高低應變法在巷道支柱檢測中的運用

謝開武 ，劉 勇 ，農洪河 ，楊忠武

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南 長沙 410116； 2.廣西大學， 廣西 南寧 530004)

高低應變法在巷道支柱檢測中的運用

謝開武1，劉 勇1，農洪河2，楊忠武2

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南 長沙 410116； 2.廣西大學， 廣西 南寧 530004)

應力波檢測通常用于建筑樁基，針對巷道支柱檢測特點，嘗試采用高低應變相結合的方式，用低應變法通過反射波法評價和判斷巷道支柱結構的完整性，用高應變法通過沿支柱向下傳播的高應力波判定支柱豎向抗壓承載力的合理值，檢測結果表明，適用性良好且快捷經濟，值得推廣。

應力波；反射；巷道支柱；承載力

0 引 言

隨著地下工程的發展，巷道中支柱的使用越來越普遍，支柱的質量逐漸引起人們的重視，其評價和判斷需要對支柱進行有效科學的檢測。對于巷道支柱，鉆芯取樣法、聲波透射法已得到逐步推廣和使用[1]。但鉆芯只鉆取了支柱中的一小部分，缺少代表性，不足以代表整個支柱；鉆取試樣的技術要求也很高，鉆取的采取率、取芯長度必須得到保證；鉆取也一定程度上對支柱造成損傷。聲波透射法依據測得的剖面聲學數據，篩選異常值后，求得波幅和聲速的平均值，然后分析對比所得測點的數據與平均值，超過一定范圍即認為該點存在缺陷。與其他檢測方法相比，聲波透射法檢測有數據全面、監測精確，適用范圍更廣等特點[2]，但聲波透射法也存在自身的不足，容易受到漫射、透射、反射等各種外界因素的干擾，影響檢測的準確性。高低應變法的結合使用避開了傳統檢測實踐中存在的弊端，且得到逐步推廣。現代隧道工程中，巷道支柱和房屋樁基的結構有很大的相似性，高低應變用于隧道支柱檢測十分具有創新性和適用性。低應變法通過應力波理論在測試對象中的傳播特性，推斷計算信號波的速度、頻率，最終對支柱質量和整體性進行判斷[3]，具有實施簡便，成本經濟的特點。高應變法根據實測曲線擬合法計算相等同靜載下的承載力[4]，這種算法可以判定支柱豎向抗壓承載力的合理值，可以發現支柱縫隙規模及接頭是否存在缺陷，根據缺陷的類型，程度，規模等綜合因素評價支柱的豎向抗壓承載力[5]，是低應變法的補充驗證手段。

1 現場工程地質概況

測試現場為南寧市江北引水干渠2#隧道，試驗中檢測支柱為6根。檢測支柱為沖孔灌注樁，樁徑為800 mm，單樁承載力特征值為2000 kN。混凝土強度等級為C25。設計以石灰巖③層作為樁端持力層，樁極限端阻力標準值為8000 kPa。

場地巖土工程特征經鉆探揭示,土巖特征自上而下依次為種植土→素填土→粉質粘土→砂巖或礫巖，隧洞實體范圍位于強～中風化的砂巖或礫巖中，所有鉆探孔均鉆入該層，并達樁端以下3倍樁徑深度以上。南寧市江北引水干渠2#隧道(樁號K300+600～K400+350)屬于淺埋隧洞，整個隧洞洞頂的覆蓋層僅有7～16 m。而且2#隧道下穿南寧市繞城高速公路、邕隆二級路、民房、廠房等建筑物，隧道距民房最近的距離僅為5.24 m。

2 檢測原理

2.1 低應變法

低應變法采用反射波法對巷道支柱結構完整性進行評定。經過在樁頂激發向下傳播不同頻率的應力波，在應力波經過樁身有裂痕等不完整的位置或者樁端時產生反射，由采集儀對信號進行數據轉換，以曲線形式顯示，該信號包含了應力波傳播的各種信息；應力波在支柱內的異常介質環境下，所呈現的時域曲線會因抗阻條件的不同而出現異常的傳播特性，結合南寧市江北引水干渠2#隧道的地質條件、樁的剖面特性和樁身的工藝特征對樁身結構完整性進行評價。

