陳 銑,陳 挺

(1.溫州市鹿城區(qū)西向排洪工程建設(shè)指揮部,浙江 溫州 325007;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 基礎(chǔ)樁反射波法動測中波速的特點(diǎn)

在工程樁的質(zhì)量檢測中,目前低應(yīng)變反射波法動測用得非常普遍。檢測時(shí),用錘在樁頂施加豎向激振,擊發(fā)向下傳播的彈性波。當(dāng)樁身存在斷樁、離析、縮頸等缺陷,或擴(kuò)頸及彈性波到達(dá)樁底時(shí),由于存在波阻抗差異,引起彈性波反射,被設(shè)置于樁頂?shù)乃俣?(或加速度)傳感器接收,通過動測儀器便可獲得彈性波的速度時(shí)域曲線。在曲線中能見到樁頂激振信號t0、樁底反射時(shí)間td,及由縮頸、擴(kuò)頸、離析、斷樁造成的反射波信號t1、t2、…tX

分析時(shí),依據(jù)反射波的相位、幅度及波形特征,評判缺陷的性質(zhì)(擴(kuò)頸、縮頸或離析),評估缺陷程度。

依據(jù)樁頂、樁底反射時(shí)間差△T(=td-t0)及樁長L,求得彈性波在樁中的傳播速度C,C=2L/△T。

樁體彈性波速C是一個(gè)重要的數(shù)據(jù),它常常被用于:

(1)推算缺陷位置。當(dāng)異常反射時(shí)間為△tX(=tX-t0),則缺陷距樁頂?shù)木嚯xx=C△tX/2;

(2)粗略評估樁體混凝土質(zhì)量。彈性波在樁中傳播時(shí),波速C、混凝土彈性模量E、及材料密度ρ之間存在如下關(guān)系:C2=E/ρ。由公式可見:波速 C與彈性模量E成正比,即樁的剛度越大,樁身混凝土強(qiáng)度越高,所測得的波速越高。

但是,樁體波速C與混凝土強(qiáng)度等級間不是單一的正相關(guān)關(guān)系,C還與諸多因素有關(guān),如:混凝土粗骨料品種、粒徑、配合比、含水率、養(yǎng)護(hù)方式、成樁工藝等等,甚至還與動測激振的彈性波頻率 (波長)有關(guān)。下表為根據(jù)有關(guān)資料總結(jié)的 《一維縱波波速與混凝土強(qiáng)度等級間的對應(yīng)關(guān)系》(表1)。表中可見:同一強(qiáng)度等級的混凝土波速高低可相差達(dá)20%或以上,而且不同混凝土強(qiáng)度等級之間存在波速交叉的現(xiàn)象。因此,不能簡單地依據(jù)波速去評定混凝土強(qiáng)度等級,也不能簡單地依據(jù)混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級去核對樁長。

低應(yīng)變動測對樁體混凝土質(zhì)量的控制,目前通常的方法是:按照工程監(jiān)理或施工單位提供的施工樁長,及動測得到的樁底反射時(shí)間,獲得樁體波速,依據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級及 “對應(yīng)關(guān)系”中波速范圍,看動測波速是否與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級相匹配來評估。顯然這是粗略的。

由于波速的這一特點(diǎn),提醒在檢測中對于波速問題應(yīng)慎重對待,不應(yīng)簡單套用而引起誤判,也不應(yīng)忽視波速的高低?，F(xiàn)從下面2個(gè)涉及到波速控制的案例加以分析討論。

2 工程案例

2.1 案例1

某工程河道堤岸基礎(chǔ)樁,置于淤泥地基中。設(shè)計(jì)樁徑￠600 mm,設(shè)計(jì)樁長20 m,為摩擦樁。設(shè)計(jì)樁體混凝土強(qiáng)度等級C20,選用商品混凝土灌注成樁。現(xiàn)場動測采用高阻尼速度傳感器,所得速度時(shí)域曲線中樁底反射明顯,(見例圖1),如果從樁底反射前的波形看,大部分樁沒有出現(xiàn)較明顯的缺陷反射,可評為“完整樁”,但從波速看,不得不提醒我們須慎重對待:在所測的114根樁中,波速2.8～3.5 km/s為5根,占動測樁數(shù)的4.4%。3.6～3.8 km/s為22根,占19.3%;3.9～4.4 km/s為87根,占76.3%。對照上表可見C20混凝土的特征波速為3.2km/s,波動范圍一般應(yīng)在2.8～3.5 km/s之間。按實(shí)測波速來看,占76.3%的動測樁的混凝土強(qiáng)度等級在C35以上,波速偏高的情況相當(dāng)突出。

分析造成波速偏高有以下幾種可能原因:

(1)基礎(chǔ)樁使用的商品混凝土,其中添加了某種成份,致使波速出現(xiàn)異常。為此向提供商品混凝土廠家了解混凝土的級配、骨料及外加劑品種等情況,沒有發(fā)現(xiàn)明顯相異之處。

(2)樁體混凝土實(shí)際強(qiáng)度很高。同施工單位提供的樁體混凝土試塊(150 mm×150 mm×150 mm)抗壓強(qiáng)度資料看,實(shí)際樁體混凝土強(qiáng)度等級比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級高,但數(shù)值波動較大。不能完全解決疑慮。

