低應(yīng)變反射波法在水利工程樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

劉黔

（惠州市大禹工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，廣東 惠州 516000）

0 引言

樁基是將樁角設(shè)置在巖層上，通過(guò)樁基將建筑物壓力傳輸?shù)綆r層上面，所以樁基穩(wěn)定性和上層建筑物穩(wěn)定性有直接聯(lián)系。根據(jù)施工環(huán)境不同，可將樁基分成現(xiàn)場(chǎng)灌注樁基和提前制作樁基，其中，提前制作樁基是提前將樁基制作好，采用機(jī)械設(shè)備將樁基插入到地層下部，此方法能節(jié)約大量施工材料，但施工時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)工作人員施工技術(shù)要求高；灌注樁是在地面上根據(jù)樁基孔徑大小和深度鉆取對(duì)應(yīng)的樁基孔，安裝鋼筋籠后灌注適量混凝土，保證其能完全成型，此方法應(yīng)用范圍較廣，但需要使用大量材料，施工成本高。在日常施工過(guò)程中，施工人員要根據(jù)水利工程實(shí)際情況，選擇合理的樁基類型，而低應(yīng)變發(fā)射波法是將整個(gè)樁基作為基礎(chǔ)，用專業(yè)工具擊打樁頂，導(dǎo)致樁頂周圍出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)，向樁底、樁身傳遞振動(dòng)信號(hào)，形成應(yīng)力波。當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)接腥毕莸臉痘鶗r(shí)，入射應(yīng)力波出現(xiàn)異常反射現(xiàn)象，誘發(fā)周圍其他環(huán)節(jié)出現(xiàn)振動(dòng)，被傳感裝置自動(dòng)接收，形成反射波，工作人員根據(jù)反射波波形準(zhǔn)確判斷樁基實(shí)際情況[1]。

1 概述

低應(yīng)變動(dòng)力試樁法作為最典型的樁基檢測(cè)方法，通常應(yīng)用在樁身完整性檢測(cè)。根據(jù)激振方式不同，主要分為水電效應(yīng)法、反射波法、機(jī)械阻抗法、共振法等，其中，反射波法應(yīng)用范圍最廣[2]，其具有結(jié)果準(zhǔn)確度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等特征，被廣泛應(yīng)用到檢測(cè)樁基質(zhì)量方面。利用反射波法試驗(yàn)判斷不同方法的樁位，如高應(yīng)變法、鉆芯法、靜載試驗(yàn)法等，能提高靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，解決靜載試驗(yàn)抽樣率較低的問(wèn)題，拓展檢測(cè)面積，給樁基處理方案提供豐富的數(shù)據(jù)資源，受到各行業(yè)的高度重視。而低應(yīng)變反射波法是以一維線彈性桿件模型為基礎(chǔ)，由于受到檢樁瞬態(tài)、長(zhǎng)細(xì)比等因素影響，高頻分量波長(zhǎng)和樁橫向尺寸比例要超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)樁身截面要滿足實(shí)際要求。標(biāo)準(zhǔn)理論下，若應(yīng)力波在樁身傳播時(shí)平截面假設(shè)成立，則判定低應(yīng)變反射波法不適合應(yīng)用到H 型鋼柱檢測(cè)方面[3]。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 樁頭處理技術(shù)

對(duì)于樁基現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工作來(lái)說(shuō)，首先要注意的是檢測(cè)前后對(duì)樁頭的處理，包括浮漿層的清理、表面裸露混凝土的處理及檢測(cè)點(diǎn)位置的平整清理等工作，只有確保樁頭干凈、不出現(xiàn)破損、不留雜物、干爽，才能保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。若不考慮傳感器種類、傳感器安裝過(guò)程、測(cè)試信號(hào)強(qiáng)弱及樁基反向脈沖的影響，在淺層部位得到的檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境的影響是很大的。對(duì)于樁基來(lái)說(shuō)，上層建筑的豎向壓力主要靠樁身來(lái)支撐，樁尖部位承受的壓力相對(duì)較小，具有更廣泛的適應(yīng)性。

2.2 傳感器安裝技術(shù)

