基桩动测中低应变反射波法理论与实践.docVIP

基桩动测中低应变反射波法的理论与实践 韩建绒 (甘肃建筑职业技术学院,甘肃 兰州 730050) 摘要：基于一维波动理论的低应变反射波法基桩动测技术，在保证桩基础工程的质量安全中得以成功应用，在理论与实践中掌握这一技术是搞好基桩监控与检测的有效手段。运用一维波动理论从基桩波阻抗的变化，确定基桩完整性等质量问题，同时对工程实践及检测设备的掌握，以保证基桩检测的真实可靠。 关键词：桩基础；基桩动测技术；反射波法；工程实践 1 前言 随着我国经济建设的蓬勃发展，城市高层建筑、地下工程、铁路和公路不断兴建，桩基础以其诸多的优点被广泛应用。然而，桩基础作为隐蔽工程，其质量检测一直是十分棘手的问题。基桩动测技术的广泛应用有效地填补了静力试桩的不足，促进了桩基工程发展的需求。 基桩动测技术，根据作用在桩顶冲击能量是否使得桩土间产生塑性变形，分为高、低应变反射波法是低应变基桩检测中最为普遍的一种。它使用于检测桩身完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置，也可以对桩长进行核对，对桩身混凝土的强度等级进行评估。基桩动测技术是一门新兴的多学科的交叉学科，它不仅涉及建筑工程、地质学、材料科学而且是声学、电子技术、计算机技术的综合应用。因此，从理论上和实践上掌握这一技术，是搞好基桩监控和检测的有效手段。 2 反射波法的基本原理 反射波法检测基桩完整性技术是以一维波动理论为基础的。当满足入射波长大于桩径即、桩长大于桩径即：λ＞Ｄ、L＞Ｄ时，基桩可视为一维弹性杆件。我们在桩顶施以激振力时，基桩中将被激发出弹性压缩波，这一纵向弹性应力波具有波的特性，遵循波的传播规律，它以速度Ｃ沿桩身向下传播。根据一维波动理论我们知道，弹性杆中的波阻抗是表征介质材料在动荷载下力学特征的基本参数，它是弹性赶件的横截面积、材料密度和材料弹性模量的函数即：Ｚ＝Ｅ·Ａ／Ｃ＝ρ·Ｃ·Ａ　（１） 式中：Ｚ－波阻抗（Ｎ·Ｓ／m）；Ｃ－应力波波速（m／s）；E-弹性模量（N/m2）；ρ-材料密度（㎏/m3）；A-横截面积（㎡）。 应力波沿桩身向下传播，按照波的传播规律，当桩身的介质发生变化即桩身波阻抗发生变化时，应力波将在介质的分界面上产生反射和透射。不考虑柱周阻尼的影响，入射应力波在变阻抗处产生的反射波与透射波的幅植大小及方向有如下关系： Vr=-F·V? （2） Vt=Ψ·T·V? （3）式中Ψ=ρ?·C?·A?/ρ?·A?·C?（介质1与介质2的波阻抗比）；F=（1-Ψ）/（1+Ψ）（反射系数）；T=2/（1+Ψ）（透射系数）； Vr、V?、Vt表示介质分界面处质点振动速度，下标r、?、t分别表示入射、反射和透射。 由公式（1）（2）分析我们可知，一维弹性桩的波阻抗Z=ρCA 其值总是正的，所以Ψ 总是大于零的值，透射系数T也总是正值，就是说透射波与反射波的相位总是同相的。反射波与入射波的相位关系则根据反射系数的正负可以是同相的，也可以是反相的。 （1）Ψ＞１，则ρ?·C?·A?＞ρ?·A?C?，Ｆ＜０，这时反射波与入射波同相位．对于Ｆ＜０一般有如下几种情况； １、A?＝A?，而ρ?·C?＞ρ?·C?即杆件截面无变化，相当于应力波从硬材料向软材料传播，类似与断柱、离析或摩擦桩的桩底反射； 　２、ρ?·C?＝ρ?·C?，A?＞A?即杆件材料不变，应力波由大截面向小截面传播，类似于基桩中的缩颈。 （２）Ψ＜１，则ρ?C?A?＜ρ?A?C?，Ｆ＞０．这时反射波与入射波相位相反．对于Ｆ＞０，同样有两种情况即； １、A?＝A?，而ρ?·C?＜ρ?·C?即杆件截面无变化，相当于应力波从软材料向硬材料传播； ２、ρ?·C?＝ρ?·C?，则A?＜A?即杆件材料不变，应力波由小截面向大截面传播。类似于基桩工程中桩端嵌岩及扩径时的桩底反射情况。 总之，在桩顶检测出反射波引起的桩顶质点的振动速度与入射波引起的桩顶质点振动速度的相位一致时，说明产生反射波的相应位置上存在着截面变小或混凝土质量较差的问题；反之，当反射波信号与入射波初始信号的相位相反时，则表明在相应的位置上存在着扩径或桩底的嵌岩。波阻抗变化的相应位置，可由波速、时程、距离的关系求出，即： T＝２Lx／Ｃ　　　（４） 公式（4）中：△T-反射周期；C-桩身应力传播速度；Lx-变阻抗位置距桩顶的深度。 3 反射波法的工程实践 以上所述，在理论上简单分析了反射波法检测基桩质量的变阻抗效应，即通过对基桩变阻抗界面处产生的反射波的相位、振幅和应力波的时差特征来判断基桩的缺陷性质、程度及位置。在工程实践中，基桩的情况千差万别，比理论描述的要复杂的多。以此本文就实践中常见的影响基桩动测得诸因素简要分析如下： （１）基桩施工工艺及地质条件对反射波法检