第21卷 第3期平原大学学报
Vol.21 No.3
桩基完整性检测中的若干问题
程建国1,傅树之2
(1.新乡市工程质量检测站,河南新乡453003;2.新乡市高新技术产业开发区城市建设局,河南新乡453002)
摘 要:桩基低应变检测,能检测出桩身的质量缺陷,避免工程质量隐患。不同桩基可能出现的缺陷特征是不同的,应结合实际情况判定。从现场桩基采集的波形曲线对判定结果有重要影响。关键词:桩基;检测;缺陷
中图分类号:TU753.3 文献标识码:A 文章编号:1008-3944(2004)03-0023-02 桩基是高层建筑及道桥基础的主要形式,在我国全部工程结构基础中占70%以上。由于桩基施工工艺种类较多,建筑工人施工的技术水平参差不齐,所以桩基在施工过程中极易出现质量缺陷。据统计,国内灌注桩施工中桩身出现质量缺陷的概率达20%。由于桩基成型以后,绝大部分埋在基础的土中,隐蔽性强,出现的缺陷如不能及时发现和整治,很容易给整体工程带来致命的隐患,所以对这种隐蔽式基础进行全面质量检测十分必要。
桩基低应变动测是建立在电子测试技术和结构动力学分析基础上的一门综合技术,它所采用的原理是杆的纵向振动原理以及波在直杆中的传播原理。在桩头安置传感器,并用不同材质的重锤对桩头进行敲击,应力波从桩头传入,沿桩身一直向下,直到桩底再反射回来。灵敏的传感器收到这一过程中应力波反射、折射、散射的信号,经过电子采集和波形处理,得到一组波形图。桩身质量的完整与否以及缺陷的大小都可以通过波形图反映出来。目前,混凝土桩身完整性检测的各种分析都能通过一维杆的振动原理和波在直杆中的传播原理系统地得到解释。众多专家学者从不同的角度建立了一系列的动测技术方法。其中反射波法、机械阻抗法、动力参数法、声波透射法是有统一规程的常用方法。各种形式的桩基的低应变动力检测在日常工作中得到了普遍的应用,有力地保障了桩基施工质量。但检测人员素质、检测方法的选择、设备的精确度及应用软件的完整程度对最终的检测结果有一定影响。
1 桩身完整性质量检测的标准及缺陷特征1.1 桩身完整性质量检测的标准问题
问题,而这种划分或多或少地依赖于承载力的达标与否。众所周知,对低应变检测桩基承载力至今还缺乏统一认识,且桩身缺陷对承载力的影响也只能凭检测人员的经验判断。在实际工程中可能存在这种情况:低应变检测出桩身存在严重缺陷的桩,由于设计承载力保守,静荷载试验仍能通过。故这种划分方法不够科学,对桩身完整性缺陷的判定还只能是一种定性分析。但是为了检测中有一个明确的结论,必须对桩基的完整性做出判定,这也是进行桩基低应变检测的目的所在。为了增强对缺陷判定的准确性,检测人员应加强实践,通过对标准桩以及各种缺陷桩的反复检测,掌握不同缺陷以及不同程度缺陷在波形图上表现的细微差异,从而使自己的判定结果客观而公证。
1.2不同类型桩的缺陷特征
对预制桩而言,由于预制混凝土工艺的成熟,所以预制桩的桩身一般不会有大的缺陷,但预制桩最终都要通过对桩头的重击才进入基础之中,在这个过程中可能在桩头附近造成缺陷。缺陷都表现为桩顶破裂或浅部裂隙,若不存在运输过程中的损伤及接桩不良问题,这类桩是安全可靠的。
灌注桩的桩身完整性检测较复杂,这类桩成型后是不可见的,桩身质量不仅受到施工方面的人为因素影响,还受地
质条件等自然因素的影响。其缺陷主要表现为缩径(严重的缩径甚至达到断裂的程度)、扩径(有利缺陷)、混凝土离析、夹泥及开挖时的机械破损。此类桩检测曲线分析需考虑的因素比预制桩复杂,其变化的截面(即缺陷的表现)一旦增多,应力反射的叠加就会使曲线变得杂乱,给分析带来一定的困难。桩周土对曲线性状的影响也比较突出,由于桩和土在荷载作用下共同受力,且桩周土摩阻力的分布又不均匀,在桩周土摩阻力突变处桩土系统的阻抗也会产生突变,它不仅干扰了应力波的传播,本身也会产生反射,增加了缺陷判定的难度。在检测中,若桩身上部处于硬土中,下部处于软土中,应力波通过该界面时,桩周土摩阻力的减小就会引起阻抗的降低,从而出现缩径假象,而在这种界面变化处一般
