柳光偉

(黑龍江省煤田地質(zhì)測(cè)試研究中心)

回波法檢測(cè)在橋樁傾斜中的應(yīng)用

柳光偉

(黑龍江省煤田地質(zhì)測(cè)試研究中心)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，道路橋梁等設(shè)施大量興建，橋梁基礎(chǔ)質(zhì)量的好壞尤為重要，基礎(chǔ)是地下隱蔽工程，它承擔(dān)著橋梁的全部荷載，其質(zhì)量如何，至關(guān)重要。主要介紹了基樁傾斜狀態(tài)下的檢測(cè)方法。

回波法;基樁傾斜;應(yīng)用原理

1 基礎(chǔ)原理

1.1 檢測(cè)樁的一維波動(dòng)理論

當(dāng)樁長(zhǎng)L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁的直徑D，可把樁近似當(dāng)做一維桿件處理，其波動(dòng)方程為?2u/?t2=V2p?2u/?y2。

根據(jù)反射原理，在樁身內(nèi)傳播的彈性波，當(dāng)遇到波阻抗不連續(xù)的界面時(shí)，必然產(chǎn)生反射及投射。

1.2 傾斜樁回波法測(cè)試原理

(1)惠更斯—菲涅耳原理

在彈性介質(zhì)中，波動(dòng)傳到空間任一點(diǎn)，此點(diǎn)可看作是一個(gè)新的點(diǎn)源，在空間任意一點(diǎn)上觀測(cè)到的波動(dòng)是再次相遇到各個(gè)波所引起的振動(dòng)的合成。

(2)繞射原理

廣義繞射地震學(xué)認(rèn)為，彈性波傳到空間任何一點(diǎn)都可以看做一個(gè)新的繞射源，形成一個(gè)新的繞射波并向四周傳播。地面上觀測(cè)到的波動(dòng)是由這些繞射源產(chǎn)生的繞射在觀測(cè)點(diǎn)上的疊加。

實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，所使用的壓電式加速度傳感器其方向性極強(qiáng)，主要接收來(lái)自垂直方向的信號(hào)，因?yàn)?，在?shí)測(cè)回波時(shí)程曲線上，繞射點(diǎn)A對(duì)應(yīng)出現(xiàn)負(fù)脈沖異常極大值點(diǎn)t'，故可方便地求出L'。

另實(shí)際工作中，△X為已知，故可用下式計(jì)算出基樁傾斜角度α

2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)1

斜面圓鐵棒，直徑13 cm，長(zhǎng)5.87 m，斜角5°。

曲線特征：直達(dá)波后在零線下馬上出現(xiàn)一段較平直線，總體呈寬“U”型曲線特征。底部反射信號(hào)受到削弱。

2.2 實(shí)驗(yàn)2

平面圓鐵棒，直徑10 cm，長(zhǎng)5.51 m，斜角0°。

曲線特征：在直達(dá)波與桿底反射波之間，曲線對(duì)稱，呈寬對(duì)稱“凸”型曲線特征。底部反射信號(hào)強(qiáng)。

3 模型樁實(shí)驗(yàn)

測(cè)試研究中心在基地內(nèi)作了3根模型樁。1號(hào)樁為垂直樁，2號(hào)樁向西傾約9°，3號(hào)樁向東傾約11°。

反射法測(cè)量結(jié)果：

1號(hào)垂直樁，起跳后在零線附近，出現(xiàn)微小的起伏，直至樁底，樁底反射明顯。

2、3號(hào)(傾斜樁)，起跳后，在零線下出現(xiàn)明顯的寬“U”型曲線段，延伸至7.5～8 m后歸零，樁底反射不明顯。

4 工程應(yīng)用事例

4.1 實(shí)例1

J10號(hào)樁為鉆孔樁，樁徑Φ1 000 mm，施工樁長(zhǎng)13.28 m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30，樁底持力層為中風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖。