從理論角度來(lái)看，傳感器越靠近樁面位置，其操作越便捷，所以盡可能地保證觸樁部位的剛性，以達(dá)到更好的傳遞效果，獲得與樁身實(shí)際情況更為接近的振動(dòng)形態(tài)。實(shí)心樁測(cè)試時(shí)需在樁身半徑2/3 至3/4 處布置傳感器；空心樁測(cè)試時(shí)需將傳感器布置在錘擊點(diǎn)平面，一般布置在2 倍樁身壁厚的位置。安裝傳感器需要用耦合劑貼在樁面上，保證垂直角度，安好后，用手指輕彈感應(yīng)器側(cè)面觀察，若無(wú)絲毫移動(dòng)，則表示安裝完好，若耦合不到位，則會(huì)造成偵測(cè)訊號(hào)出現(xiàn)明顯振蕩等不良現(xiàn)象。目前，低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁基側(cè)重樁基加速度、速度等參數(shù)，針對(duì)速度的測(cè)試方法更適用于高檢測(cè)，低檢測(cè)往往受幅頻特性的限制，檢測(cè)到的結(jié)果不能明顯反應(yīng)淺層樁基缺陷。其中，加速度檢測(cè)方法對(duì)于頻響信號(hào)的依賴程度較小，能明顯體現(xiàn)出樁基內(nèi)部檢修效果[4]。

2.3 激振點(diǎn)選擇和激振方法技術(shù)

在現(xiàn)場(chǎng)收集檢測(cè)信號(hào)時(shí)，其信號(hào)強(qiáng)度決定著采集信號(hào)質(zhì)量。但值得注意的是，工作人員在檢測(cè)實(shí)心樁時(shí)，要將激振點(diǎn)設(shè)置在樁中心位置；檢測(cè)空心樁時(shí)，要求將錘擊位置移動(dòng)到傳感器安裝位置水平面上。如果遇到大型樁基檢測(cè)，要利用力棒和大鐵球制造激振，利用大范圍脈沖、低衰減值、頻率值來(lái)提高樁基深度缺陷檢測(cè)和樁基底部檢測(cè)效果，避免由于缺陷較小且淺而產(chǎn)生嚴(yán)重誤測(cè)現(xiàn)象。針對(duì)信號(hào)探測(cè)較淺的缺陷，工作人員要利用小釘錘激振和鋼筋激振進(jìn)行操作，其具有操作頻率高、能量小等特征，能在脈沖空間較小的位置進(jìn)行檢測(cè)[5]。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程土建及機(jī)電安裝D1 標(biāo)主要包括深圳分干線羅田泵站、深圳分干線試驗(yàn)段項(xiàng)目的SZ03 號(hào)工作井改造項(xiàng)目、東莞分干線及相應(yīng)標(biāo)段的金結(jié)與機(jī)電安裝工程等。羅田泵站位于羅田水庫(kù)東南側(cè)，位于羅田水庫(kù)三面環(huán)山的一塊坳地，現(xiàn)有地面高程22～25 m，地勢(shì)起伏不大，周圍山體高程60～70 m，站內(nèi)安裝4 臺(tái)立式抽芯式混流泵，總裝機(jī)容量為20 000 kW，單機(jī)設(shè)計(jì)抽水流量為10 m3/s，主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)。深圳分干線試驗(yàn)段項(xiàng)目的SZ03 號(hào)（SY01 號(hào)）工作井位于深圳分干線末端、公明水庫(kù)壩下約200.00 m處，SZ03 號(hào)工作井原為臨時(shí)井，此次改造為永久工作井，用于深圳分干線運(yùn)營(yíng)期管理使用。東莞分干線從羅田水庫(kù)取水后，經(jīng)羅田水庫(kù)進(jìn)水閘，穿越低矮丘陵后在邁科路、美景西路下布置至松木山水庫(kù)進(jìn)庫(kù)閘后進(jìn)入松木山水庫(kù)。東莞分干線長(zhǎng)3.6 km，設(shè)計(jì)過(guò)流量為15 m3/s，采用重力自流的有壓輸水方式。輸水管道結(jié)構(gòu)形式為鉆爆法隧洞、頂管和箱涵，其中，鉆爆法隧洞長(zhǎng)1.4 km，隧洞內(nèi)徑為3.00 m，設(shè)計(jì)過(guò)流流速約2.3 m/s；單線頂管長(zhǎng)2.0 km，為DN3000JCCP 管，設(shè)計(jì)過(guò)流流速約2.3 m/s；箱涵長(zhǎng)0.2 km。