目前对桩身的完整性质量检测尚无明确定义,近年不少专家提出了桩身完整性类别的划分方法,即把桩基划分为Ⅰ类桩、Ⅱ类桩和Ⅲ类桩。Ⅰ类桩为桩身完整,无缺陷;Ⅱ类桩为桩身有轻微缺陷,但不影响承载力;Ⅲ类桩为桩身存在严重缺陷,影响承载力。这种划分其实也没有统一标准。
桩身完整性检测只是检测桩身材料、尺寸等方面的质量
收稿日期:2004-02-13
),男,河南延津县人,助工,主要从事桩基检测工作研究。 作者简介:程建国(1960—
3.1 关于桩头处理作法
会有地层变化或是地下水位变化等,正是缺陷最易出现的地方,所以,必须审慎判定。对于沉管灌注桩还存在施工时间对相邻桩的影响问题,小桩距施工时,如不合理安排施工顺序,就会引发相邻桩桩身的质量事故,尤其是浅部,缺陷通常表现为断裂。可见,对灌注桩的桩身完整性曲线分析要结合各种因素(施工记录、地质情况等)进行综合判断。
2 桩身应力波波速与混凝土强度等级的对应关系
桩头必须平整而密实,这样才能得出较为客观的波形曲
线,因而在测桩之前必须对桩头进行认真处理。对预制桩要凿除桩顶疏松部分,对灌注桩要将浮浆和桩顶不密实处剔除,特别是锤击点和传感器安装点要坚实平整,使激励点和信号接收点都直接处于桩身混凝土母体上。
3.2 影响敲击脉冲宽度的因素
桩身完整性检测是依据完整桩的设计指标来对施工后的
桩进行检测,其最终检测结果并不是直接测试量,而是依赖于一些理论和曲线判读解释来验证是否达到设计指标,即设计单位明确的桩长、桩径以及桩身混凝土强度等级等指标。
低应变完整性检测中一个基本公式为:
Δt)/2(1)L=(C×
其中,L为桩长,C为应力波在桩身中的波速,Δt为桩顶到桩底的时间差。
公式(1)中,L、C均为未知量。若没有一个设计指标作为已知量,在一个有三个变量的公式中仅靠一个已知量去求两个未知量是不可能的,所以只有桩长或应力波波速已知一个的前提下才能完成检测。而应力波在混凝土中的传播速度与混凝土的强度等级是对应的,可见,桩长和混凝土强度等级是必须提供的已知量。事实上如桩长不够和混凝土强度等级不达标,可通过科学、严格的管理来避免。所以在反射波法检测中,桩长和应力波波速值是作为已知量输入计算机中的,这样即可利用实测的Δt和曲线的反射特征来分析判断缺陷位置与程度。
实测中,C值只是一个估计值,通常根据设计指标中的混凝土强度等级确定。混凝土是非匀质材料,应力波在桩身中的传播速度并不是恒定的,但在相同条件下混凝土强度等级与C值呈正比。混凝土强度等级越高,C值就越高;反之C值越低。同时,影响混凝土桩身中C值的因素除强度等级外,还有诸如骨料品种、粗细、水泥浆、混凝土养护方式、含水量、各种微裂和外加剂等因素。所以,同一强度等级和施工工艺的混凝土桩身中的C值只是一个区间值,而非精确值。同时也必须认识到,在曲线判读解释时要考虑L及C值的同时合理性。因为它们均是未知量,只有同时符合实际情况的条件下才能做出正确判断。
3 现场检测中的注意事项
桩基完整性检测的各种方法均建立在一维波动理论上,
而桩基实际上是一个三维体,只有在脉冲中的高频分量的波长大于10倍桩径时,分析方法才有其实际应用价值。但高频分量又不能过多,所以现场测试时对敲击脉冲宽度有一定要求,即脉冲宽度不宜过窄,因为宽脉冲能有效地避免高频成分带来的干扰,同时,由于低频波在桩身中衰减较慢,宽脉冲中的低频分量增加,可以测到更深更长的桩身质量。
影响敲击脉冲宽度的因素主要是锤垫厚度和软硬程度、锤头硬度及锤重等。锤垫越厚越软脉冲越宽,但一般控制在4~5mm内。因脉冲过宽易掩盖浅部缺陷反射,且会降低测试的灵敏度。
3.3 传感器安装及采集信号的数量要求
传感器的质量有可能对低应变测桩产生决定性的影响。质量低劣的传感器,一般收不到变化细微的信号,从而得不出精确的波形图。但灵敏度高的传感器,其造价必然也高,而在一般的桩基测定中,有可能也不需要那么高灵敏度的传感器。所以,测桩时,首先要选择适宜的传感器。对一般形状规则的桩基,传感器可安装在距桩中心2/3半径处。若得不到理想的信号可做适当调整。对于大直径桩则要求在桩径的不同方向做多次测试,以比较其信号的重复性。
4 结论
低应变桩基完整性质量检测的曲线分析成功与否,取决
