摘要：近年来综合国力的提高, 经济的发展带动了公路网的建设, 面对大规模建设, 工程质量尤为重要。桥梁工程是公路工程的重要子项目, 桩基础是桥梁的主要组成部分。它承受着巨大的桥墩荷载和未来的交通动荷载。其施工质量和承载力对道路交通运行有重要影响。桥梁桩基的质量检测不仅关系到桥梁的运行性能, 而且关系到结构的安全性和耐久性。为了保证工程质量, 有必要对桩基进行检测, 反射波法既方便、经济, 又不破坏桩身结构。文章从反射波法的原理出发, 阐述了现场检测方法和波形分析中应注意的问题, 总结了反射波的适用条件和局限性, 总结了工程应用中的关键问题, 可为今后高波检测提供参考。
关键词：反射波法；公路桥梁；基桩检测
1 反射波法的基本原理
反射波法的工作原理是在公路桥梁桩身顶部垂直振动, 根据波动理论为理论基础, 弹性波沿着桩身一直向下传播, 假设桩身是一个弹性直杆, 桩身内阻抗界面有着明显差异。如断桩、桩底泥沙、偏桩、严重离析等) 或断面变化 (如缩径等) 。发生波反射, 设备接收、放大、过滤和处理数据, 以识别不同区域的桩反射信息。利用桩身传播时的纵波速度、时程、桩长和反射波的振幅和波形特征计算桩身的波速。根据反射波和视波速到达桩底的时间, 可以检测到桩的实际长度, 以确定桩身的完整性。
2 检测方法
测量点有三种常见的布置方法: (1) 墩 (帽) 顶激振及筒体槽形布置传感器如图1所示。 (2) 桩顶槽受斜激励, 桩身槽布置传感器, 如图2所示。 (3) 桩顶激振及桩顶布置传感器, 见图3。
图1 桩身完整性检测测点布置
图2 桩身完整性检测测点布置
3 反射波法桩身波形分析
(1) 桩身完整, 波形清晰, 反射波形态规则, 桩底反射波明显[3], 桩身混凝土平均波速高, 易于读取反射波到达时间。对于摩擦桩, 反射波以及入射波处于同一相位。对于嵌岩桩来说, 反射波以及入射波是相反的。
(2) 泥浆、空洞、离析等不规则曲线, 波速低, 反射振幅和频率减小, 离析处反射信号与同一方向反射信号同向出现;扩 (缩) 径桩曲线不规则, 桩间有反射, 将同时做第二个反省。一般可以看到桩底的反射波。当直径增大时, 第一反射波与入射波同相, 第二反射波与入射波同相。断裂桩的曲线表明, 由于桩底反射的振幅和频率依次减小, 通常看不到桩底的反射。曲线桩底含沙反射波和入射波同相, 振幅与含沙量呈正相关。
4 反射波法的局限性
反射法本身的局限性在许多情况下是影响结论准确性的重要因素, 在以下几个方面存在着不可克服的障碍:
(1)只有通过测量广义波阻抗的相对变化才能区分颈缩和颈缩的类型, 并能计算出缺陷的位置, 但无法确定缺陷的性质和方向;缺陷程度的定量分析难以达到预期的效果。目前, 定量分析还处于指导阶段, 只能定性地给出缺陷的程度。波速、源频率与混凝土强度之间的关系不能准确给出, 也没有理想的波速计算公式。然而, 基于桩长的波速计算中存在许多具体问题, 因此缺陷位置的判断只能保证10%的误差。
图3 桩身完整性检测测点布置
(2)应力波反射法在加速度计长径比超过一定限值时, 不能准确测量桩身缺陷、极浅部位或过小部位。现有的测试理论和技术很难解决这些问题。测试范围有限, 高频信号不能传输, 低频信号分辨率不够, 泄漏等缺陷, 容易形成衍射。当桩身缺陷较多时, 非常容易误判桩身的深层缺陷。
5 低应变反射波法测量中的几个问题
