預(yù)應(yīng)力混凝土管樁檢測(cè)中低應(yīng)變反射波法應(yīng)用研究

彭方明 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測(cè)站，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年來，隨著我國城市人口的不斷增加，城鎮(zhèn)化進(jìn)程進(jìn)一步加快，城市里在建工程的數(shù)量也在不斷增加。如城市里在建數(shù)量龐大的高層建筑，由于其載荷較大，對(duì)地基處理的要求較為嚴(yán)格。在安徽硬黏土地區(qū)，傳統(tǒng)的灌注樁造價(jià)高，施工周期長(zhǎng)，而預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的造價(jià)較低、施工周期短、承載力高，故而常常被用作高層建筑物的樁基礎(chǔ)，但是管樁在硬黏土區(qū)域施工過程中擠土效應(yīng)顯著，容易出現(xiàn)樁身斷裂、樁身上浮等質(zhì)量缺陷，對(duì)管樁的完整性造成不利影響[1]。同時(shí)，管樁自身又是一項(xiàng)埋入地下的隱蔽工程，其完整性無法通過肉眼直接觀測(cè)獲得。管樁基礎(chǔ)作為建筑物結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其質(zhì)量的好壞是決定建筑物安全與否的決定性因素，故對(duì)管樁的完整性進(jìn)行檢測(cè)是十分有必要的。

目前實(shí)際工程中常采用低應(yīng)變高應(yīng)變法、反射波法、鉆孔取芯法、聲波透射法等來檢測(cè)管樁樁身的完整性，其中低應(yīng)變反射波法具備檢測(cè)快速、便捷等優(yōu)點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)基樁靜載試驗(yàn)抽樣率較低的問題，使得檢測(cè)結(jié)果更具有代表性，故而在管樁的完整性檢測(cè)領(lǐng)域被廣泛推廣應(yīng)用。

2 低應(yīng)變反射波法檢測(cè)管樁的原理

低應(yīng)變反射波法檢測(cè)管樁的示意圖如圖1所示，其基本原理為：由于樁長(zhǎng)一般遠(yuǎn)大于樁的直徑，可以將樁身等價(jià)為一維桿，材料各向分布均勻且性能相同，沿樁身方向的橫截面積不會(huì)發(fā)生變化[2]。在管樁樁身頂部進(jìn)行垂向激振，從而迫使管樁的質(zhì)點(diǎn)受迫振動(dòng)產(chǎn)生沿樁身向下傳播的應(yīng)力波。在應(yīng)力波的傳播過程中，如果遇到管樁樁身質(zhì)量有缺陷的界面，該界面可以為混凝土分布有差異的界面（如斷樁或嚴(yán)重析離部位）或管樁橫截面積發(fā)生變化的部位（縮、擴(kuò)徑），應(yīng)力波將會(huì)產(chǎn)生發(fā)射和透射[3-5]。結(jié)合反射波波速的振幅、到達(dá)時(shí)間和波速可以對(duì)管樁的完整性、缺陷程度和位置進(jìn)行一個(gè)綜合的判斷。

樁身缺陷的位置可根據(jù)下式計(jì)算

式中：x—樁身缺陷的位置到樁頂傳感器的垂直距離（m）；

Δtx—波速速度的第一個(gè)峰值與樁身缺陷反射的峰值之間的時(shí)間差（ms）；

c—應(yīng)力波通過樁體的波速（m/s）。

圖1 低應(yīng)變反射波法原理示意圖

3 低應(yīng)變反射波法試驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)[6]中的相關(guān)規(guī)定，樁身完整性可以根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征和幅頻信號(hào)特征的不同分為以下四類，具體見圖2。

進(jìn)行樁身完整性判斷需要注意的是，對(duì)所在場(chǎng)地和地質(zhì)條件相同且樁型以及沉樁工藝相同的基樁，當(dāng)樁端部分樁身阻抗與持力層匹配使得實(shí)測(cè)信號(hào)中沒有出現(xiàn)柱底反射波時(shí)，樁身完整性判斷可以根據(jù)處于相同場(chǎng)地下的其他有樁底反射波的基樁來進(jìn)行判斷。

