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前言:樁基礎依據(jù)其實隱蔽工程,在高層建筑、鐵路、公路、港口碼頭、電力、海上石油鉆井平臺、水利等工程領域得到了廣泛的應用。。樁基動力檢測技術具有費用低、快速、輕便等優(yōu)點,越來越受到工程檢測人員的喜歡。
樁基動測技術研究在我國始于20世紀70年代。1972年,湖南大學學者周光龍?zhí)岢隽恕皹痘鶇?shù)動測法”,對開創(chuàng)我國樁的動測方法研究起了積極的推動作用。1978年東南大學學者唐念慈應用波動方程法對渤海12號平臺鋼管樁進行了動力測試,并獲得成功。自20世紀80年代以來,機械阻抗法、水電效應法、共振法、錘擊貫入法等10余種方法相繼推出,并在我國的許多地區(qū)紛紛進行試驗研究和應用。
1、高應變法
高應變法是當作用在樁頂上的能量較大,直接測得的打擊力與設計極限值相當時。目前高應變法主要有動力打樁公式法、波動方程法、Case法、曲線擬合法、錘擊貫入法和動靜法等,但工程界應用最廣泛的高應變法是CASE法和波形擬合法。
1.1 CASE法及其局限性
CASE法是一種通過一維波動方程計算而獲得巖土對樁的支撐阻力的新方法。它有三條基本假定:樁身是等阻抗的;樁周與樁尖土對樁的運動阻力分為動阻力和靜阻力兩部分,動阻力全部集中在樁尖,忽略了樁側土阻力;靜阻力模型為理想剛塑性體,忽略了應力波在傳播過程中的能量損耗,包括樁身中內(nèi)阻尼損耗和向樁周土的逸散?;谝陨先龡l基本假設,由行波理論和波動方程推導出CASE法單樁極限承載力公式: Rs=R-JC(2Ft1-R)其中Jc是地區(qū)性經(jīng)驗系數(shù),土質(zhì)不同, Jc憑經(jīng)驗取值的變異性會很大。
由于CASE法的假定條件與部分樁基的實際施工條件差別較大。導致CASE僅適用于鋼樁、預制樁和預應力管樁的測試。
1.2波形擬合法及其局限性
波形擬合法波形擬合法目前被認為是確定單樁承載力最準確的方法。它是通過現(xiàn)場把實測力波和速度波輸入計算機進行迭代計算,把樁―土系統(tǒng)變?yōu)殡x散的質(zhì)彈模型,假定各單元樁和土參數(shù),以實測的樁頂速度波(或力波)作為邊界條件,用特征線法求解波動方程,反算樁頂力波(或速度波),使計算的波形和實測波形擬合。若兩者不吻合,調(diào)整樁土參數(shù),再次計算,直至吻合。此時各參數(shù)是最佳估算值。最終求得承載力、側阻分布和計算的Q-S曲線。
波形擬合法取樣嚴格要求貫人度、側面光滑性及截面的一致性,因此,當樁問土變形不夠充分時,承載力計算值偏于保守。而且它假定樁周土體內(nèi)無變形存在,也極不合理。樁土間的理想彈塑性模型和牛頓粘性體模型與灌注樁、預制樁等樁型存在較大偏差。
1.3低應變法
低應變法是作用在樁上的能量較小,僅能使樁土間產(chǎn)生微小擾動。現(xiàn)在國內(nèi)低應變動測法主要用于檢測樁身完整性。我國低應變動測樁法主要是應力波反射法,其次還有機械阻抗法、動力參數(shù)法、水電效應法、共振法等。其中應力波反射法在樁身質(zhì)量檢測中應用最廣泛。
應力反射波法是以應力波在樁身中的傳播反射特征為理論基礎的一種方法。該方法將樁假定為連續(xù)彈性的一維截面均質(zhì)桿件,并且不考慮樁周土體對沿樁身傳播應力波的影響。當在樁頂施加一瞬態(tài)錘擊振力,將在樁內(nèi)激發(fā)應力波,由于樁與周土之間的波阻抗差異懸殊,應力波的大部分能量將在樁內(nèi)傳播,當波長L>>樁徑D,應力波波長λ>>D時,樁可以看作一維桿件,應力波在樁內(nèi)傳播可以采用一維桿波動方程計算。垂直入射的應力波在樁內(nèi)傳播過程中,當樁內(nèi)存在有波阻抗差異界面時,波將產(chǎn)生反射波和透射波,反射波將沿樁身反向傳播到樁頂,而透射波繼續(xù)向下傳播。
低應變法的缺陷主要體現(xiàn)在樁周土層對波形曲線的影響、樁身淺部的缺陷難識別、缺乏對缺陷的定量分析、第二缺陷的判斷識別困難、難以分辨漸變的缺陷等幾方面。
2、樁基礎動力檢測技術的未來走向
新的世紀 ,樁基動測技術也應向高質(zhì)量、規(guī)范化、標準化的方向發(fā)展,除了不斷開發(fā)和改善動測分析的硬件設備外,更應不斷完善理論研究和軟件分析。
2.1 分析方法
目前樁基動測數(shù)據(jù)分析的方法主要有時域分析或頻域分析法。時域分析考察的是以時間為橫坐標的樁身波動曲線,可以根據(jù)理論分析寫出其傳遞函數(shù)及樁頭的位移方程, 但無法確定函數(shù)中若干系數(shù)的取值。頻域分析是應用 FFT(快速傅立葉變換) 和頻譜分析來研究其特征,能得出更多的分析結果,但是對于結果的解釋主要靠測試人員的工程經(jīng)驗。