2.2 高應變法

通過在樁頂激發高應力波，使應力波隨樁身向下發射，應力波受土阻力反射回樁頂，改變樁身質點運動速度。通過距樁頂1.5～2倍樁身直徑處安設的應變和加速度傳感器記錄重錘自由下落時樁身的加速度和應力波形。根據力學模型及模型參數、檢測的邊界條件，用數值分析的方法求解樁頂受到的承載程度和應力波的速度曲線，通過實測曲線擬合法，由支柱的力學模型與靜載試驗參數，反算靜載條件下支柱的承載力。

2.3 檢測判斷依據

依據《建筑巷道支柱檢測技術規范》(JGJ106-2014)，檢測樁身的完整性(見表1)。

表1 樁身完整性判定特征

3 試驗過程

3.1 試驗儀器

RS-1616K(P)巷道支柱動測儀1套，應變測量傳感器2只，壓電式加速度傳感器2只，高應變適配器1只，加速度傳感器1只，力棒、組合重錘及錘擊裝置等輔助設備1套。

3.2 測試過程及結果

3.2.1 低應變法檢測

隨機對南寧市江北引水干渠2#隧道6根樁進行完整性檢測。現場的實測信號曲線中，1號樁和8號所顯示的波速和波形具有代表性(見圖1)。依據表1對現場記錄的實測信號曲線進行分析判斷，結果見表2。

表2 巷道支柱低應變法檢測結果

圖1 低應變時域曲線

3.2.2 高應變法檢測單樁豎向抗壓承載力

檢測采用高應變法對6根樁進行測試，錘重采用40 kN重鍾，落距為0.8～1.0 m。對測試樁實測的力和速度曲線比較有代表性的為11號樁(見圖2)。采用武漢巖海工程技術開發公司提供的CCWAPC擬合法分析軟件進行擬合分析計算，結果見圖2。根據分析結果，判定各檢測樁的承載力值見表3。

表3 巷道支柱高應變法檢測結果

4 結論和建議

(1) 測試試驗運用低應變法檢測支柱6根，4根樁為I類樁，樁身完整，2根樁為II類樁，樁身有輕微缺陷，但不會影響支柱結構承載力的正常發揮。

(2) 高應變法檢測6根支柱，根據高應變實測曲線擬合分析計算，判定所檢測的各支柱豎向抗壓極限承載力均大于設計要求的單樁豎向抗壓承載力，為其特征值的2.0倍以上，和靜載實驗所得的測試值基本相同。

(3) 所檢測隧道的支柱均經過鉆芯取樣法檢驗，經過檢驗后樁身的完整性和承載力均達到工程的規范要求。與鉆芯取樣法的結果相比，高低應變法可以得出一樣的檢測結果，說明其對地下隧道的支柱檢測具有很強的適用性和可行性。同時高低應變法所用設備簡便，檢測費用經濟，對于地下隧道支柱檢測技術，高低應變法是一個新的途徑和研究方向。

圖2 測試樁的高應變擬合分析結果

[1]惠遠才.芻議樁基工程檢測技術[J].建筑工程技術與設計，2015(12)：268-268.

[2]張 鑫，劉忠昌，侯佳男，等.超聲法在檢測大直徑超長樁中的應用[J].建材技術與應用，2008(10)：4-8.

[3]葉漢藝.淺析低應變法在樁基質量檢測中的應用[J].廣東建材，2008(5)：121-122.

[4]唐國英,何德華.從工程實踐淺析基樁高應變法檢測承載力誤差問題[J].震災防御技術，2015(3)：547-557.

[5]張 杰，鄒華君，萬 強.淺析有缺陷PHC樁的檢測與處理方法[J].西部探礦工程，2008(9)：23-25.(收稿日期：2016-07-24)

謝開武(1971-)，男，湖南辰溪人，高級工程師，主要從事路橋工程建設工作，Email：501164312@qq.com。