低應(yīng)變反射波法在CFG樁檢測(cè)中的應(yīng)用

崔兵芳

(山西晉城市城區(qū)交通運(yùn)輸局，山西晉城 048000)

0 引言

CFG樁作為一種介于剛性樁與柔性樁之間的樁型，其主要作用是改善不良地質(zhì)為復(fù)合地基，同時(shí)提高地基的承載能力。低應(yīng)變反射波法對(duì)CFG樁的檢測(cè)，通過(guò)這次實(shí)踐中的應(yīng)用和檢驗(yàn)，為施工單位保證隱蔽工程的施工質(zhì)量提供了技術(shù)保障。該方法在日后樁基檢測(cè)中能有一定的借鑒作用。

1 工程概況

馬巴公路巴公段改造工程是澤州縣2010年的一個(gè)重點(diǎn)公路工程，是澤州縣主要的縣級(jí)公路之一。該公路的改造，對(duì)完善公路網(wǎng)絡(luò)功能具有很大作用，使巴公和大陽(yáng)兩鎮(zhèn)乃至縣城北部區(qū)域的聯(lián)系將更加便利，更加方便，特別是作為環(huán)城高速連接線，使該公路的改造顯的更加重要。馬巴公路全長(zhǎng)2．46 km，起點(diǎn)為省道長(zhǎng)晉線，途經(jīng)環(huán)城高速巴公出口，終點(diǎn)為西寺莊村，該公路采用三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬8．5 m，路面兩側(cè)各澆筑50 cm寬水泥混凝土路緣，該工程中K1+891．5鋼筋混凝土拱涵地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，采用CFG樁進(jìn)行地基處理。設(shè)計(jì)樁距1．5 m，正方形布樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)12 m，總樁數(shù)580根。設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基承載力特征值不低于300 kPa。施工后對(duì)該拱涵的CFG樁進(jìn)行了復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)和低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。

2 檢測(cè)依據(jù)

1)JTG/TF 81-01-2004公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程;2)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范;3)設(shè)計(jì)文件、地質(zhì)報(bào)告及建設(shè)單位具體要求。

3 檢測(cè)內(nèi)容

1)對(duì)該拱涵工程的CFG樁進(jìn)行三組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其復(fù)合地基承載力特征值是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)對(duì)該拱涵CFG樁總數(shù)5%的樁，即29根樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，以檢驗(yàn)CFG樁的樁身結(jié)構(gòu)完整性。

4 復(fù)合地基承載力評(píng)價(jià)

1)試驗(yàn)?zāi)康?采用接近于豎向抗壓樁的復(fù)合地基實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法，確定單根樁復(fù)合地基承載力特征值，以檢驗(yàn)其是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2)加載、試驗(yàn)裝置:承壓板為1．5 m×1．5 m的方形鋼板。加荷裝置采用荷載鋼平臺(tái)架，重物荷載源，采用油壓千斤頂加荷。采用四個(gè)百分表進(jìn)行沉降的測(cè)定。承壓板高程應(yīng)與基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)高程相同，壓板下宜設(shè)中粗砂找平層。

3)加載方式:選用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法(常規(guī)慢速荷載法)，分級(jí)加荷按等荷載增量均衡施加，荷載增量取設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值的兩倍的總加荷量的1/10。每施加一級(jí)荷載，在加荷開(kāi)始后各讀記壓板沉降一次，以后每隔30 mm觀測(cè)一次承壓板沉降，當(dāng)1 h內(nèi)沉降差不超過(guò)0．1 mm，即可加下一級(jí)荷載。當(dāng)符合下列試驗(yàn)終止條件后，可分級(jí)卸載，每級(jí)卸載量為加載量的兩倍。

4)試驗(yàn)終止條件:當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止試驗(yàn):a．沉降急劇增加，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;b．累計(jì)的沉降量已大于壓板寬的6%，即90 mm;c．總加載量已大于設(shè)計(jì)要求壓力值的兩倍。

5)荷載試驗(yàn)成果分析:按設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基承載特征值為300 kPa，故試驗(yàn)荷載終值以600 kPa控制。3組復(fù)合地基試樁每級(jí)荷載下的沉降及穩(wěn)定時(shí)間分別見(jiàn)表1，表2。