珠江三角洲水資源配置工程土建及機(jī)電安裝D1標(biāo)羅田泵站建筑物、東莞分干線主要建筑物、頂管區(qū)間工作井支護(hù)樁、橋梁均為樁基礎(chǔ)，樁基均為灌注樁，除臨時(shí)2號(hào)井灌注樁樁徑為1.00 m外，其余樁徑均為0.80 m，設(shè)計(jì)單樁承載力為2 000～4 000 kN，水平承載力為550～1 100 kN，抗拔承載力為1 500 kN，樁長(zhǎng)5.00～22.00 m。此次采用SH-LST 基樁低應(yīng)變檢測(cè)儀檢測(cè)水利工程基樁，其能夠自動(dòng)識(shí)別錘擊信號(hào)，在采集樁基數(shù)據(jù)方面具有速率高、功耗低等特征，數(shù)據(jù)全部收集完畢后，能直接呈現(xiàn)在觸摸顯示屏上面，便于數(shù)據(jù)分析和處理。

3.2 質(zhì)量檢測(cè)

工作人員在處理樁頭浮漿，將破壞區(qū)域進(jìn)行磨平處理后，對(duì)樁基成孔質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 樁基成孔質(zhì)量情況

由表1 可知，樁基孔深變化幅度為22.00～24.63 m，垂直度上漲幅度為0.01%～0.06%，樁基垂直度誤差性較低，沉渣厚度為75.89～101.05 mm?？梢?jiàn)，沉渣厚度和樁基孔深有直接聯(lián)系，樁基孔深和沉渣厚度成反比，而垂直度和樁基孔深、沉渣厚度沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)。工作人員可利用低應(yīng)變反射波法檢驗(yàn)樁基整體質(zhì)量。

未經(jīng)過(guò)處理樁基，其整體質(zhì)量波形的波動(dòng)范圍集中在樁基深度0～15.00 m 和25.00～35.00 m。當(dāng)樁基深度在0～15.00 m時(shí)，波速波動(dòng)范圍在-0.20～0.40 m/s，主要原因是由于樁底圍巖是泥質(zhì)砂巖，其波阻抗和混凝土基本相同，且樁底反射情況較弱，嚴(yán)重影響到波形整體性；在樁基深度為25.00～35.00 m 時(shí)，波速波動(dòng)范圍為-0.15～0.15 m/s，主要原因是該范圍中沙土地層易受到含水層影響，無(wú)形中降低了樁身混凝土強(qiáng)度，造成出現(xiàn)相對(duì)離析現(xiàn)象，影響到波形的規(guī)范性[6]。

在經(jīng)過(guò)樁基處理后，只在樁基深度0～5.00 m時(shí)，波速波動(dòng)范圍為-0.20～0.40 m/s，其他深度位置的波形較為穩(wěn)定，合理控制波速數(shù)值，保證樁基檢測(cè)效果能達(dá)到預(yù)期要求。

3.3 應(yīng)用結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)際情況，工作人員隨機(jī)選擇8 個(gè)樁基，樁徑均為1.20 m，樁基樁長(zhǎng)為7.50 m，計(jì)算其原始樁位坐標(biāo)，結(jié)合基于低應(yīng)變反射波法的水利工程樁基檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)出樁位坐標(biāo)，且將這些坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可以看出，設(shè)計(jì)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出的樁位坐標(biāo)和原始樁位坐標(biāo)差異為0.01 μm。其中，3 和7 號(hào)樁和原始樁位坐標(biāo)完全吻合，所以利用基于低應(yīng)變反射波法的水利工程樁基檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)誤差值較小，能滿足實(shí)際要求[7]。

表2 樁位坐標(biāo)對(duì)比結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，低應(yīng)變反射波法是一種基樁質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法，在實(shí)際檢測(cè)工程中具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。但所得到的信息無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定量分析，無(wú)形中增加缺陷判斷工作的難度系數(shù)。因此，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，如果遇到較為復(fù)雜的測(cè)試曲線，還要結(jié)合其他方法進(jìn)行檢測(cè)，綜合分析檢測(cè)結(jié)果，從而得到更全面的信息數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷樁身質(zhì)量，制定對(duì)應(yīng)解決措施，保證基樁工程施工質(zhì)量能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。