反射法測(cè)試曲線特征：八個(gè)方向上其回波時(shí)程曲線均在直達(dá)波后，樁底反射波到達(dá)之前時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)明顯的寬大負(fù)向脈沖異常，直至樁底，樁底反射不明顯，且各向曲線變異性較大。WN向負(fù)向脈沖異常相對(duì)較大，而S-ES方向負(fù)向脈沖異常相對(duì)較小，由此推斷該樁為傾斜樁，且由WN向ES方向傾。

由WN方向回波時(shí)程曲線圖上可查出t'=5.33 ms，求出L'=10.13 m。而由振幅譜圖中可查出 f1=70 Hz，f2=256.56 Hz，△f'=186.6 Hz，由此可算出特征點(diǎn) L'=10.18 m。

由(1)式可求出J10號(hào)樁的傾斜角為1.5°。

4.2 實(shí)例2

H14號(hào)樁為鉆孔樁，樁徑 Φ1 000 mm，施工樁長(zhǎng)18.29 m，混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C30，持力層為中風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖。

實(shí)測(cè)時(shí)程曲線特征：八個(gè)方向曲線均在直達(dá)波后與樁底反射波到達(dá)之前時(shí)間段內(nèi)，出現(xiàn)明顯的負(fù)向脈沖異常，樁底反射不明顯。各向曲線變異性較大，且NW向曲線負(fù)向脈沖異常最大，而SE向相對(duì)較小，為典型傾斜樁時(shí)程曲線特征，由此推測(cè)H14號(hào)樁為傾斜樁，且由NW向SE方向傾。

由SE測(cè)回波法時(shí)程曲線圖上可查出t'=6.82 m，求出L'=13 m，而從振幅譜圖上可查出 f1=64.4 Hz，f2=211.6 Hz，△f=147.2 Hz，求出 L'=12.9 m。

從(1)式求出 H14號(hào)樁傾角3.5°。

鉆探抽芯驗(yàn)證共布設(shè)3隔空，抽芯驗(yàn)證結(jié)果，1號(hào)孔抽至8.21 m處偏出樁外，2號(hào)孔抽至10.052 m處偏出樁外，3號(hào)孔抽至11.10 m處偏出樁外，抽芯驗(yàn)證樁由NW向SE傾，回波法推測(cè)與之相一致，抽芯驗(yàn)證該樁傾斜3°，回波法推測(cè)樁傾斜角 3.5°，兩者誤差 0.5°。

5 結(jié)論

(1)基樁傾斜時(shí)，其回波時(shí)程曲線在直達(dá)波之后，樁底反射波到達(dá)之前這一時(shí)間段內(nèi)，有明顯的負(fù)向脈沖異常。

(2)對(duì)于垂直樁各項(xiàng)激振與接收，曲線變異性甚少。而對(duì)于傾斜樁，不同敲擊點(diǎn)與接收點(diǎn)的曲線變異性較大。

(3)當(dāng)樁底存在波阻抗差異界面時(shí)，垂直樁時(shí)程曲線樁底反射明顯，而傾斜樁回波時(shí)程曲線樁底反射信號(hào)被極大地削弱。

(4)在樁傾斜方向一側(cè)激振與接收，其回波時(shí)程曲線相對(duì)其他方向激振與接收其負(fù)向脈沖異常最小，而反傾向一側(cè)激振與接收相對(duì)其他方向其負(fù)向脈沖異常最大。

(5)在傳感器中軸線與樁傾斜方向的下側(cè)界面交點(diǎn)上，回波時(shí)程曲線其負(fù)向脈沖達(dá)到極大值。而相應(yīng)在頻率域振幅譜圖上亦存在界面干擾頻差△f'，所求出Lf'與時(shí)程曲線所求出的Lt'相一致。說(shuō)明L'對(duì)應(yīng)A點(diǎn)為傾斜樁的特殊物理現(xiàn)象點(diǎn)(特征點(diǎn))。

U445.7

C

1008-3383(2012)06-0014-01

2011-11-29

柳光偉(1965-)，男，高級(jí)工程師，從事工程地質(zhì)。