反射波法檢測水泥攪拌樁的應(yīng)用研究
摘要:反射波法是低應(yīng)變測定混凝土樁樁身完整性的一種準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)快捷的檢測方法。本文結(jié)合工程試樁,對反射波法應(yīng)用于水泥攪拌樁的理論基礎(chǔ)、可行性、實際應(yīng)用與可靠性進(jìn)行了分析,認(rèn)為只要選擇合理,處理得當(dāng),在滿足一定的條件下,利用反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身完整性是可行的。同時也指出尚存在一定的局限性,需要認(rèn)真研究和解決。
關(guān)鍵詞:水泥攪拌樁樁身質(zhì)量反射波法檢測研究
反射波法是低應(yīng)變測定混凝土樁樁身完整性的一種檢測方法,其經(jīng)過多年的研究、應(yīng)用及發(fā)展,該項技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟,事實證明它是一種準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)快捷的檢測手段。
近年來,隨著深層攪拌樁在軟土地區(qū)的廣泛應(yīng)用,工程上迫切需要一種能夠?qū)Υ藬嚢铇稑渡碣|(zhì)量進(jìn)行快速有效地分析與評估的檢測手段。但是長期以來,對攪拌樁樁身質(zhì)量的檢測往往只能依賴于鉆孔取芯或開挖取樣等方法,這些方法盡管直接可靠,但由于其時間長、成本高,所以很難對大批量的攪拌樁進(jìn)行綜合質(zhì)量評估,其結(jié)果也就難免以偏概全。
因此,能否將應(yīng)用于混凝土樁身質(zhì)量評價的反射波法成功地應(yīng)用于攪拌樁,已經(jīng)成為樁基動測界中一個迫切需要研究及解決的課題。在國內(nèi),到目前為止,反射波法攪拌樁樁身質(zhì)量還處于探索階段,盡管有許多學(xué)者與同行進(jìn)行過相關(guān)的研究,但是由于所檢測的對象具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性(地質(zhì)環(huán)境差異、樁身材料的非嚴(yán)格均勻性、樁周介質(zhì)阻抗與樁身介質(zhì)阻抗差異小、施工工藝的差異、測試現(xiàn)場條件的差異),其準(zhǔn)確性與可靠性還有待進(jìn)一步提高與完善。本文結(jié)合近年來的工程實踐,就反射波法檢測水泥攪拌樁的應(yīng)用談?wù)勔恍w會與看法。
1理論基礎(chǔ)與可行性分析
反射波法是建立在―維波動理論的基礎(chǔ)上的。假設(shè)樁為質(zhì)地均勻、各向同性的―維線彈性體(樁的長度遠(yuǎn)大于直徑,且入射波波長λ大于樁的直徑),當(dāng)用手錘在樁頂敲擊時,產(chǎn)生的應(yīng)力波在樁身傳播滿足―維波動方程:
〖JZ(〗〖SX(〗??2μ〖〗?x?2〖SX)〗=〖SX(〗1〖〗Vc〖SX)〗〖SX(〗??2μ〖〗?t?2〖SX)〗〖JZ)〗〖JY〗(1)
?式中:Vc―〖WB〗縱波在樁身中的傳播速度,?〖DW〗Vc=〖KF(〗E/ρ〖KF)〗;
E―樁身彈性模量;
ρ―樁身混凝土密度。
當(dāng)有入射波Fa從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2,將在兩種介質(zhì)的界面處產(chǎn)生反射波Fb與透射波Fc.經(jīng)求解可得:
〖JZ(〗Fb=Fa〖SX(〗α-1〖〗α+1〖SX)〗〖JZ)〗〖JY〗(2)〖JZ(〗Fc=Fa〖SX(〗2α〖〗α+1〖SX)〗〖JZ)〗〖JY〗(3)?式中:α=〖SX(〗V??c1?A?1E?1〖〗V??c2?A?2E?2〖SX)〗=〖SX(〗Z?2〖〗Z?1〖SX)〗Z?1、Z?2分別為介質(zhì)1與介質(zhì)2的聲阻抗。
公式(2)反映了彈性波在樁身中傳播時,反射波隨樁身截面阻抗變化而變化的關(guān)系。
根據(jù)以上的理論基礎(chǔ),反射波法檢測水泥攪拌樁必須滿足以下理論條件:
(1)水泥攪拌樁是否可視為一維桿件。
(2)水泥攪拌樁樁身材料是否可視為彈性材料。
(3)水泥攪拌樁樁身波阻抗是否可以被識別。
從目前工程上的應(yīng)用來看,水泥攪拌樁樁徑多為50cm,樁長多為8m以上,長徑比一般在16以上,符合樁長遠(yuǎn)大于樁徑的理論條件,樁體可視為一維桿件。
水泥攪拌樁是由水泥就地與地基土充分?jǐn)嚢栌不桑嗤猎谑芰Τ跗?,?yīng)力與應(yīng)變關(guān)系基本上符合虎克定律??梢暈閺椥圆牧?見圖1)。
注:〖WB〗A?5、A??10?、A??15?、A??20?、A??25?表示水泥滲入比;〖DW〗a?w=(5,10,15,20,25)%
與混凝土灌注樁相比,盡管水泥攪拌樁樁身波阻抗明顯要小,但目前大量的工程試驗資料證明,水泥攪拌樁樁身抗壓強(qiáng)度可達(dá)1.2MPa以上(425#水泥,噴灰量50kg/m,齡期90d),其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于樁周土強(qiáng)度,基本符合―維波動方程的理論假設(shè)。對實際工程樁的檢測也表明,一維壓縮波在水泥攪拌樁樁身以內(nèi)的入射、透射、反射特征清晰。
基于以上分析,反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量是可行的。
2實際應(yīng)用與可靠性分析與檢測混凝土灌注樁相比,反射波法檢測水泥攪拌樁有著其自身的特殊性。
