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歐美大地 基樁檢測
基樁檢測
方法論-高低應變樁身完整性檢測的差異性
發布時間:2023-10-26 瀏覽次數:16669 來源:歐美大地

對于基樁完整性檢測而言,高應變、低應變測試的理論背景是基本一致的,都是基于一維波動理論的行波運算?,F場測試方法其實也比較類似,即在樁頂施加一瞬態激勵,產生的應力波沿樁身傳播,遇到阻抗Z變化的部位同時產生反射與透射,通過在樁側或樁頂安裝傳感器,可接收因阻抗變化產生的反射波,依據反射波到達的時間、幅度和相位等來推斷或計算出樁身阻抗變化的部位和程度。


那么這兩種測試方法在樁身完整性檢測方面有什么區別呢?

由于沖擊能量的區別,一般情況下,高應變所用的錘重是低應變錘重的幾百上千甚至幾千倍,從而對樁土之間的相互作用,如高應變樁與土之間會發生相對位移和塑性變形,低應變樁身處于初始彈性變形范圍內,樁身的應力水平也處于不同的限值下。

另外,在樁身完整性分析時,高應變試驗定量地考慮了土阻力波的影響,低應變試驗則無法定量考慮土阻力波的影響,這是兩者在分析方法上的差別,從而對樁身完整性的判定造成不同的影響。我們將從以下幾個方面來討論一下。



完整性系數的定義

假定一變阻抗的樁,在截面的上部阻抗為Z1,下部為Z2,則樁身的完整性系數的一般性公式即為:(注:在高應變測試中,由于涉及到具體的行波運算,此公式有一定的修正)

樁身完整性系數公式


其中:

ρ一一樁身材質密度

C一一彈性波速

A一一樁身截面積

E一一樁身彈性模量

Z一一波阻抗

β一一樁身完整性系數



預制樁的完整性測試

由于預制樁的樁體是在工廠預制好的,一般情況下,如無特殊的設計要求,樁身的材質都是比較均勻穩定的。所以預制樁的完整性缺陷一般是裂縫、多節樁接頭不良等,反饋到計算公式中即為A的變化。


沖擊脈沖在沿樁身傳播過程中,由于樁側土阻力、樁身材料阻尼的散射作用,脈沖能量都將逐步地衰減,但沖擊能量的高低,以及沖擊的頻率構成都將影響脈沖的衰減速度。


在高應變試驗中,沖擊能量高,樁周土往往處于塑性階段,沖擊能量被土阻力消耗的比率較低,沖擊脈沖的大部分能量可傳至樁底。同時,高應變脈沖作用時間長,主頻較低,因材料阻尼、土阻尼消耗的能量比率也較低。對于多節預制樁,高應變脈沖穿透接樁縫的能力也很強,可將能量傳至樁的中、下部。


而低應變試驗中,沖擊能量低,樁周土處于初始彈性階段,沖擊脈沖能量被土阻力消耗的比率較高。脈沖作用時間短,主頻高,因此在土與樁身中消耗的能量大大增加。沖擊能量在樁身中迅速衰減,對于樁側摩阻力較大的長樁,難以傳至樁底;且多節預制樁的接頭也會給低應變脈沖的能量傳遞造成明顯障礙,沖擊脈沖難以到達樁的。


另外,在實際工程中,即使接縫完全張開,接口處也非完全自由??傆猩俨糠謶Σ梢酝高^,在高沖擊能量下,有些接縫甚至能再次閉合,從而使得入射波能更輕易的透射向下傳播,而無上行反射波。而低沖擊能量下,透射波比較難穿透,從而上行的反射波較強。


總結:

從以上分析可以得知,在評價預制樁接縫缺陷的時候,高應變與低應變各自的優劣點整理如下:

(1)由于沖擊能量高,能量消散的比率小,所以高應變對檢測深部缺陷有一定的優勢。但同樣由于高應變過高的沖擊能量,入射波透過性比較好,可能會漏判一些小缺陷。

(2)在滿足應力波可以到達樁底覆蓋整個樁身或可到達某缺陷位置的前提下,低應變要比高應變來得敏感。

(3)低應變試驗沖擊能量沿樁身傳播過程中的衰減作用比高應變試驗更明顯,且預制樁的接縫也會使低應變脈沖的穿透性大大降低,因此,低應變試驗對長摩擦樁,尤其是多節預制樁的中下部缺陷不敏感。所以對預制樁,采用低應變試驗檢測樁身完整性時宜在沉樁后較短時間內進行,以減少土阻力波對沖擊脈沖的衰減作用。這與灌注樁低應變檢測時對樁身混凝土齡期與強度需滿足一定的要求有區別。    

(4)低應變不能定量考慮土阻力波的計算,且在信號分析時,用起始脈沖的幅值近視替代缺陷處入射脈沖幅值,而由于能量衰減的影響,缺陷處入射脈沖的幅值一般是要小于起始脈沖的幅值,所以低應變容易輕判或低估缺陷的嚴重程度。這是低應變檢測的一個比較大的局限。

(5)為了兼顧低應變與高應變完整性檢測的優點,國內的檢測專家提出了一種中應變的概念,即將錘重提高到幾百公斤級,并進行了一些試驗驗證。不過由于沒有大量的實踐數據的支撐,還在探討階段,且配套的檢測設備如傳感器等也需做一定的適配。



灌注樁的完整性測試

灌注樁的完整性測試要比預制樁更麻煩一些,因為灌注樁的樁身材質的穩定性一般情況下比預制樁要差很多,即截面積A與材質密度ρ的變化更加明顯,A的變化影響可參照第二部分,那么ρ的變化在低應變與高應變的檢測中有什么不同反應呢?


密度的變化最直接的影響就是阻抗變化處混凝土的強度產生了差異,由于樁身混凝土本構關系的非線性,樁的波阻抗是應力水平的函數,樁身完整性系數β與試驗應力水平相關,對混凝土灌注樁,當樁身在某一截面上、下混凝土強度存在差異時,隨著應力水平的增大,該截面上、下波阻抗差別增大,從而導致β系數增大。


總結:

從應力水平與樁身混凝土強度的角度考量,低應變與高應變在檢測灌注樁測試的差異性整理如下:

(1)低應變的沖擊能量比較小,應力水平值對完整性β值的影響較小或無影響。

(2)在使用高應變做樁身完整性測試時,在激發極限承載力的測試條件下,更加合理一些。因為我們更多考量和關心的是在極限承載力下的樁身完整性信息。


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