铁路工程基桩常测量法的局限性概述
jdtg63477
jdtg63477 Lv.9
2015年08月28日 12:46:00
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对于完整桩,只有桩端反射波,若桩尖持力层为一般土质,其反射波与入射波同相位;若桩尖持力层为岩石,其反射波与入射波反相。由安装在桩顶的加速度或速度传感器接收反射波,经信号放大、采集、滤波和数据处理后,可识别来自桩身不同部位的反射信息,据此判断桩身完整性。使用中的局限性尽管低应变法具有适用范围广、仪器设备操作简便、检测速度快、成本较低等优点,但在实际检测中还是有一些问题和局限性是不容忽视的。(1)影响深度问题,从桩顶往下一倍半径内,各截面都不能满足平截面假设,典型的一维应力波反射现象将会不明显。对于这一深度范围内的缺陷,仅凭一维理论很难做出十分准确的识别和定位。实际检测时远不止这个影响深度,由于检测人员技术水平的差异,在检测时选择的激励脉冲太宽,导致应力波的波长较长,就很容易把浅部缺陷漏掉。例如某工程一根基桩,桩径1.0m,桩长49.5m,采用声波透射法检测,1.2m处明显缺陷(Ⅲ类桩),;用低应变法做对比试验,第一次选用长桩常规检测使用的锤击方式和锤垫,测试信号看不出缺陷,;第二次采用提高锤击力的高频成分,提高采样率,准确无误地测到了缺陷信号(图略)(2)桩侧土阻力很大的话(特别是预制打入管桩),应力波在很短的传播距离内就已消耗殆尽,造成无法接收桩身或桩底反射信号,也就无法对桩身完整性做出判定。例如某工程地质条件为砂土,使用预制管桩进行地基处理,施工时打入困难,桩侧土阻力很大,低应变测试信号如图略;而打入前进行测试,桩底多次反射都很清晰,,由此可见桩侧土阻力对低应变的检测深度是影响巨大的。(3)最大有效检测深度问题,由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响,应力波在传播过程中能量衰减很大,往往尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底,其能量已完全耗散或提前反射,对桩的有效检测深度影响极大,故规范不宜规定统一的适用桩长。通过我们大量的工程实践,一般长径比(L/D)在20~30左右时能比较好地检测到桩底反射信号而不是单单由桩长一个指标控制的。(4)对于桩身截面阻抗多变的桩,由于不同深度桩身阻抗变化引起的反射信号交叉重叠,无法准确判断反射信号的位置和性质,不适宜采用低应变法检测。(5)激励脉冲作用点与接收传感器之间有一定的距离,造成时间的滞后导致所测得的波速比真实值偏高或缺陷定位偏浅,而当桩身截面尺寸改变时由于一维理论只考虑波的直线传播,不考虑应力波绕行距离的增加,又导致测定的波速比真实值偏低。

对于完整桩,只有桩端反射波,若桩尖持力层为一般土质,其反射波与入射波同相位;若桩尖持力层为岩石,其反射波与入射波反相。由安装在桩顶的加速度或速度传感器接收反射波,经信号放大、采集、滤波和数据处理后,可识别来自桩身不同部位的反射信息,据此判断桩身完整性。使用中的局限性尽管低应变法具有适用范围广、仪器设备操作简便、检测速度快、成本较低等优点,但在实际检测中还是有一些问题和局限性是不容忽视的。(1)影响深度问题,从桩顶往下一倍半径内,各截面都不能满足平截面假设,典型的一维应力波反射现象将会不明显。对于这一深度范围内的缺陷,仅凭一维理论很难做出十分准确的识别和定位。实际检测时远不止这个影响深度,由于检测人员技术水平的差异,在检测时选择的激励脉冲太宽,导致应力波的波长较长,就很容易把浅部缺陷漏掉。例如某工程一根基桩,桩径1.0m,桩长49.5m,采用声波透射法检测,1.2m处明显缺陷(Ⅲ类桩),;用低应变法做对比试验,第一次选用长桩常规检测使用的锤击方式和锤垫,测试信号看不出缺陷,;第二次采用提高锤击力的高频成分,提高采样率,准确无误地测到了缺陷信号(图略)(2)桩侧土阻力很大的话(特别是预制打入管桩),应力波在很短的传播距离内就已消耗殆尽,造成无法接收桩身或桩底反射信号,也就无法对桩身完整性做出判定。例如某工程地质条件为砂土,使用预制管桩进行地基处理,施工时打入困难,桩侧土阻力很大,低应变测试信号如图略;而打入前进行测试,桩底多次反射都很清晰,,由此可见桩侧土阻力对低应变的检测深度是影响巨大的。(3)最大有效检测深度问题,由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响,应力波在传播过程中能量衰减很大,往往尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底,其能量已完全耗散或提前反射,对桩的有效检测深度影响极大,故规范不宜规定统一的适用桩长。通过我们大量的工程实践,一般长径比(L/D)在20~30左右时能比较好地检测到桩底反射信号而不是单单由桩长一个指标控制的。(4)对于桩身截面阻抗多变的桩,由于不同深度桩身阻抗变化引起的反射信号交叉重叠,无法准确判断反射信号的位置和性质,不适宜采用低应变法检测。(5)激励脉冲作用点与接收传感器之间有一定的距离,造成时间的滞后导致所测得的波速比真实值偏高或缺陷定位偏浅,而当桩身截面尺寸改变时由于一维理论只考虑波的直线传播,不考虑应力波绕行距离的增加,又导致测定的波速比真实值偏低。