首先是檢測時確定檢測齡期的問題。統(tǒng)計資料表明,到28d齡期時,水泥土的強(qiáng)度為設(shè)計強(qiáng)度的60%左右(見圖2),到90d齡期時才能達(dá)到設(shè)計要求。從檢測效果的角度出發(fā),齡期越長,強(qiáng)度越高,檢測效果越好。如果過早地進(jìn)行檢測,水泥土尚未完全硬化,水泥土的波阻抗與樁周土的波阻抗較為接近,則不滿足一維波動方程的理論假設(shè)?;蛴捎阪R擊時,因為樁身整體強(qiáng)度不高,形成波形的低頻震蕩,導(dǎo)致無法進(jìn)行有效的分析與判斷。因此建議水泥攪拌樁最佳的檢測齡期為28d以后。
其次由于水泥土無粗骨料,彈性波在水泥土內(nèi)部傳遞時,介質(zhì)散射引起的衰減較小,而介質(zhì)吸收產(chǎn)生的衰減較大。為了取得良好的檢測效果,應(yīng)盡可能破除樁頂松散層,打磨各測點,并選擇合適的振源,一般尼龍錘具有較好的指向性和穿透力。為減少彈性波的損失,應(yīng)采用如黃油、凡士林一類的膠狀或漿狀物質(zhì)作耦合劑。
最后,選擇合理的波速成為一次成功檢測的關(guān)鍵,反射波測出的實際有效樁長:
L=t c/2式中:t―彈性波由樁頂傳至樁底、經(jīng)反射后傳至樁頂?shù)臅r間(由儀器測定);
c―彈性波在樁身內(nèi)傳播的波速,m/s.因此,波速的選擇直接影響到實測樁長與缺陷位置判斷的準(zhǔn)確性。波速選擇的越合理,越具代表性,實測樁長的誤差就越小,反射波法檢測的可靠性就越高。
我院曾于1996年在寧馬公路板橋段線外按線內(nèi)工程樁設(shè)計要求(設(shè)計樁長16.5m,水泥摻入比12%)同期制成三根試樁。1號樁為樁長低于設(shè)計樁長的短樁,2號樁為按設(shè)計要求制成的完整樁,3號樁為只在某一段面減停噴灰量的缺陷樁。成樁14d后,對其進(jìn)行檢測。首先檢測2號樁,并將其作為標(biāo)準(zhǔn)參考樁。實測波形清晰,樁底反射明顯(見圖3)。按設(shè)計樁長16.5m可計算出波速為1280m/s,可將其作為另兩根樁的經(jīng)驗波速。隨后檢測1號樁,運用2號樁的經(jīng)驗波速可測出1號樁實際有效樁長為14.88m(見圖4),同樣測出3號樁缺陷位置在9.79m處(見圖5)。進(jìn)一步可對線內(nèi)同期工程樁進(jìn)行快速普測,取得了非常好的效果。
實踐證明,只要選擇合理,處理得當(dāng),在滿足一定的條件下,完全可以利用反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身完整性。
3不確定因素與局限性盡管反射波法檢測水泥攪拌性有著快速、可靠等諸多優(yōu)點,但仍有其一定的局限性。
首先,經(jīng)驗波速隨著齡期、強(qiáng)度、水泥含量、土樣含水量變化存在著明顯的不確定性,造成經(jīng)驗波速范圍波動過大,直接造成檢測結(jié)果誤差增大。而為取得有代表性的經(jīng)驗波速,在工程樁同期打試樁,既不太可能也不太實際。所以這還得通過今后不斷的積累和完善,建立起一套完整的經(jīng)驗波速與各影響因素的相關(guān)數(shù)據(jù)庫,才能真正使反射波法檢測水泥攪拌樁走向應(yīng)用。
其次,反射波法應(yīng)用的對象應(yīng)是一彈性的均勻體,而目前落后的施工工藝造成的樁身不均勻性,也制約著反射波法檢測水泥攪拌樁的應(yīng)用。有時因攪拌不充分造成的水泥層狀、片狀分布將會令反射波法很難甚至無法分析。
4結(jié)束語總之,反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量目前還處于探索、發(fā)展階段。反射波法在一定條件下可以對水泥攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測,但還需綜合采用其它一些方法如取芯、載荷試驗等對樁身進(jìn)行綜合評價。
?2009年結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)招生簡章
?二級結(jié)構(gòu)工程師
最新資訊
- 2024年度二級注冊結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)考試資料:規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程2024-08-13
- 2024年度一級注冊結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)考試資料:規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程2024-08-13
- 環(huán)球網(wǎng)校雙11預(yù)售開啟!定金百倍膨脹,直播再返現(xiàn)金2023-10-25
- 環(huán)球網(wǎng)校結(jié)構(gòu)工程師雙11活動來啦,限時優(yōu)惠!2023-10-25
- 注冊結(jié)構(gòu)工程師考試大綱下載2023-05-16
- 2023年一級注冊結(jié)構(gòu)工程師考試大綱內(nèi)容2023-04-14
- 2023年結(jié)構(gòu)工程師教材內(nèi)容變動對比2023-04-10
- 2023年注冊結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)基礎(chǔ)教材變動對比2023-04-03
- 2023年新版注冊結(jié)構(gòu)工程師基礎(chǔ)教材2023-03-29
- 2023一級結(jié)構(gòu)工程師基礎(chǔ)考試真題2023-01-29