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声测管桩基检测技术
发布时间:2019-06-02

结合声测管桩基检测的重要性,阐述了它的发展历史和现状,介绍了声测管桩基检测技术的现状和分类,列举每一种检测方法的优缺点并进行对比,通过各种方法互相结合在声测管桩基检测中的应用,来提高检测结果的准确性与可靠性。
目前,我国建筑工程在地基基础中的采用桩基越来越广泛,由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降,所以桩基在住宅、高层建筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。但是由于施工技术、工艺、管理水平等因素,往往容易发生质量问题。据1986~1989年全国建筑工程质量抽查结果,桩基合格率分别为34.8%、48.7%、68.3%。现实的数据警示我们,桩基属隐蔽工程,为了保证土建工程安全,桩基质量检验至关重要。而且桩基一旦发生事故,加固处理起来难度较大。近年来声测管桩基检测技术发展很快,已形成建设、监理、施工部门质量控制的一道坚强的防线。
2. 声测管桩基检测的现状
2.1 声测管桩基检测技术的发展历史
2.1.1 静载荷试验。
桩基静载测试技术是随着桩基础在建筑设计中的使用越来越广泛而发展起来的。新中国成立以后,桩基静载测试技术就逐步发展起来。传统静载荷试验采用手动加压、人工操作、人工记录的方式进行。到了20世纪80年代以后,随着改革开放的脚步,基本建设规模的逐年加大,特别是灌注桩在工程上的广泛应用,我国的桩基静载测试技术也进入了一个全新的发展时期。至今,桩基静载试验作为一项方法成立,理论上无可争议的声测管桩基检测技术。
2.1.2 低应变检测。
20世纪80年代,以波动方程为基础的低应变法进入了快速发展期,各种低应变法在基础理论、机理、仪器研发、现场测试和信号处理技术、工程桩和模型桩验证研究、实践经验积累等方面,取得了许多有价值的成果。
2.1.3 高应变检测。
我国的高应变动力试桩法研究是起于20世纪80年代中后期,到90年代初期已有相关的软硬件,实际应用效果已不弱于国外,在灌注桩检测桩基动测方面,国产仪器和软件业已达到国际先进水平,有的方面显示出中国特色。
2.1.4 声波透射法。
混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。到20世纪70年代,声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。
2.1.5 钻孔取芯法。
20世纪80年代钻孔取芯法主要应用于钻孔灌注桩的检测,同时在技术条件成熟的地区也用在检测地下连续墙的施工质量。钻芯法是一种微破损或局部破损的检测方法,具有科学、直观、实用等特点。
2.2 桩基工程质量检测内容。
2.2.1 桩的承载力检测。
桩的承载力与加荷速率有很大关系,由于静荷载试验与任何动荷载试验相比,所施加的荷载速率最慢,最接近于实际工程的加荷速率,所以试验的结果最接近于实际桩的承载力,
因而,国内外均将静荷载试验的结果作为桩承载力的标准。
2.2.2 桩的完整性检测。
完整性检测是控制桩基础质量的有效方法之一,其目的是查明桩身的完整程度,查清缺陷类型和位置并作出评价,以便采取必要的处理和补救措施,消除质量隐患,保证桩基础的设计承载能力。低应变动测法就是通过对桩顶施加较低的激振能量,引起桩身及周围土体的微幅振动,同时用仪表量测和记录桩顶的振动速度和加速度,利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析,从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。
对于正常的混凝土,声波在其中传播的速度是有一定范围的,当传播路径遇到混凝土有缺陷时,如断裂、裂缝、夹泥和密实度等,声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过,
声波将发生衰减,造成传播时间延长,使声时增大,计算声速降低,波幅减小,波形畸变,利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化,来分析判断桩身混凝土质量。
2.3 声测管桩基检测技术的分类。
2.3.1 直接法:即通过现场原型试验直接检测项目结果的检测方法。主要有钻孔取芯法(桩身完整性检测)和静载荷试验(承载力检测)。
钻孔取芯法是用地质钻机沿着桩顶一直钻到桩底,并进入持力层一定深度,取芯样进行状态和强度检验以获得桩身完整性及持力层岩土性状的一种检测方法。该方法主要目的是检测桩身完整性、混凝土强度、持力层岩土性状。能对桩身质量进行直观地定性分析,能检测桩身混凝土强度、离析和胶结、混凝土级配搅拌情况(水泥水化等)、桩底沉渣(桩身夹渣)或桩底欠挖情况、基岩的岩性及承载力情况,还可利用抽芯桩孔对断桩、夹泥病桩进行灌浆补强处理,是检测方法中应用最为普遍的一种方法。但是缺点是费用较高,容易“一孔之见”,桩径小而桩长较长时容易偏出桩身之外,不能轻易给受检桩下结论。
