葉超

中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司（430080）

試驗(yàn)研究

低應(yīng)變法在高層建筑樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用

葉超

中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司（430080）

在闡述低應(yīng)變法基本原理的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了工程檢測(cè)中的若干經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合某工程實(shí)例對(duì)低應(yīng)變法在高層建筑樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

低應(yīng)變法；樁基；完整性

0 引言

高層建筑載荷大，對(duì)地基處理的要求嚴(yán)格，常規(guī)淺基礎(chǔ)形式應(yīng)用因而受限，樁基礎(chǔ)已成為高層建筑結(jié)構(gòu)的主要基礎(chǔ)形式。樁基作為地下隱蔽工程，出現(xiàn)異常時(shí)不易察覺，因此樁基檢測(cè)是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。樁基檢測(cè)的內(nèi)容包括承載力、樁身質(zhì)量等項(xiàng)目，它是對(duì)樁基質(zhì)量評(píng)判的基本依據(jù)。

1 低應(yīng)變法的基本原理

目前,進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)的方法有多種，包括低應(yīng)變動(dòng)力試樁法、聲波透射法、鉆孔取芯法等。低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法是通過對(duì)樁頂施加振動(dòng)載荷，采集樁體振動(dòng)的速度、加速度等信息數(shù)據(jù)，再利用波動(dòng)原理對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷分析，以達(dá)到對(duì)樁基施工質(zhì)量的判斷。此方法應(yīng)用較為廣泛，具有快速、簡便及適用等特點(diǎn)，但對(duì)于嵌巖樁、測(cè)樁盲區(qū)、大直徑樁的高頻干擾等方面存在一定缺陷。

由于樁基埋設(shè)深度遠(yuǎn)大于直徑，波動(dòng)原理假定樁為連續(xù)彈性桿件，并忽略樁周土體對(duì)沿樁身應(yīng)力波的影響，可采用一維波動(dòng)理論來反應(yīng)樁基波動(dòng)問題。當(dāng)樁基完整時(shí)，多次反射波與入射波的波動(dòng)曲線同向，且各次反射之間的距離同首次反射到入射波之間的距離相等。當(dāng)樁基存在缺陷時(shí)，波動(dòng)曲線出現(xiàn)異常，出現(xiàn)與入射波反向位的反射波。

2 低應(yīng)變法樁基檢測(cè)的工程經(jīng)驗(yàn)

依據(jù)大量工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)及樁基試驗(yàn)研究成果，采用低應(yīng)變法進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)時(shí)應(yīng)明確以下事項(xiàng)：1）低應(yīng)變法無法進(jìn)行樁基缺陷的定量分析，只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行具體位置的判定。2）低應(yīng)變法進(jìn)行樁基承載力檢測(cè)時(shí)，要求獲取不同地質(zhì)條件、樁型條件下的靜動(dòng)對(duì)比系數(shù)，難度較大。3）樁側(cè)阻力對(duì)應(yīng)力波能量影響較大，波形衰減嚴(yán)重，限制了樁體測(cè)量長度。通常檢測(cè)樁長應(yīng)小于50m，樁基直徑小于1.8m，超過此限值樁底反射信號(hào)較弱，易引起誤判。4）當(dāng)樁周地質(zhì)條件復(fù)雜且變化大時(shí)，低應(yīng)變法對(duì)樁基質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確度會(huì)降低，反射波易因土體阻抗變化引起反射而產(chǎn)生誤判。5）對(duì)于嵌巖樁，由于樁底巖質(zhì)與樁身混凝土阻抗相近，當(dāng)反射波傳遞到樁底時(shí)仍向下傳播，直至衰減為零，沒有反射波形，無法進(jìn)行樁基質(zhì)量判定。

2 低應(yīng)變法在高層建筑樁基工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某高層建筑為住宅樓，地上29層，地下2層，剪力墻結(jié)構(gòu)，為樁筏基礎(chǔ)。樁基為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，采用泵送反循環(huán)成孔工藝。為檢測(cè)樁基建造后的質(zhì)量,采用低應(yīng)變法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試儀器采用國產(chǎn)FD-P204型動(dòng)測(cè)儀，通過手錘激振獲取加速度信息。

具體實(shí)施時(shí)，在樁頂放置加速度傳感器，接受錘擊產(chǎn)生的加速度信號(hào)。FD-P204型動(dòng)測(cè)儀對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換處理，傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可顯示出實(shí)測(cè)波形。每根樁布置一個(gè)加速度信號(hào)采集點(diǎn)，每點(diǎn)可采集5～6次錘擊信號(hào)。對(duì)獲取的加速度測(cè)試信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻譜分析，以檢測(cè)測(cè)試樁的樁身完整性。