于现场测试中得到的原始曲线的可靠程度,而不同的检测人员对原始测量曲线的采集也不尽相同,这也是测试误差的主要来源。桩头的处理、传感器的灵敏度、敲击的方法、信号采集仪的型号等等因素都可能直接影响到波形曲线采集的质量,因而对桩基测定中的误差大小产生影响。
桩基完整性质量检测的标准目前还只是定性的,可根据缺陷部位反射信号和下部缺陷或桩底反射信号的强弱情况进行分析,切忌不顾实际情况而将桩身完整性检测与承载力对等起来。
不同类型桩身的缺陷特征表现是不同的,其影响因素亦不同,有必要根据施工工艺和地质情况对实测波形进行综合分析,尤其是桩周土对应力波传播的影响不可忽略。
桩身应力波波速值与混凝土强度等级在相同条件下呈正相关,可根据现场感观和实测曲线分析波速,对桩身混凝土做定性评价。
正确的室内曲线分析依赖于现场采集到合理可靠的高质量信号。采取措施减少现场误差对检测分析十分重要,尤其是对桩身浅部缺陷,可以通过改变锤击点、锤垫和传感器安装位置来判断其缺陷性质。
SeveralProblemsonCompletenessTestofPiles
CHENGJian-guo,FUShu-zhi
1
2
(1.XinxiangConstructionQualityTestingStation453003,China;
2.XinxiangHigh-techIndustrialDevelopmentZoneCityConstructBureau453002,China)
Abstract:Low-alterationtestonpilecanfinditsdefects,avoidconstruction’squalityhiddentroubles.Varypilesmayhavedif2ferentdefectcharacters,andshouldbedeterminedwithreality.Wavecurvescollectedfrompileaffectconclusionimportantly.Keywords:pile;test;defect
【责任编校 刘伟】
第21卷 第3期平原大学学报
Vol.21 No.3
桩基完整性检测中的若干问题
程建国1,傅树之2
(1.新乡市工程质量检测站,河南新乡453003;2.新乡市高新技术产业开发区城市建设局,河南新乡453002)
摘 要:桩基低应变检测,能检测出桩身的质量缺陷,避免工程质量隐患。不同桩基可能出现的缺陷特征是不同的,应结合实际情况判定。从现场桩基采集的波形曲线对判定结果有重要影响。关键词:桩基;检测;缺陷
中图分类号:TU753.3 文献标识码:A 文章编号:1008-3944(2004)03-0023-02 桩基是高层建筑及道桥基础的主要形式,在我国全部工程结构基础中占70%以上。由于桩基施工工艺种类较多,建筑工人施工的技术水平参差不齐,所以桩基在施工过程中极易出现质量缺陷。据统计,国内灌注桩施工中桩身出现质量缺陷的概率达20%。由于桩基成型以后,绝大部分埋在基础的土中,隐蔽性强,出现的缺陷如不能及时发现和整治,很容易给整体工程带来致命的隐患,所以对这种隐蔽式基础进行全面质量检测十分必要。
桩基低应变动测是建立在电子测试技术和结构动力学分析基础上的一门综合技术,它所采用的原理是杆的纵向振动原理以及波在直杆中的传播原理。在桩头安置传感器,并用不同材质的重锤对桩头进行敲击,应力波从桩头传入,沿桩身一直向下,直到桩底再反射回来。灵敏的传感器收到这一过程中应力波反射、折射、散射的信号,经过电子采集和波形处理,得到一组波形图。桩身质量的完整与否以及缺陷的大小都可以通过波形图反映出来。目前,混凝土桩身完整性检测的各种分析都能通过一维杆的振动原理和波在直杆中的传播原理系统地得到解释。众多专家学者从不同的角度建立了一系列的动测技术方法。其中反射波法、机械阻抗法、动力参数法、声波透射法是有统一规程的常用方法。各种形式的桩基的低应变动力检测在日常工作中得到了普遍的应用,有力地保障了桩基施工质量。但检测人员素质、检测方法的选择、设备的精确度及应用软件的完整程度对最终的检测结果有一定影响。
