謝開武 ，劉 勇 ，農(nóng)洪河 ，楊忠武

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南 長沙 410116； 2.廣西大學， 廣西 南寧 530004)

高低應(yīng)變法在巷道支柱檢測中的運用

謝開武1，劉 勇1，農(nóng)洪河2，楊忠武2

(1.中建五局土木工程有限公司， 湖南 長沙 410116； 2.廣西大學， 廣西 南寧 530004)

應(yīng)力波檢測通常用于建筑樁基，針對巷道支柱檢測特點，嘗試采用高低應(yīng)變相結(jié)合的方式，用低應(yīng)變法通過反射波法評價和判斷巷道支柱結(jié)構(gòu)的完整性，用高應(yīng)變法通過沿支柱向下傳播的高應(yīng)力波判定支柱豎向抗壓承載力的合理值，檢測結(jié)果表明，適用性良好且快捷經(jīng)濟，值得推廣。

應(yīng)力波；反射；巷道支柱；承載力

0 引 言

隨著地下工程的發(fā)展，巷道中支柱的使用越來越普遍，支柱的質(zhì)量逐漸引起人們的重視，其評價和判斷需要對支柱進行有效科學的檢測。對于巷道支柱，鉆芯取樣法、聲波透射法已得到逐步推廣和使用[1]。但鉆芯只鉆取了支柱中的一小部分，缺少代表性，不足以代表整個支柱；鉆取試樣的技術(shù)要求也很高，鉆取的采取率、取芯長度必須得到保證；鉆取也一定程度上對支柱造成損傷。聲波透射法依據(jù)測得的剖面聲學數(shù)據(jù)，篩選異常值后，求得波幅和聲速的平均值，然后分析對比所得測點的數(shù)據(jù)與平均值，超過一定范圍即認為該點存在缺陷。與其他檢測方法相比，聲波透射法檢測有數(shù)據(jù)全面、監(jiān)測精確，適用范圍更廣等特點[2]，但聲波透射法也存在自身的不足，容易受到漫射、透射、反射等各種外界因素的干擾，影響檢測的準確性。高低應(yīng)變法的結(jié)合使用避開了傳統(tǒng)檢測實踐中存在的弊端，且得到逐步推廣?，F(xiàn)代隧道工程中，巷道支柱和房屋樁基的結(jié)構(gòu)有很大的相似性，高低應(yīng)變用于隧道支柱檢測十分具有創(chuàng)新性和適用性。低應(yīng)變法通過應(yīng)力波理論在測試對象中的傳播特性，推斷計算信號波的速度、頻率，最終對支柱質(zhì)量和整體性進行判斷[3]，具有實施簡便，成本經(jīng)濟的特點。高應(yīng)變法根據(jù)實測曲線擬合法計算相等同靜載下的承載力[4]，這種算法可以判定支柱豎向抗壓承載力的合理值，可以發(fā)現(xiàn)支柱縫隙規(guī)模及接頭是否存在缺陷，根據(jù)缺陷的類型，程度，規(guī)模等綜合因素評價支柱的豎向抗壓承載力[5]，是低應(yīng)變法的補充驗證手段。

1 現(xiàn)場工程地質(zhì)概況

測試現(xiàn)場為南寧市江北引水干渠2#隧道，試驗中檢測支柱為6根。檢測支柱為沖孔灌注樁，樁徑為800 mm，單樁承載力特征值為2000 kN?；炷翉姸鹊燃墳镃25。設(shè)計以石灰?guī)r③層作為樁端持力層，樁極限端阻力標準值為8000 kPa。

場地巖土工程特征經(jīng)鉆探揭示,土巖特征自上而下依次為種植土→素填土→粉質(zhì)粘土→砂巖或礫巖，隧洞實體范圍位于強～中風化的砂巖或礫巖中，所有鉆探孔均鉆入該層，并達樁端以下3倍樁徑深度以上。南寧市江北引水干渠2#隧道(樁號K300+600～K400+350)屬于淺埋隧洞，整個隧洞洞頂?shù)母采w層僅有7～16 m。而且2#隧道下穿南寧市繞城高速公路、邕隆二級路、民房、廠房等建筑物，隧道距民房最近的距離僅為5.24 m。

