周水林 朱桂春

(1.江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院，江西南昌 330046;2.揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225000)

樁基礎(chǔ)是一種歷史悠久的基礎(chǔ)形式之一，在漫長的歷史發(fā)展過程中，人們逐漸認(rèn)識到樁基礎(chǔ)具有承載力高、沉降量小及抗震性好等特點(diǎn)，而廣泛使用樁作為基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)得到快速的推廣應(yīng)用并取得飛躍式發(fā)展。但是有關(guān)樁基失穩(wěn)而導(dǎo)致的工程事故也屢見報(bào)端，已經(jīng)引起人們的普遍重視。由于在各種成樁工藝中，許多機(jī)械成孔的灌注樁常出現(xiàn)縮徑、擴(kuò)徑、斷裂、離析等缺陷，預(yù)制打入樁則容易出現(xiàn)斷裂等缺陷，影響樁基承載力及上部結(jié)構(gòu)的安全，嚴(yán)重者甚至使樁失去承載力，如果不能準(zhǔn)確的判斷出缺陷的類型，測出缺陷的位置及程度，不能采取補(bǔ)救措施來對樁進(jìn)行加固處理，必然會給建筑物造成安全隱患，威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1 工程概況

神華廠房基礎(chǔ)工程位于包頭市九原區(qū)哈林格爾鎮(zhèn)西南，該場區(qū)位于河套斷陷盆地內(nèi)。附近存在的主要斷裂有烏拉山山前斷裂、大青山山前斷裂、鄂爾多斯北緣斷裂、烏拉山北緣斷裂、達(dá)拉特隱伏斷裂及包頭北東向斷裂。自白堊紀(jì)以來，大青山不斷上升，斷陷一直下沉，形成巨厚的中、新生界沉積層，厚度達(dá)7 400 m。

神華廠房基礎(chǔ)工程位于山前沖洪積平原與黃河上積平原的復(fù)合地帶，現(xiàn)為荒草地。場區(qū)地勢開闊，其地形標(biāo)高為1 013.7 m～1 019.0 m，北高南低。由于本工程地層地質(zhì)多為粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土及含有機(jī)制較高的粉質(zhì)粘土地層，屬于軟弱地層地質(zhì)帶，該地層具有較高的透水性，由于距黃河較近，受河流水位影響，在成孔時，極易產(chǎn)生塌孔等事故，在汛期地下水位升高時，對鉆孔施工更為不利，樁基質(zhì)量極易受到影響。

2 樁基檢測方案及結(jié)果評價

本工程共有6種類型的樁，總樁數(shù)為318根，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的不同，其樁身參數(shù)各不相同，樁基類型數(shù)量見表1。

表1 樁基類型數(shù)量表

本工程進(jìn)行的低應(yīng)變檢測，檢測比例不小于該類型樁總樁數(shù)的20%，每根承臺下樁的檢測數(shù)不少于1根;高應(yīng)變檢測比例不低于該類型樁總樁數(shù)的10%，且不少于5根，靜載荷測試，不小于該類型樁總樁數(shù)的1%，且不少于1根，聲波檢測適用于B01-B012樁，由監(jiān)理單位指定對B5樁進(jìn)行檢測。下面選取聲波法與低應(yīng)變法進(jìn)行介紹。1)聲波透射法檢測。本工程采用巖海公司RSST01D(P)測試分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對于指定進(jìn)行聲波透射法檢測的樁，灌注混凝土前預(yù)埋聲測管，該樁計(jì)樁長59 m，混凝土強(qiáng)度C25，樁徑1 200 mm，布置3根聲測管，聲測管應(yīng)高出樁頭3 cm～5 cm左右，結(jié)果如表2所示。結(jié)合聲速與波幅曲線，可以看出在1-2，1-3，2-3剖面波幅較低，無異常點(diǎn)出現(xiàn)，不低于臨界值。2-3剖面在17 m附近聲速測值明顯異常，低于臨界值，波幅明顯減小，屬于異常值，但影響范圍不大。1-3，1-2剖面聲速變化幅度較大，無低于異常值。經(jīng)綜合分析認(rèn)為，該樁僅在2-3剖面17 m位置處存在輕微缺陷，認(rèn)為該樁完整性滿足設(shè)計(jì)要求，樁身完整性等級判定為Ⅱ類。2)低應(yīng)變檢測。低應(yīng)變反射波法通常只對中小直徑樁及中短樁適用，本項(xiàng)目所用的低應(yīng)變檢測儀器為美國PDI公司生產(chǎn)的PIT(Pile Integrity Test)儀器，本文主要將低應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)分為兩類，一是樁身完整性較好的樁，二是存在縮徑類的缺陷的樁，本章以其中的完整樁P1就低應(yīng)變反射波法的分析解譯方法進(jìn)行研究。P1樁:設(shè)計(jì)樁長11.3 m，混凝土強(qiáng)度為 C35，樁徑800 mm，對利用低應(yīng)變反射波法測得的完整樁如圖1所示。