(3)實(shí)際樁長不到設(shè)計(jì)要求值(20 m)。在波速計(jì)算公式C=2L/△T中,△T是實(shí)際樁長的彈性波傳播時(shí)間,當(dāng)計(jì)算時(shí)采用的樁長L大于實(shí)際樁長時(shí),所得波速就會出現(xiàn)偏高情況。

對此,向施工方了解成樁情況及地質(zhì)情況,從反映的情況看,工程場址地基士質(zhì)很差,成孔速度快。還直接在工地檢查進(jìn)行鉆孔施工的基樁成孔深度。從了解的情況看,沒有發(fā)現(xiàn)波速偏高的確切原因。該工程基礎(chǔ)樁為摩擦樁型,樁的長度直接關(guān)系到樁的承載力大小,是關(guān)系到工程安全的問題,為此最后只能決定進(jìn)行鉆孔取芯檢查。

鉆孔取芯檢查選擇2根動測樁進(jìn)行,檢查結(jié)果顯示造成工程樁波速偏高的主要原因是:目前工程中大量使用的混凝土設(shè)計(jì)等級為C25,有時(shí)甚至更高。本工地使用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級相對較低 (C20),每次使用的量又不多,容易出現(xiàn)廠家嫌麻煩,不特地拌制的情況,致使成樁所使用的商品混凝土,實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級超過C20,造成動測波速偏高狀況。同時(shí),鉆芯顯示實(shí)際樁長在1根檢測樁中也存在比設(shè)計(jì)長度偏短的情況。

這一案例提示,不能由于影響波速大小因素眾多而漠視這一數(shù)值的控制意義,對于明顯的異常須予以重視,查出偏高原因。

2.2 案例2

某橋梁工程基礎(chǔ)樁。布置樁24根。設(shè)計(jì)樁徑￠1200 mm,設(shè)計(jì)樁長38 m(橋墩)、28 m(橋臺)2種,設(shè)計(jì)樁體混凝土強(qiáng)度等級C25,樁端持力層為砂礫石,采用自拌混凝土澆注成樁。

用低應(yīng)變反射波法動測了其中12根樁。所得波速時(shí)域曲線相似性尚好,例圖2是橋墩樁中的一根代表性波形。該樁名義樁長38.5 m,在時(shí)域曲線中 t=20.3 ms處出現(xiàn)同向反射,如視為樁底反射,則波速為3.79 km/s,符合C25混凝土強(qiáng)度等級的波速波動范圍。在樁頂至此反射間,沒有出現(xiàn)其它明顯同向反射,此處確實(shí)像樁底反射。

由于該橋建成后來往車輛頻繁,指揮部決定進(jìn)行鉆孔取芯檢查。當(dāng)鉆機(jī)鉆深5～6 m深后,芯樣混凝土發(fā)生破碎,成塊芯樣取不上來。起初以為鉆機(jī)陳舊所造成,在更換了鉆機(jī)隊(duì)伍后,同樣的情況依舊發(fā)生。由于芯樣破碎,一般的鉆機(jī)鉆具每次提鉆時(shí)取上來只有少量芯樣,大量的滑落在孔中,因此鉆進(jìn)速度很慢,鉆芯工作被中途停止。

從動測所得波速值 (3.79 km/s)看,混凝土強(qiáng)度等級已在C25左右,鉆芯芯樣不應(yīng)破碎。從動測波速時(shí)域曲線特征看,38 m以上未見異樣反射,樁體應(yīng)是連續(xù)的。而鉆芯芯樣破碎,反映的是實(shí)際強(qiáng)度低,或存在離析情況。從5 m以上獲得的芯樣看,骨料選用的是人工石,但明顯粗骨料多,細(xì)骨料很少,而且使用的是細(xì)砂,級配明顯存在問題,也是強(qiáng)度低的一個(gè)佐證。

這一案例提醒,單純地依據(jù)波形曲線求取波速,并以此來作出基礎(chǔ)樁完整結(jié)論有時(shí)是不可靠的。從波速公式C=2L/△T可以看出:當(dāng)實(shí)際樁長不到設(shè)計(jì)樁長,同時(shí)混凝土質(zhì)量低于設(shè)計(jì)要求時(shí),計(jì)算所得的波速可以在正常范圍內(nèi),從而造成誤判。因此對于重要的工程在進(jìn)行低應(yīng)變動測普查的同時(shí),再進(jìn)行鉆孔取芯抽檢是必要的。

圖1 某河道基礎(chǔ)樁波速圖

圖2 某橋梁基礎(chǔ)樁波速圖

3 結(jié) 語

(1)低應(yīng)變反射波法動測中,實(shí)測波速值是樁體完整性檢測中常用的數(shù)據(jù),由于影響波速的因素眾多,應(yīng)用此數(shù)據(jù)計(jì)算判斷須避免簡單套用,宜結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行。

(2)對于波速明顯異常的基礎(chǔ)樁,不能只根據(jù)樁底反射前的波形特征進(jìn)行樁體完整性判別。當(dāng)找不出造成波速異常的確切原因時(shí),須進(jìn)行鉆孔取芯檢查,尤其是對于波速偏高的摩擦樁更需注意。

(3)對于重要工程樁或工程的重要部位,在進(jìn)行低應(yīng)變動測普查的同時(shí),還需進(jìn)行鉆孔取芯法抽檢。

[1]羅騏先.樁基工程檢測手冊 [S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]建設(shè)部.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范 [S].北京:建筑工業(yè)出版社,2003.

[3]羅福牛.建筑工程質(zhì)量缺陷事故分析及處理[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,1999.