低應變法對不同齡期混凝土樁的測試對比分析

鄧 華

中冶成都勘察研究總院有限公司

低應變法對不同齡期混凝土樁的測試對比分析

鄧 華

中冶成都勘察研究總院有限公司

近年來，隨著我國經濟的快速發展，市政、建筑、交通基礎設施建設在各地如火荼地進行，樁基礎已成為我國市政、建筑和公路橋梁工程建設中最重要的基礎形式，其質量直接關系到建筑物上部結構的整體安全，但由于基樁屬隱蔽工程，其成樁施工質量與地質勘察報告的準確度、精確度、施工設備、施工隊管理人員技術水平、現場經驗等因素息息相關。因此在工程初始階段樁基部分施工完成后應及時對樁身進行質量檢測，及時發現缺陷，并采取補救措施就顯得尤為重要。根據以往經驗，混凝土強度越高、齡期越長意味著應力波傳播的速度更大。但澆灌樁由于混凝土體積大，養護條件多種多樣等諸多原因不能做到實測樁身的混凝土強度，因此比較齡期、強度、波速對低應變檢測等方面有獨特的指導意義。

基樁；低應變；混凝土強度

1、基本理論和假設

1.1 低應變法

樁身完整性檢測方法多種多樣，檢測效果各有所長。這里主要以低應變法為研究對象。

樁完整性的反射波法檢測技術是以一維彈性桿件波動理論為基礎，通過樁頂錘擊產生應力波，該應力波在沿樁身傳播過程中，若樁身存在斷樁、裂縫、嚴重離析、樁底沉渣等缺陷引起的波阻抗差異界面或樁身截面積發生變化時( 例擴徑或縮徑) ，將產生反射波，經接收放大，通過分析反射波的傳播時間、波形特征和幅值判斷基樁的完整性及樁身缺陷的類型、位置、影響程度。該方法最大的特點是檢測費用低、快捷簡便、效率高，能快速發現基樁重大質量缺陷，對樁基無損。但檢測信號受多種條件影響( 例如樁身存在多處缺陷反射、地質條件影響、樁端持力層巖性、樁頭的處理情況、樁身長徑比等) ，不利于準確判別樁身質量和樁長。

1.2 混凝土強度與溫度和齡期的關系

混凝土是人工制造的建筑材料，指由膠凝材料將骨料膠結成整體的工程復合材料，廣泛應用于土木工程。

在正常養護的條件下，混凝土強度將隨齡期的增長而不斷發展，最初7～14d內強度發展較快，以后逐漸緩慢，28d達到設計強度，并根據28d抗壓強度確定混凝土的強度等級。28d后強度仍在發展，其增長過程可延續數十年之久。

普通水泥制成的混凝土，在標準養護條件下，混凝土強度的發展大致與其齡期的常用對數成正比關系(齡期不少于3d)：

fn / f28=lgn / lg28

式中 fn—nd齡期砼的抗壓強度(MPa)；n—養護齡期(d)，n≥3。

根據上式，可以由所測砼早期強度，估算其28d齡期的強度。或者由砼的28d強度，推算28d前后砼達到某一強度需要的天數。但由于混凝土骨料、膠凝材料種類、水灰比、溫度等條件不同，這些條件都是影響混凝土強度的因素，因此此式計算結果僅作參考。

根據上試得出C40混凝土各齡期對應的混凝土強度如下表(表1)：

表1

1.3 提出論點

由于樁身混凝土的波速并不是容易準確測得的，因此論證混凝土強度與應力波波速的關系。

2、不同齡期混凝土樁的低應變測試對比

本次實驗地點為資陽市某再建工地。采用旋挖機在地層中鉆取6m深，600mm直徑孔。該孔進入的土層至上而下依次為0～2m為填土，2～3m為強風化砂巖，3～5m為中風化砂巖。清底后投入鋼筋籠并澆灌C40混凝土。

待混凝土有一定強度后打磨樁頂，露出新鮮平整的混凝土表面。隔一定時間采用RS1616-K(P)動測儀對該樁進行數據采集。下圖為該樁不同齡期的測試曲線。

(圖1-齡期為3天)

(圖2-齡期為5天)

(圖3-齡期為6天)

(圖4-齡期為10天)

(圖5-齡期為14天)

(圖6-齡期為21天)

表2

(圖7-齡期為28天)

根據以上曲線體現的信息列出下表(表2)：

3、對比過程

根據表2中的對比情況，結合表1中齡期與混凝土強度的關系得到下表(表3)：

混凝土齡期(d) 波速(m/s) 預估混凝土強度(MPa) 3

將以上三列數據兩兩對比。

為更直觀，

由表1繪制曲線為圖8；

由表2繪制曲線為圖9；

由表3中第二第三列繪制曲線為圖10；

4、結論

根據以上論述得到了低應變檢測中混凝土強度與應力波波速的大致關系復合正相關的結論。本次實驗的結果數據由表3所示。

5、聯想和不足

低應變技術檢測樁身完整性已有多年歷史，但由于樁身工藝不同，材料成分不同，地層條件不同，混凝土齡期不同等，使得檢測工程師設置往往根據經驗設置波速。通過本文的探討可以更好的學習和比較相關問題。實驗中有諸多不足之處，比如實驗樣本太少、實驗條件(溫度、天氣、周圍環境等)沒有說明、齡期推斷強度為經驗公式計算等。因資金和時間有限，本文只例舉了資陽市一個工地的工程樁情況，文中的數據也僅作為參考，旨在提出探討的思維，作為工程師應舉一反三，精益求精，保持科學嚴謹的態度。

(圖8-混凝土強度與齡期關系)

(圖9-混凝土齡期與波速的關系)

(圖10-混凝土強度與波速的關系)

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2014

[2]孫熙平，王元戰，徐滿意，彭志豪. 高樁碼頭基樁完整性檢測技術研究綜述[J]. 港工技術，2010，02：50-53.

[3] 化學工業出版社.張豐慶 《混凝土材料》 2015.08.01