1 桩身完整性质量检测的标准及缺陷特征1.1 桩身完整性质量检测的标准问题
问题,而这种划分或多或少地依赖于承载力的达标与否。众所周知,对低应变检测桩基承载力至今还缺乏统一认识,且桩身缺陷对承载力的影响也只能凭检测人员的经验判断。在实际工程中可能存在这种情况:低应变检测出桩身存在严重缺陷的桩,由于设计承载力保守,静荷载试验仍能通过。故这种划分方法不够科学,对桩身完整性缺陷的判定还只能是一种定性分析。但是为了检测中有一个明确的结论,必须对桩基的完整性做出判定,这也是进行桩基低应变检测的目的所在。为了增强对缺陷判定的准确性,检测人员应加强实践,通过对标准桩以及各种缺陷桩的反复检测,掌握不同缺陷以及不同程度缺陷在波形图上表现的细微差异,从而使自己的判定结果客观而公证。
1.2不同类型桩的缺陷特征
对预制桩而言,由于预制混凝土工艺的成熟,所以预制桩的桩身一般不会有大的缺陷,但预制桩最终都要通过对桩头的重击才进入基础之中,在这个过程中可能在桩头附近造成缺陷。缺陷都表现为桩顶破裂或浅部裂隙,若不存在运输过程中的损伤及接桩不良问题,这类桩是安全可靠的。
灌注桩的桩身完整性检测较复杂,这类桩成型后是不可见的,桩身质量不仅受到施工方面的人为因素影响,还受地
质条件等自然因素的影响。其缺陷主要表现为缩径(严重的缩径甚至达到断裂的程度)、扩径(有利缺陷)、混凝土离析、夹泥及开挖时的机械破损。此类桩检测曲线分析需考虑的因素比预制桩复杂,其变化的截面(即缺陷的表现)一旦增多,应力反射的叠加就会使曲线变得杂乱,给分析带来一定的困难。桩周土对曲线性状的影响也比较突出,由于桩和土在荷载作用下共同受力,且桩周土摩阻力的分布又不均匀,在桩周土摩阻力突变处桩土系统的阻抗也会产生突变,它不仅干扰了应力波的传播,本身也会产生反射,增加了缺陷判定的难度。在检测中,若桩身上部处于硬土中,下部处于软土中,应力波通过该界面时,桩周土摩阻力的减小就会引起阻抗的降低,从而出现缩径假象,而在这种界面变化处一般
目前对桩身的完整性质量检测尚无明确定义,近年不少专家提出了桩身完整性类别的划分方法,即把桩基划分为Ⅰ类桩、Ⅱ类桩和Ⅲ类桩。Ⅰ类桩为桩身完整,无缺陷;Ⅱ类桩为桩身有轻微缺陷,但不影响承载力;Ⅲ类桩为桩身存在严重缺陷,影响承载力。这种划分其实也没有统一标准。
桩身完整性检测只是检测桩身材料、尺寸等方面的质量
收稿日期:2004-02-13
),男,河南延津县人,助工,主要从事桩基检测工作研究。 作者简介:程建国(1960—
3.1 关于桩头处理作法
会有地层变化或是地下水位变化等,正是缺陷最易出现的地方,所以,必须审慎判定。对于沉管灌注桩还存在施工时间对相邻桩的影响问题,小桩距施工时,如不合理安排施工顺序,就会引发相邻桩桩身的质量事故,尤其是浅部,缺陷通常表现为断裂。可见,对灌注桩的桩身完整性曲线分析要结合各种因素(施工记录、地质情况等)进行综合判断。
2 桩身应力波波速与混凝土强度等级的对应关系
桩头必须平整而密实,这样才能得出较为客观的波形曲
线,因而在测桩之前必须对桩头进行认真处理。对预制桩要凿除桩顶疏松部分,对灌注桩要将浮浆和桩顶不密实处剔除,特别是锤击点和传感器安装点要坚实平整,使激励点和信号接收点都直接处于桩身混凝土母体上。
3.2 影响敲击脉冲宽度的因素
桩身完整性检测是依据完整桩的设计指标来对施工后的
桩进行检测,其最终检测结果并不是直接测试量,而是依赖于一些理论和曲线判读解释来验证是否达到设计指标,即设计单位明确的桩长、桩径以及桩身混凝土强度等级等指标。
低应变完整性检测中一个基本公式为:
Δt)/2(1)L=(C×
其中,L为桩长,C为应力波在桩身中的波速,Δt为桩顶到桩底的时间差。
公式(1)中,L、C均为未知量。若没有一个设计指标作为已知量,在一个有三个变量的公式中仅靠一个已知量去求两个未知量是不可能的,所以只有桩长或应力波波速已知一个的前提下才能完成检测。而应力波在混凝土中的传播速度与混凝土的强度等级是对应的,可见,桩长和混凝土强度等级是必须提供的已知量。事实上如桩长不够和混凝土强度等级不达标,可通过科学、严格的管理来避免。所以在反射波法检测中,桩长和应力波波速值是作为已知量输入计算机中的,这样即可利用实测的Δt和曲线的反射特征来分析判断缺陷位置与程度。