2 檢測原理

2.1 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法采用反射波法對巷道支柱結(jié)構(gòu)完整性進行評定。經(jīng)過在樁頂激發(fā)向下傳播不同頻率的應(yīng)力波，在應(yīng)力波經(jīng)過樁身有裂痕等不完整的位置或者樁端時產(chǎn)生反射，由采集儀對信號進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以曲線形式顯示，該信號包含了應(yīng)力波傳播的各種信息；應(yīng)力波在支柱內(nèi)的異常介質(zhì)環(huán)境下，所呈現(xiàn)的時域曲線會因抗阻條件的不同而出現(xiàn)異常的傳播特性，結(jié)合南寧市江北引水干渠2#隧道的地質(zhì)條件、樁的剖面特性和樁身的工藝特征對樁身結(jié)構(gòu)完整性進行評價。

2.2 高應(yīng)變法

通過在樁頂激發(fā)高應(yīng)力波，使應(yīng)力波隨樁身向下發(fā)射，應(yīng)力波受土阻力反射回樁頂，改變樁身質(zhì)點運動速度。通過距樁頂1.5～2倍樁身直徑處安設(shè)的應(yīng)變和加速度傳感器記錄重錘自由下落時樁身的加速度和應(yīng)力波形。根據(jù)力學模型及模型參數(shù)、檢測的邊界條件，用數(shù)值分析的方法求解樁頂受到的承載程度和應(yīng)力波的速度曲線，通過實測曲線擬合法，由支柱的力學模型與靜載試驗參數(shù)，反算靜載條件下支柱的承載力。

2.3 檢測判斷依據(jù)

依據(jù)《建筑巷道支柱檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)，檢測樁身的完整性(見表1)。

表1 樁身完整性判定特征

3 試驗過程

3.1 試驗儀器

RS-1616K(P)巷道支柱動測儀1套，應(yīng)變測量傳感器2只，壓電式加速度傳感器2只，高應(yīng)變適配器1只，加速度傳感器1只，力棒、組合重錘及錘擊裝置等輔助設(shè)備1套。

3.2 測試過程及結(jié)果

3.2.1 低應(yīng)變法檢測

隨機對南寧市江北引水干渠2#隧道6根樁進行完整性檢測。現(xiàn)場的實測信號曲線中，1號樁和8號所顯示的波速和波形具有代表性(見圖1)。依據(jù)表1對現(xiàn)場記錄的實測信號曲線進行分析判斷，結(jié)果見表2。

表2 巷道支柱低應(yīng)變法檢測結(jié)果

圖1 低應(yīng)變時域曲線

3.2.2 高應(yīng)變法檢測單樁豎向抗壓承載力

檢測采用高應(yīng)變法對6根樁進行測試，錘重采用40 kN重鍾，落距為0.8～1.0 m。對測試樁實測的力和速度曲線比較有代表性的為11號樁(見圖2)。采用武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司提供的CCWAPC擬合法分析軟件進行擬合分析計算，結(jié)果見圖2。根據(jù)分析結(jié)果，判定各檢測樁的承載力值見表3。

表3 巷道支柱高應(yīng)變法檢測結(jié)果

4 結(jié)論和建議

(1) 測試試驗運用低應(yīng)變法檢測支柱6根，4根樁為I類樁，樁身完整，2根樁為II類樁，樁身有輕微缺陷，但不會影響支柱結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。

(2) 高應(yīng)變法檢測6根支柱，根據(jù)高應(yīng)變實測曲線擬合分析計算，判定所檢測的各支柱豎向抗壓極限承載力均大于設(shè)計要求的單樁豎向抗壓承載力，為其特征值的2.0倍以上，和靜載實驗所得的測試值基本相同。

(3) 所檢測隧道的支柱均經(jīng)過鉆芯取樣法檢驗，經(jīng)過檢驗后樁身的完整性和承載力均達到工程的規(guī)范要求。與鉆芯取樣法的結(jié)果相比，高低應(yīng)變法可以得出一樣的檢測結(jié)果，說明其對地下隧道的支柱檢測具有很強的適用性和可行性。同時高低應(yīng)變法所用設(shè)備簡便，檢測費用經(jīng)濟，對于地下隧道支柱檢測技術(shù)，高低應(yīng)變法是一個新的途徑和研究方向。

圖2 測試樁的高應(yīng)變擬合分析結(jié)果

[1]惠遠才.芻議樁基工程檢測技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015(12)：268-268.

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謝開武(1971-)，男，湖南辰溪人，高級工程師，主要從事路橋工程建設(shè)工作，Email：501164312@qq.com。