静载试验是利用接近于桩的实际受力状况,分级在桩顶施加荷载,通过观测桩顶的位移沉降,根据一定的判别标准获得单桩的承载力的方法。是目前检测单桩的承载力最可靠的方法,当采用其他间接方法获得检测结果有争议时用它来进行仲裁。最大的有点在于方法准确可靠,但是做起来费时费钱,检测数量少,代表性差,而且大吨位基桩由于加载设备限制很难进行。
静载荷试验的目的是当为设计提供依据时载荷试验应加载至破坏,以确定单桩的极限承载力;当在桩身埋设有测量应力、应变、桩底反力传感器或位移杆时,可以测定桩周土层侧摩阻力和桩端土阻力或桩身截面的位移量。
2.3.2 间接法:在现场原型试验基础上,同时基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能最终获得检测项目结果的检测方法。主要包括以下三种方法:
2.3.2.1 低应变法。
低应变法是用小锤在桩顶激发一个脉冲,通过分析传感器、仪器接收反射回来的脉冲信号的相位、振幅,或通过FFT进行频谱分析以获得桩身完整性的一种测桩方法。低应变法是普查基桩的完整性,判定桩身缺陷程度和位置的一种常用方法。在桩顶面施加低能量的瞬态或稳态激振,使桩在弹性范围内做弹性振动,并由此产生应力波纵向传播,同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价。适合钢筋混凝土灌注桩,预应力混凝土桩(实心放桩、实心圆桩、管桩)等。该方法测试设备简单轻便,检测速度快、成本低,适用于大面积普查,是基桩质量完整性普查的良好手段。但是其缺点是对多个缺陷检测能力差,检测深度能力有限。
2.3.2.2 高应变法。
高应变法是用重锤冲击桩顶,通过分析在桩侧对称安装的两对传感器记录的力和加速度曲线,以获得桩土性状的一种检测方法。高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求和桩身完整性的。
与低应变法检测的快捷、廉价相比,高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的,但由于其激励能量和检测有效深度大的优点,特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时,能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上,能合理判定缺陷程度。如果带有普查性的完整性检测,采用低应变法更为恰当。高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的,试打桩和打桩监控属于其特有的功能,是静载试验无法做到的。但目前受检测人员水平和桩与土之间相互作用模型等问题的影响,该方法仍有较大的局限性,尚不能完全代替静载荷试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的设计依据。
2.3.2.3 声波透射法。
在桩身中预埋声测管,并在两声测管之间发射和接收超声波,通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的变化,对桩身完整性进行检测的方法。在桩内预埋纵向声测管道,将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中,管中充满清水作耦合剂,由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土,被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析,即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置作出判断,并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。
声波透射法的优点是准确可靠,尤其在有缺陷的位置附近可以进行加密测量,从而对缺陷位置有更为准确的判断。但是不易做到随机抽检。
3. 结论
3.1 钻孔取芯法与声波投射法均适用于大直径灌注桩,而静载试验适用于各种桩型。
3.2 高应变检测预制桩的桩身完整性及承载力均有效。由于桩侧土阻力的影响,及桩的长径比的关系,低应变反射波法检测预制桩的完整性不太理想,需慎重采用。
3.3 钻孔抽芯法与预埋管超声法对大直径桩灌注桩缺陷的判断人为影响因素小,检测大直径灌注桩完整性时应优先考虑这两种方法。
3.4 声波投射法对缺陷位置和程度的判定更为详细,高应变和钻孔取芯法对明显缺陷位置的判定差别不大。
上述检测方法各有优缺点,检测时不能仅仅局限于一种方法。只有根据工程的实际情况,选用一种或多种方法,互相配合才能更好的解决实际问题。
参考文献
[1] 杨宪章.低应变法与静压法的矛盾探讨[J].云南大学学报(自然科学版),2000,22:88~90.
[2] 段尔焕,刘道方.桩基试验检测技术的发展及应用综述[J].云南大学学报(自然科学版),2000,22:8~11.
[3] 崔江余,罗红杰.动测法检测桩承载力和完整性[J].中国安全科学学报,2005,15(2):105~108.

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