葉超

中冶集團武漢勘察研究院有限公司（430080）

試驗研究

低應變法在高層建筑樁基完整性檢測中的應用

葉超

中冶集團武漢勘察研究院有限公司（430080）

在闡述低應變法基本原理的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了工程檢測中的若干經(jīng)驗，并結(jié)合某工程實例對低應變法在高層建筑樁基完整性檢測中的應用進行了探討。

低應變法；樁基；完整性

0 引言

高層建筑載荷大，對地基處理的要求嚴格，常規(guī)淺基礎(chǔ)形式應用因而受限，樁基礎(chǔ)已成為高層建筑結(jié)構(gòu)的主要基礎(chǔ)形式。樁基作為地下隱蔽工程，出現(xiàn)異常時不易察覺，因此樁基檢測是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。樁基檢測的內(nèi)容包括承載力、樁身質(zhì)量等項目，它是對樁基質(zhì)量評判的基本依據(jù)。

1 低應變法的基本原理

目前,進行樁身完整性檢測的方法有多種，包括低應變動力試樁法、聲波透射法、鉆孔取芯法等。低應變動測法是通過對樁頂施加振動載荷，采集樁體振動的速度、加速度等信息數(shù)據(jù)，再利用波動原理對結(jié)果進行判斷分析，以達到對樁基施工質(zhì)量的判斷。此方法應用較為廣泛，具有快速、簡便及適用等特點，但對于嵌巖樁、測樁盲區(qū)、大直徑樁的高頻干擾等方面存在一定缺陷。

由于樁基埋設深度遠大于直徑，波動原理假定樁為連續(xù)彈性桿件，并忽略樁周土體對沿樁身應力波的影響，可采用一維波動理論來反應樁基波動問題。當樁基完整時，多次反射波與入射波的波動曲線同向，且各次反射之間的距離同首次反射到入射波之間的距離相等。當樁基存在缺陷時，波動曲線出現(xiàn)異常，出現(xiàn)與入射波反向位的反射波。

2 低應變法樁基檢測的工程經(jīng)驗

依據(jù)大量工程檢測經(jīng)驗及樁基試驗研究成果，采用低應變法進行樁基完整性檢測時應明確以下事項：1）低應變法無法進行樁基缺陷的定量分析，只能依靠經(jīng)驗進行具體位置的判定。2）低應變法進行樁基承載力檢測時，要求獲取不同地質(zhì)條件、樁型條件下的靜動對比系數(shù)，難度較大。3）樁側(cè)阻力對應力波能量影響較大，波形衰減嚴重，限制了樁體測量長度。通常檢測樁長應小于50m，樁基直徑小于1.8m，超過此限值樁底反射信號較弱，易引起誤判。4）當樁周地質(zhì)條件復雜且變化大時，低應變法對樁基質(zhì)量檢測的準確度會降低，反射波易因土體阻抗變化引起反射而產(chǎn)生誤判。5）對于嵌巖樁，由于樁底巖質(zhì)與樁身混凝土阻抗相近，當反射波傳遞到樁底時仍向下傳播，直至衰減為零，沒有反射波形，無法進行樁基質(zhì)量判定。

2 低應變法在高層建筑樁基工程中的應用

2.1 工程概況

某高層建筑為住宅樓，地上29層，地下2層，剪力墻結(jié)構(gòu)，為樁筏基礎(chǔ)。樁基為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，采用泵送反循環(huán)成孔工藝。為檢測樁基建造后的質(zhì)量,采用低應變法進行測試。測試儀器采用國產(chǎn)FD-P204型動測儀，通過手錘激振獲取加速度信息。

具體實施時，在樁頂放置加速度傳感器，接受錘擊產(chǎn)生的加速度信號。FD-P204型動測儀對測試信號進行放大和轉(zhuǎn)換處理，傳輸給計算機。計算機可顯示出實測波形。每根樁布置一個加速度信號采集點，每點可采集5～6次錘擊信號。對獲取的加速度測試信號進行時域、頻譜分析，以檢測測試樁的樁身完整性。