樁身完整性的判斷準(zhǔn)則如下。

Ⅰ類樁：樁身結(jié)構(gòu)完整；

Ⅱ類樁：樁身基本完整，存在輕微缺陷，不影響整體承載性能；

圖2 樁身完整性結(jié)果評(píng)估圖

Ⅲ類樁：樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身整體的承載性能造成影響；

Ⅳ類樁：樁身存在嚴(yán)重缺陷，需進(jìn)行工程處理。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某工程需要對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測(cè)，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，具體樁型為PHC-500AB（125），按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求基樁樁端持力層為全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，單樁豎向承載力特征值為2200kN，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，工程樁總數(shù)86根。根據(jù)設(shè)計(jì)、有關(guān)規(guī)范及規(guī)程，檢測(cè)樁數(shù)86根。主要技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)為《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）。

4.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次測(cè)試采用的儀器設(shè)備為武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司研制的RS-W(P)型24位浮點(diǎn)樁基動(dòng)測(cè)儀，使用的傳感器是朗斯測(cè)試技術(shù)有限公司的LC0154TA型內(nèi)裝壓電加速度傳感器。當(dāng)使用力棒激振后，用安裝在管樁頂部的傳感器接收樁底及樁間反射的應(yīng)力波信息，然后使用多通道數(shù)字濾波，指數(shù)放大，數(shù)字頻譜分析等高科技技術(shù)來改善測(cè)試信噪比，以確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

4.3 試驗(yàn)操作

本次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，嚴(yán)格遵循《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)的技術(shù)要求，在測(cè)試前，確保安裝傳感器部位的混凝土是密實(shí)平整的，將傳感器垂直安裝于管樁的頂部，使用黃油做耦合劑，用帶有尼龍頭的力棒對(duì)管樁頂部進(jìn)行激振。在每根管樁的樁頂安裝2～4個(gè)傳感器檢測(cè)點(diǎn)，激振點(diǎn)布置在樁心，檢測(cè)點(diǎn)宜為樁壁厚的1/2處，檢測(cè)點(diǎn)和激振點(diǎn)與樁中心連線形成的夾角宜為90。，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄3～5個(gè)有效信號(hào)，確保實(shí)測(cè)信號(hào)可以準(zhǔn)確的反映管樁樁身的完整性狀況。本次檢測(cè)的實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)未經(jīng)指數(shù)或線性放大。

4.4 檢測(cè)結(jié)論

圖3 樁身完整的波形

圖4 樁身有輕微缺陷的波形

本工程使用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)了86根管樁，根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)中關(guān)于樁身完整性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，其中Ⅰ類樁共83根，占被測(cè)基樁總數(shù)的96.51%；Ⅱ類樁共3根，占被測(cè)基樁總數(shù)的3.49%。Ⅰ類樁和Ⅱ類樁的樁身完整性滿足使用要求。圖3和圖4為典型的使用低應(yīng)變反射波法獲得的波形，圖3為樁身完整的Ⅰ類樁，圖4為樁身有輕微缺陷的Ⅱ類樁，缺陷位置位于樁頂下約10.2m。

5 結(jié)論

樁基工程是建設(shè)工程的重要構(gòu)成部分，是確保整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)可靠性的基石，故在硬黏土區(qū)域管樁的完整性檢測(cè)顯得尤為重要。低應(yīng)變反射波法檢測(cè)管樁樁身完整性有簡(jiǎn)單快捷等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛被應(yīng)用于建設(shè)工程管樁樁身完整性的檢測(cè)領(lǐng)域中。但在實(shí)際工程中，造成管樁缺陷的原因較多，因此需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員具備豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況作出合理的檢測(cè)結(jié)論，以保障使用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)管樁完整性時(shí)檢測(cè)結(jié)果的精確性。