实测中,C值只是一个估计值,通常根据设计指标中的混凝土强度等级确定。混凝土是非匀质材料,应力波在桩身中的传播速度并不是恒定的,但在相同条件下混凝土强度等级与C值呈正比。混凝土强度等级越高,C值就越高;反之C值越低。同时,影响混凝土桩身中C值的因素除强度等级外,还有诸如骨料品种、粗细、水泥浆、混凝土养护方式、含水量、各种微裂和外加剂等因素。所以,同一强度等级和施工工艺的混凝土桩身中的C值只是一个区间值,而非精确值。同时也必须认识到,在曲线判读解释时要考虑L及C值的同时合理性。因为它们均是未知量,只有同时符合实际情况的条件下才能做出正确判断。
3 现场检测中的注意事项
桩基完整性检测的各种方法均建立在一维波动理论上,
而桩基实际上是一个三维体,只有在脉冲中的高频分量的波长大于10倍桩径时,分析方法才有其实际应用价值。但高频分量又不能过多,所以现场测试时对敲击脉冲宽度有一定要求,即脉冲宽度不宜过窄,因为宽脉冲能有效地避免高频成分带来的干扰,同时,由于低频波在桩身中衰减较慢,宽脉冲中的低频分量增加,可以测到更深更长的桩身质量。
影响敲击脉冲宽度的因素主要是锤垫厚度和软硬程度、锤头硬度及锤重等。锤垫越厚越软脉冲越宽,但一般控制在4~5mm内。因脉冲过宽易掩盖浅部缺陷反射,且会降低测试的灵敏度。
3.3 传感器安装及采集信号的数量要求
传感器的质量有可能对低应变测桩产生决定性的影响。质量低劣的传感器,一般收不到变化细微的信号,从而得不出精确的波形图。但灵敏度高的传感器,其造价必然也高,而在一般的桩基测定中,有可能也不需要那么高灵敏度的传感器。所以,测桩时,首先要选择适宜的传感器。对一般形状规则的桩基,传感器可安装在距桩中心2/3半径处。若得不到理想的信号可做适当调整。对于大直径桩则要求在桩径的不同方向做多次测试,以比较其信号的重复性。
4 结论
低应变桩基完整性质量检测的曲线分析成功与否,取决
于现场测试中得到的原始曲线的可靠程度,而不同的检测人员对原始测量曲线的采集也不尽相同,这也是测试误差的主要来源。桩头的处理、传感器的灵敏度、敲击的方法、信号采集仪的型号等等因素都可能直接影响到波形曲线采集的质量,因而对桩基测定中的误差大小产生影响。
桩基完整性质量检测的标准目前还只是定性的,可根据缺陷部位反射信号和下部缺陷或桩底反射信号的强弱情况进行分析,切忌不顾实际情况而将桩身完整性检测与承载力对等起来。
不同类型桩身的缺陷特征表现是不同的,其影响因素亦不同,有必要根据施工工艺和地质情况对实测波形进行综合分析,尤其是桩周土对应力波传播的影响不可忽略。
桩身应力波波速值与混凝土强度等级在相同条件下呈正相关,可根据现场感观和实测曲线分析波速,对桩身混凝土做定性评价。
正确的室内曲线分析依赖于现场采集到合理可靠的高质量信号。采取措施减少现场误差对检测分析十分重要,尤其是对桩身浅部缺陷,可以通过改变锤击点、锤垫和传感器安装位置来判断其缺陷性质。
SeveralProblemsonCompletenessTestofPiles
CHENGJian-guo,FUShu-zhi
1
2
(1.XinxiangConstructionQualityTestingStation453003,China;
2.XinxiangHigh-techIndustrialDevelopmentZoneCityConstructBureau453002,China)
Abstract:Low-alterationtestonpilecanfinditsdefects,avoidconstruction’squalityhiddentroubles.Varypilesmayhavedif2ferentdefectcharacters,andshouldbedeterminedwithreality.Wavecurvescollectedfrompileaffectconclusionimportantly.Keywords:pile;test;defect
【责任编校 刘伟】