高低应变检测在港口工程桩基中的综合应用

2015-01-31马慧青吴年祥上海港湾工程质量检测有限公司上海201315

江西建材 2015年13期

■马慧青，郭伟，吴年祥 ■上海港湾工程质量检测有限公司，上海 201315

江浙地区的码头常采用高桩码头，而其核心是桩基础。桩基常采用预制混凝土桩和钢管桩，预制混凝土桩在沉桩过程中经常出现桩身完整性缺陷。

目前规范［1］中常用的检测方法有高应变检测和低应变检测。对于易出现完整性缺陷的混凝土预制桩，可以在沉桩过程中进行高应变检测，沉桩完成后可以用低应变检测进行校核。两种方法综合分析，对基桩完整性的判定会更加的合理。

1 高应变检测完整性

高应变法基本原理是应力波在桩身中的传播满足一维波动理论。在桩顶作用一瞬态的竖向作用力，使桩身产生一明显的加速度和土阻力效应，由此产生的惯性力对桩身的应力和变形产生显著影响。通过在桩顶附近截面安装力和加速度传感器，量测出桩土体系在动荷载作用下的动力响应，这些响应信号包含着丰富的桩身阻抗和土阻力变化信息，用波动力学理论分析研究应力波沿桩土体系的传递与反射现象，从而可以判断出桩身完整性和单桩极限承载力［2］。

高应变动测桩身结构完整性是用完整性系数β表

示。β定义为下上两个截面的波阻抗Z2、Z1之比。计算公式见式(1)［1］：

式中：β——桩身完整性系数;

F(t1)、F(t2)——t1、t2时刻测点处实测的锤击力(kN);

V(t1)、V(t2)——t1、t2时刻测点处实测的速度(m/s);

tx——缺陷反射峰所对应的时刻(ms);

F(tx)、V(tx)——缺陷反射峰对应时刻测点处实测的力(kN)、速度(m/s);

△R——缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射七点的锤击力减去速度与桩身截面力学阻抗的乘积;

Z——缺桩身截面力学阻抗(kN·s/m)。

桩身缺陷断面位置可按式(2)计算：

式中X——计算点与测点间的距离(m);

C——桩身应力波波速(m/s);

tx——缺陷反射峰所对应的时刻(ms);

t1——速度第一峰所对应的时刻(ms)。

桩身完整性评价标准［1］。

β =1．0：完整桩;

0．8≤β ＜1．0：基本完整桩;

0．6≤β ＜0．8：明显缺陷桩;

β ＜0．6：严重缺陷桩或断桩。

2 低应变检测完整性

低应变动力测桩的基本原理是采用动力激振使桩引起弹性振动。低应变反射波法应用最广，反射波法是建立在波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，在桩顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，波阻抗将发生变化，产生反射波，经接受放大、滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息。利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置［3］。

桩身缺陷位置断面可按式(3)计算：