(1)根据反射波法的特点, 是检测桩身工艺质量的有效方法。这为桩基础质量检测的分类和评价提供了依据, 但也存在一定的局限性。例如, 当桩身混凝土较软时, 应力波不会从桩底传到桩身。无法获取桩底反射信号, 否则很容易造成误判, 很难观察到背光反射信号。
(2) 反射波法测得的桩头波形曲线不仅反映了桩侧阻力的变化, 这不仅为桩的质量分析和判断提供了依据, 也为桩的承载力提供了参考信息, 而且反映了桩周土质的变化。因此, 在评价桩基质量时, 应根据实测波形曲线判断桩基结构的完整性, 通过实测波形曲线进行分析。并结合地质条件和施工记录, 分析了缺陷对承载力的影响。当实测波形曲线复杂时, 可采取进一步岩心取样、开挖检测、静载试验、超声波检测等措施, 检查桩的承载力是否满足设计要求。
如图4曲线, 引起土壤质量突变。
图4 省道跨线桥0-5#桩反射波法检测的曲线
桩土系统是一个复杂的系统。特别是各种动态试验的精度不高, 试验理论和实践经验水平不一。不仅要掌握现场工作, 还要掌握曲线的采集, 这些曲线符合良好的时域波形数据处理程序的相关规范, 并对具有丰富工程实践经验的技术人员进行综合分析。
(1)为准确分析和评价桩身质量, 经检测和处理后, 需要做以下工作:结合地质资料和施工记录进行分析。施工技术和外部控制对基桩的完整性和缺陷类型有很大影响。例如, 预制桩和人工挖孔桩不能缩颈。许多质量事故发生时, 水流和地层发生变化, 地层本身的快速变化会产生回声等。检查地质资料, 确定缺陷位置, 消除地层影响。
(2)定量分析有助于确定许多缺陷的程度。虽然定量分析中存在许多缺陷, 但对应力波在桩中传播的具体过程进行了分析和确定。只要合理选择桩土参数, 对桩的质量分析和确定具有重要意义。为了对同一工程中的所有试桩进行综合分析, 只有一个单桩分析不能对整体情况进行综合评价, 有时是非常危险的。同一施工场地的地质条件和建筑条件基本相同, 查明了测得的边桩之间的共性。对每根桩进行分析是一种有效的方法。有资质的单位可以严格按照标准监督各工程的施工, 核对不同的分析数据, 提高分析的准确性。
6 结论
理论和工程实践证明, 低应变反射波法是检测工程桩基础完整性的有效方法。然而, 这种方法仍然存在一些问题。例如, 桩基缺陷的确定很大程度上受地质条件的影响, 桩周土阻抗的变化给试验评估带来困难。因此, 为了更准确地确定试验结果, 试验前应详细检查工程地质、施工记录等基础资料。正是由于这一问题的存在, 本文建议采用低应变法进行普查, 应采用高应变或静荷载来测试桩的承载力, 从而更准确地测试工程桩基础, 保证国家工程质量建设。
反射波法在桩基质量检测技术的发展阶段还处于起步阶段, 在使用范围和影响因素等方面仍存在一些问题有待进一步研究。只有通过广大科技人员的不断努力, 通过理论与实践的更多结合, 检测技术才能达到新的水平。
参考文献
[1]李宁, 贺丽丽.浅谈桥梁桩基施工质量控制的要点[J].科技传播, 2010 (12) .
[2]冯翠梅.浅析低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].建筑知识, 2011 (08) .
[3]朱理生.反射波法的局限性分析及其对策[J].交通科技与经济, 2004 (2) .
论文作者:张鹏,王西彬,刘宗乾
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：反射论文; 波形论文; 波速论文; 缺陷论文; 桩基论文; 曲线论文; 承载力论文; 《基层建设》2019年第11期论文;