2.2 測試結(jié)果分析

無缺陷的完整性樁基，由于樁身無缺陷，會產(chǎn)生一個由于樁底土層與樁身混凝土阻抗差異的反射波。當樁底地層阻抗比樁身大時，反射波波形與入射波反相。反之同相。如圖1（1）所示對應為一完整樁的時域反射信。

圖1 樁基時域波形信號

淺部缺陷樁基的時域波形信號見圖1（2），表現(xiàn)為：由于缺陷距離樁頂較勁，缺陷反射時可能會產(chǎn)生兩次，兩次反射波的形態(tài)保持一致。首先在缺陷的第一個界面出現(xiàn)與入射波同向的反射波，然后在第二個界面出現(xiàn)另一個與入射波反相位的反射波。深部缺陷樁基的時域波形信號見圖1（3），反射波形與圖1（2）基本相同，只是在接收到樁底反射前無二次缺陷反射。

需要注意的是，對于斷樁質(zhì)量缺陷，力波會在斷樁處不會繼續(xù)傳播或傳播能量微弱，此時傳感器接受到的信號就僅僅表現(xiàn)為斷樁反射波，沒有樁底反射波。工程師測試判斷時，可依據(jù)入射波和反射波間的傳播時間計算樁長，通過樁長對樁基缺陷或樁端位置進行判別。

3 結(jié)語

由于設備輕便、檢測速度快、對場地要求小等特點，低應變法在各種樁基檢測工程中得到了廣泛的應用,但仍存在一些問題。只有不斷改善檢測儀器的性能和質(zhì)量，研究更優(yōu)越的樁基檢測技術(shù)，把樁基檢測方法與智能信號分析方法結(jié)合起來,樁基檢測技術(shù)才能得到更長遠的發(fā)展。

[1]梁萬紅,李永志，王仁健.低應變反射波法檢測樁基技術(shù)研究，交通標準化[J].2008(02).

[2]高紅偉,姚勇,陳代果.低應變反射波法在樁基檢測中的應用[J].西南科技大學學報,2013,09.

根據(jù)線性代數(shù)相關(guān)知識，若上述線性方程組為齊次，則有非零解的充分必要條件是系數(shù)矩陣的秩（文中n=6）；若上述線性方程組為非齊次，則其有解的充分必要條件是系數(shù)矩陣和增廣矩陣的秩相等，即R（A）=R（A，b）。當R（A）=R（A，b）=n時，則有唯一解。[3]在實際的預測中，通過多次溜放，回歸出實際的線性方程組,就可以計算出方程組解的情況。

根據(jù)溜放的工程實際，通過合適的配料，在溜放后得到符合配合比的混凝土是可能的。也就是說，上述方程組一般都是有解的，這個解即為投放前進行調(diào)整的配合比。

4 結(jié)語

利用多元線性回歸的數(shù)學方法，通過多次溜放及統(tǒng)計，對溜放前混凝土各組分與溜放后混凝土中單一組分的相關(guān)性進行了分析，得到了各經(jīng)驗回歸方程；再通過組成線性方程組，得到了溜槽輸送混凝土時配合比的預測和調(diào)整模型，能簡單有效地指導溜槽輸送混凝土時配合比的調(diào)整，避開了混凝土復雜的液-固兩相流動的流體分析。

需要注意的是，在應用中為了保證回歸模型具有優(yōu)良的解釋能力和預測效果，應注意自變量的選擇。自變量對因變量有顯著的影響，并呈密切的線性相關(guān)。在得到模型后必要時應進行檢驗與評價,以決定模型是否可以使用及是否需要調(diào)整。

參考文獻：

[1]劉龍衛(wèi),秦亮,唐道國,黎中文.溜槽技術(shù)在長距離有軌斜井施工中的應用[J].隧道建設,2009,29(3).

[2]汪榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計[M].西安：西安交通大學出版社,1986.

[3]同濟大學數(shù)學系.線性代數(shù)[M].北京：高等教育出版社, 2007.