表2 聲波透射法檢測結(jié)果

圖1 低應(yīng)變反射波法測得的波形圖

對圖1進(jìn)行波形分析，通過圖中波形曲線可以比較直觀的判斷出，該樁在2 m～3 m附近有擴(kuò)徑反射，在11.5 m附近有縮徑反射。根據(jù)JGJ 106-2003規(guī)定，該樁樁底反射明顯，在2.93 m存在擴(kuò)徑現(xiàn)象，不存在縮徑，屬于完整性較好的樁，在工程上判為Ⅰ類樁。

3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析

由于聲波透射法、低應(yīng)變檢測法和高應(yīng)變檢測法理論及現(xiàn)有儀器的缺陷，在檢測過程中往往依靠工程人員經(jīng)驗(yàn)對檢測波形進(jìn)行分析，這就決定了在檢測分析過程中人為因素會影響檢測結(jié)果的可靠性。若利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network，簡稱ANN)算法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對測試結(jié)果進(jìn)行分析，可以消除人為因素對檢測結(jié)果的影響。鑒于本文的篇幅，選取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對低應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

用神華廠房基礎(chǔ)工程中A701-A1040樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測的共68根樁進(jìn)行學(xué)習(xí)與預(yù)測，將專家分析過的68根樁分為兩組，一組60根用來學(xué)習(xí)，包括正常樁和各種缺陷樁，另一組8根用來校驗(yàn)，同樣也包括正常樁和各種缺陷樁。將樁的完整性分為完整、斷裂、縮徑和離析四類，歸一化以后分別設(shè)其編碼為(0，0，0，1)，(0，0，1，0)，(0，1，0，0)和(1，0，0，0)，即對于每一種情況，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)有一個代碼輸出。在MATLAB7.1中運(yùn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序，當(dāng)訓(xùn)練到175步時，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)收斂，誤差也基本穩(wěn)定，程序自動停止訓(xùn)練，此時網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的總誤差為9.214 92×10－4(目標(biāo)誤差為0.001)，其網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂結(jié)果如圖2所示。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對本工程60根樁進(jìn)行訓(xùn)練的適應(yīng)性良好。可以應(yīng)用于樁基完整性的預(yù)測，所以下一步利用MATLAB工具箱訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其中的8根樁進(jìn)行預(yù)測分析，并將預(yù)測分析結(jié)果與專家分析結(jié)果進(jìn)行對比如表3所示。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂結(jié)果示意圖

表3 試驗(yàn)樣本與預(yù)測結(jié)果

由表3可以看出，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對樁基低應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)的預(yù)測分析基本穩(wěn)定，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行樁基低應(yīng)變反射波法預(yù)測分析的可靠性較好，達(dá)到預(yù)期效果，可以用來對樁基檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測。對于聲波透射法和高應(yīng)變檢測法，同樣可以采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對其進(jìn)行檢測結(jié)果預(yù)測，尤其是對高應(yīng)變檢測，可以降低因人為參數(shù)選取的不同而帶來的分析誤差。

4 結(jié)語

在規(guī)范指導(dǎo)下，考慮神華廠房基礎(chǔ)工程的成樁工藝，按照隨機(jī)抽取，重點(diǎn)構(gòu)筑物下重點(diǎn)檢測的原則確定工區(qū)內(nèi)的樁基檢測方案，各檢測方法均有其適用范圍，考慮神華廠房基礎(chǔ)工程地質(zhì)條件、成樁工藝等因素，采取檢測方法相互配合、相互驗(yàn)證綜合運(yùn)用的方法，對樁基進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)了結(jié)果準(zhǔn)確可靠的目標(biāo)，達(dá)到理想檢測效果。同時在樁基檢測數(shù)據(jù)分析中，引入BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，降低了因檢測人員經(jīng)驗(yàn)不足以及對漸變類型樁因無反射信號而給數(shù)據(jù)分析帶來的誤判幾率。

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