235。

在后期的工程樁施工過程中，根據(jù)234#樁在靜載試驗(yàn)中出現(xiàn)的異常情況結(jié)合低應(yīng)變測(cè)試的7個(gè)曲線測(cè)試結(jié)果對(duì)工程樁進(jìn)行施工監(jiān)控，以平均值0.235 作為判別標(biāo)準(zhǔn)，超過0.235 的樁判別為異常，視為載體樁上浮并會(huì)影響單樁承載力的發(fā)揮。

在測(cè)試的328 根工程樁中，選取每根樁樁底反射最大且樁底反射特征類似圖3 的曲線分析，發(fā)現(xiàn)有38 根樁出現(xiàn)異常，其樁底反射信號(hào)幅值/敲擊信號(hào)幅值比值在0.241～0.467 之間。

根據(jù)低應(yīng)變測(cè)試的結(jié)果，施工單位進(jìn)行了復(fù)打，在復(fù)打的過程中運(yùn)用低應(yīng)變測(cè)試方法對(duì)復(fù)打樁進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)復(fù)打結(jié)果，各上浮樁的復(fù)打沉降量在3～56 mm 之間，平均值21.1 mm。

4 結(jié)論

(1)通過該工程實(shí)踐，應(yīng)用低應(yīng)變測(cè)試曲線樁底反射信號(hào)特征結(jié)合該載體樁施工特點(diǎn)分析基樁的上浮是可行的，并且在復(fù)打的過程中可以對(duì)復(fù)打進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提出合理化建議;

(2)本次低應(yīng)變測(cè)試?yán)碚摰慕⑹菧y(cè)試場(chǎng)地地質(zhì)土層無重大變化，測(cè)試信號(hào)不受土層阻抗的影響，并且測(cè)試的樁樁身完整，樁底信號(hào)幅值不受樁身缺陷的影響，測(cè)試時(shí)測(cè)試儀器的參數(shù)設(shè)置不變。只有在以上條件都符合的情況下，低應(yīng)變測(cè)試分析基樁上浮的結(jié)果才具有針對(duì)性和可靠性。

［1］JGJ 106－2003 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］

［2］中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所智能儀器儀器研究室.RSM工程動(dòng)測(cè)儀使用手冊(cè)［S］.2003