表2 J3號(hào)復(fù)合地基靜載荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表3 3組復(fù)合地基靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

由3組單樁復(fù)合地基靜載荷載試驗(yàn)曲線分析，3組試驗(yàn)的P—S曲線基本上屬緩變型，可由相對(duì)沉降量來(lái)確定復(fù)合地基承載力特征值。由表3可以看出，3組樁的單樁復(fù)合地基承載力特征值均滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》要求。因此，復(fù)合地基承載力特征值可按300 kPa考慮，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)

5．1 檢測(cè)原理

低應(yīng)變反射波法測(cè)試就是利用自由落錘(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)和由樁身缺陷或樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)組合的時(shí)程曲線(或稱為波形)，最后利用信號(hào)采集分析儀對(duì)所記錄的帶有樁身質(zhì)量信息的波形進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料和施工記錄作出對(duì)樁身完整性的判斷。

設(shè)樁身某段一分析單元，其樁身介質(zhì)密度、彈性波波速、截面面積分別用P，C，A表示，責(zé)令Z=PCA，并稱為廣義波阻抗。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P，C，A發(fā)生變化，其變化發(fā)生處稱為波阻抗界面。當(dāng)激發(fā)一維平面應(yīng)力波沿樁身傳播，到達(dá)一與傳播方向垂直的波阻抗界面時(shí)，根據(jù)應(yīng)力波理論，將產(chǎn)生反射波及透射波。反射波法就是利用樁身不同狀況下(如縮徑、夾泥、離析、斷裂、擴(kuò)徑)應(yīng)力波速度量的反射、透射與入射的相位關(guān)系及幅值來(lái)作分析。

5．2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適的激振設(shè)備、傳感器，檢查測(cè)試系統(tǒng)各部分之間連接是否正常。

2)樁頂應(yīng)鑿至新鮮的混凝土面，并用打磨機(jī)將測(cè)點(diǎn)和激振點(diǎn)磨平。

3)傳感器的安裝可采用石膏、黃油、橡皮泥等耦合劑，粘結(jié)應(yīng)牢固，并且與樁頂面垂直。傳感器宜安裝在距樁中心1/2～2/3半徑處。

4)短樁或淺部缺陷樁的檢測(cè)宜采用輕錘短脈沖激振，長(zhǎng)樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測(cè)宜采用重錘寬脈沖激振。

5)采用力棒激振時(shí)，應(yīng)自由下落;采用力錘敲擊時(shí)，應(yīng)使其作用力方向與樁頂面垂直。

5．3 完整性分類及判斷標(biāo)準(zhǔn)

Ⅰ類樁:樁身完整，可正常使用。樁端反射較明顯，無(wú)缺陷反射波，振幅譜線分布正常，混凝土波速處于正常范圍。Ⅱ類樁:樁身基本完整，有輕度缺陷，不影響正常使用。樁端反射較明顯，但有局部缺陷所產(chǎn)生的反射信號(hào)，混凝土波速處于正常范圍。Ⅲ類樁:樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。樁端反射不明顯，可見(jiàn)缺陷二次反射波信號(hào)，或有樁端反射但波速明顯偏低。Ⅳ類樁:樁身有嚴(yán)重缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有嚴(yán)重影響。無(wú)樁端反射信號(hào)，可見(jiàn)因缺陷引起的多次強(qiáng)反射信號(hào)，或按平均波速計(jì)算的樁長(zhǎng)明顯短于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。

6 檢測(cè)結(jié)果

各樁檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 低應(yīng)變反射波法測(cè)試結(jié)果匯總

7 檢測(cè)結(jié)論

1)馬巴公路K1+891．5拱涵工程，根據(jù)單根樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，本次CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為300 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求;

2)CFG樁低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)，共檢測(cè)29根樁。Ⅰ類樁21根，Ⅱ類樁8根。

8 結(jié)語(yǔ)

CFG樁作為一種介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型，其主要作用是改善不良地質(zhì)為復(fù)合地基，同時(shí)提高地基的承載能力。低應(yīng)變反射波法對(duì)CFG樁的檢測(cè)，通過(guò)這次實(shí)踐中的應(yīng)用和檢驗(yàn)，為施工單位保證隱蔽工程的施工質(zhì)量提供了技術(shù)保障。