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

無缺陷的完整性樁基，由于樁身無缺陷，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由于樁底土層與樁身混凝土阻抗差異的反射波。當(dāng)樁底地層阻抗比樁身大時(shí)，反射波波形與入射波反相。反之同相。如圖1（1）所示對(duì)應(yīng)為一完整樁的時(shí)域反射信。

圖1 樁基時(shí)域波形信號(hào)

淺部缺陷樁基的時(shí)域波形信號(hào)見圖1（2），表現(xiàn)為：由于缺陷距離樁頂較勁，缺陷反射時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生兩次，兩次反射波的形態(tài)保持一致。首先在缺陷的第一個(gè)界面出現(xiàn)與入射波同向的反射波，然后在第二個(gè)界面出現(xiàn)另一個(gè)與入射波反相位的反射波。深部缺陷樁基的時(shí)域波形信號(hào)見圖1（3），反射波形與圖1（2）基本相同，只是在接收到樁底反射前無二次缺陷反射。

需要注意的是，對(duì)于斷樁質(zhì)量缺陷，力波會(huì)在斷樁處不會(huì)繼續(xù)傳播或傳播能量微弱，此時(shí)傳感器接受到的信號(hào)就僅僅表現(xiàn)為斷樁反射波，沒有樁底反射波。工程師測(cè)試判斷時(shí)，可依據(jù)入射波和反射波間的傳播時(shí)間計(jì)算樁長，通過樁長對(duì)樁基缺陷或樁端位置進(jìn)行判別。

3 結(jié)語

由于設(shè)備輕便、檢測(cè)速度快、對(duì)場地要求小等特點(diǎn)，低應(yīng)變法在各種樁基檢測(cè)工程中得到了廣泛的應(yīng)用,但仍存在一些問題。只有不斷改善檢測(cè)儀器的性能和質(zhì)量，研究更優(yōu)越的樁基檢測(cè)技術(shù)，把樁基檢測(cè)方法與智能信號(hào)分析方法結(jié)合起來,樁基檢測(cè)技術(shù)才能得到更長遠(yuǎn)的發(fā)展。

[1]梁萬紅,李永志，王仁健.低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁基技術(shù)研究，交通標(biāo)準(zhǔn)化[J].2008(02).

[2]高紅偉,姚勇,陳代果.低應(yīng)變反射波法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,09.

根據(jù)線性代數(shù)相關(guān)知識(shí)，若上述線性方程組為齊次，則有非零解的充分必要條件是系數(shù)矩陣的秩（文中n=6）；若上述線性方程組為非齊次，則其有解的充分必要條件是系數(shù)矩陣和增廣矩陣的秩相等，即R（A）=R（A，b）。當(dāng)R（A）=R（A，b）=n時(shí)，則有唯一解。[3]在實(shí)際的預(yù)測(cè)中，通過多次溜放，回歸出實(shí)際的線性方程組,就可以計(jì)算出方程組解的情況。

根據(jù)溜放的工程實(shí)際，通過合適的配料，在溜放后得到符合配合比的混凝土是可能的。也就是說，上述方程組一般都是有解的，這個(gè)解即為投放前進(jìn)行調(diào)整的配合比。

4 結(jié)語

利用多元線性回歸的數(shù)學(xué)方法，通過多次溜放及統(tǒng)計(jì)，對(duì)溜放前混凝土各組分與溜放后混凝土中單一組分的相關(guān)性進(jìn)行了分析，得到了各經(jīng)驗(yàn)回歸方程；再通過組成線性方程組，得到了溜槽輸送混凝土?xí)r配合比的預(yù)測(cè)和調(diào)整模型，能簡單有效地指導(dǎo)溜槽輸送混凝土?xí)r配合比的調(diào)整，避開了混凝土復(fù)雜的液-固兩相流動(dòng)的流體分析。

需要注意的是，在應(yīng)用中為了保證回歸模型具有優(yōu)良的解釋能力和預(yù)測(cè)效果，應(yīng)注意自變量的選擇。自變量對(duì)因變量有顯著的影響，并呈密切的線性相關(guān)。在得到模型后必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià),以決定模型是否可以使用及是否需要調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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[2]汪榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社,1986.

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