声波透射法

基本原理声波透射法是根据超声波的透射原理检测桩身完整性,,在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道,将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中,管中注满清水作为耦合剂,由仪器的发射换能器发射超声脉冲,穿过待测的桩体混凝土,并经接收换能器被仪器所接收,判读出超声波穿过混凝土的声时、接收波首波的波幅以及接收波主频等参数。超声脉冲信号在混凝土的传播过程中因发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减,使接收信号在混凝土中传播的时间、振动幅度、波形及主频等发生变化,这样接收信号就携带了有关传播介质(即被测桩身混凝土)的密实缺陷情况、完整程度等信息。由仪器的数据处理与判断分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析,即可对桩身混凝土的完整性进行检测,判断桩基缺陷的程度并确定其位置。声波透射法检测原理使用中的局限性声波透射法浅相对低应变法来说具有不受桩长限制,能测出桩身浅部、多个缺陷及深部缺陷或桩底等优势,但在实际检测工作中也不是毫无问题的。首先,声波透射法检测的前提是要在被检桩里面预埋声测管,这就决定了很多没有埋设声测管的桩是无法采用该方法检测的(比如CFG桩)。其次,铁路桥梁基桩一般较长且数量巨大,施工单位在装配声测管时稍微把关不严,就会很容易造成声测管的堵塞和变形,有的单位为了节约成本,选购的声测管的壁厚远远达不到设计标准,造成不少数量的声测管不通,一旦作为检测通道的声测管堵塞,就无法进行声波透射法检测。再者,规范要求桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值等方面进行综合判定。然而由于波幅和波形畸变目前还没有相应的标准,实际使用中基本上就靠声速和PSD两个判据,而混凝土的非线性和声测管的不平行又使这两个判据不能完全适用,另外即使首波的波幅和到达时间一样,被测混凝土也是有差异的,(图略)还有,要求声测管是平行埋设,由钢筋笼下部仅有几根固定声测管的钢筋,控制变形能力很差,在下钢筋笼的过程中导致桩身下部的声测管扭曲变形很严重,从测试数据看,有时两根声测管几乎靠在了一起,即使能进行检测,也达不到检测桩身完整性的目的,其有效检测范围太小。

对策及建议

鉴于上述检测方法的种种局限性,在实际工程检测中可采用如下对策来提高检测的有效性和准确性,从而确保检测工作的质量。(1)在地质勘察阶段,勘察单位要严格按照规范要求进行勘察工作,对于地质条件复杂地段要适当加密勘探孔的数量,以便给设计单位提供详实准确的勘察报告。(2)设计单位在设计时,对于地质情况复杂多变的地段或容易扩孔和塌孔而造成桩身阻抗多变的桩,尽管设计桩长≤40m,也建议采用声波透射法进行检测。(3)施工单位在施工时要真实准确地填写基桩成孔记录、地质确认、混凝土面高度,导管埋深等情况,以便检测到异常信号时能查阅到原始记录,从而帮助判定桩的类别。(4)有条件的话,可采用超声波钻孔侧壁检测仪进行成孔质量检测,不仅可以指导施工过程,还可以为成桩后的检测提供重要参数,在基桩的类别判定上起到良好的辅助作用。(5)在实际检测工作中不能仅根据规范要求采用一种方法进行检测,当采用低应变反射波法进行检测时,对于浅部缺陷要特别重视,可采取提高激励脉冲的频率和采样率的方式进行浅部精测或用开挖验证的方法进行验证检测;对于桩侧土阻力很大的预制打入桩,可以采用钻孔电视或高应变法来辅助检测打入的有效桩长和桩身完整性;至于最大有效检测深度问题,建议规范不一定要规定有效检测长度的控制范围,应通过现场试验,依据能否检测到桩底反射信号来确定该方法是否适用。就目前工程实际来看,很多桩长接近40m的铁路桥梁基桩,低应变法是很难测到桩底反射信号的,可采取抽取一定比例的基桩做钻芯法或高应变法来检测实际的桩长。(6)在采用声波透射法检测基桩质量完整性时,要针对不同情况采用相应的辅助检测方法和判别方法,如因声测管不通或变形严重可采用钻芯法进行补充检测,或者采用高应变法进行检测,必要时也可采用静载试验的方法间接检测桩身完整性,如果承载力和变形性能能达到设计要求,则说明桩身完整性没有问题。如果缺陷位置较浅(10m左右)也可采用低应变法进行校核,排除声测管附近混凝土质量不好的影响,从而准确判定缺陷的位置和程度。

结论

综上所述,每一种检测方法都不是万能的,要从工程实际出发,遵循一种方法为主,选取一种或两种方法为辅的策略,综合运用不同的检测方法,充分发挥优点,弥补缺点,才能准确地对基桩质量做出评定,才能更好地为我国的铁路事业做出贡献。
免费打赏
lrg005
2015年10月31日 12:33:41
2楼
谢谢楼主,好资料,学习了
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lrg005
2015年12月12日 17:22:03
3楼

谢谢楼主,好资料,学习了
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