2.2 信號分析
測試結果的信號分析包括兩個內(nèi)容 : 一是信號處理技術; 二是信號分析結果的正確解釋,兩者同時又是密切相關的。
現(xiàn)在為止,樁基礎動力檢測技術尚未完全成熟,隨著樁基檢測理論和實踐的不斷發(fā)展 , 在建立樁一土體系動力作用下的力學機理及相關理論的同時,發(fā)展先進的測量技術和對測試信號的正確解釋,樁基動測技術在工程中的應用將會越來越廣泛。
在互動生成教學中,掌握并使用適當?shù)恼n堂教學方法就有可能以較快的速度,完成預定的教學內(nèi)容,有效地發(fā)揮各種教學組織形式的作用,順利地實現(xiàn)教學目的和任務。[4]因此,在語文互動生成教學中,教師應該根據(jù)學科性質(zhì)、教學目標和學生身心發(fā)展規(guī)律,合理選用教學方法,以此實現(xiàn)課堂生成。
首先,要結合初中階段語文教學的要求和學生的特點,針對不同的課型,選擇相應的教學方法。在初中語文教學中,教師必須在遵循學生身心發(fā)展規(guī)律和語文學習規(guī)律的基礎上,區(qū)別對待不同的課型,選用不同的教學方法,以此把握好語文教學中的動態(tài)“生長點”。閱讀課,要求教師在問答和討論的過程中,對學生的反饋信息進行確切的分析和判斷,找出矛盾的關鍵,讓學生對知識的理解更到位,更深刻。這里,教師比較適合采用講述法、問答法、講解法和討論法。單元指導課,由于它不是簡單的知識重復,在課堂上教師應重在與學生交流學習心得,交換學習經(jīng)驗,通過同類比較或異類比較的方法,幫助學生學會根據(jù)語文學科的內(nèi)在邏輯結構對知識進行分類和歸納,彌補學習中的缺漏,實現(xiàn)智能結構的優(yōu)化。這里,教師可以采取講解法和練習法。技能訓練課中的寫作課,要求教師積極與學生展開交往活動,讓學生在聯(lián)想和想象中充分調(diào)動自己的生活經(jīng)驗,對話題發(fā)表自己的看法和理解,從而實現(xiàn)寫文、講評和修改中的動態(tài)生成。這里,教師則可以運用討論法和練習法。當然,以上所說的講述法、問答法、講解法、討論法和練習法只是幾種基本的教學方法,在具體的教學中,教師還要根據(jù)交往互動的實際情況,研究與之相適應教學變式,給課堂注入新鮮的活力,如適合閱讀課的講解法變式就有:側面引導式、比較解疑式、指點式和歸納式等。
其次,要整合運用選定的多種教學方法,即對它們進行一定的邏輯組合。如《行道樹》一文,它的教學重點是在精心品味語言中,走進行道樹的精神境界。為此,教師可以選用精讀法、問答法和比較法,使學生在生本、師生交流中體味到散文語言優(yōu)美凝練的特點,并在這一過程中,認識到行道樹不同與其它的樹,它為神圣事業(yè)而承受痛苦,卻為自己的奉獻而自豪快樂,進而感悟到行道樹無私奉獻的精神和作者寄予其中的人生哲理思考,從而提高學生的鑒賞能力。而本文的教學難點是要求教師引導學生把握主旨,學習奉獻精神,培養(yǎng)奉獻意識。為此,教師又可以選用討論法、介紹法,讓學生在經(jīng)驗交流中,體會到這種崇高的人生價值觀,從而陶冶學生美好的情操。
四、加強反饋矯正,提高生成質(zhì)量
互動生成教學是教學雙方信息傳遞和反饋矯正的過程。那么,在語文互動生成教學中,如何加強反饋矯正,提高生成質(zhì)量呢?首先,要加強反饋矯正中的師生情感交流,這是提高生成質(zhì)量的基本前提。語文互動生成教學中的師生情感交流能給課堂注入豐富的人文情懷,是語文思想、審美和情感教育的根本途徑,它對語文的教學進程和教學效果有著直接而重要的影響。在語文課堂教學中,教師的真情實感能感染學生,消除反饋矯正中一部分學生(尤其是學困生)的懼怕、應付和依賴心理,使他們自覺融入到和諧寬松的氣氛中去積極主動地學習思考;而學生良好的情緒又能喚醒他們自身的經(jīng)驗,激發(fā)他們?nèi)ジ惺芎腕w悟,以此增強他們語文學習的動機。因此,在教學過程中,要以互動交流的方式打開學生的心靈,把他們引向實在的知識課堂,引向真摯的情感世界。納感受交流于一體,熔感知體驗為一爐,這樣才能使學生產(chǎn)生良好的學習興趣和心理,提高課堂生成的質(zhì)量。初中語文課本中有許多包含感情的散文,教學中在品味它的語言時,教師應通過反饋與矯正加強與學生的情感交流,在這個語言品味的過程中,教師的引導和點撥始終貫穿著情感的交流與對話,讓學生在形象的情感體驗中感受到了語言的非凡魅力,使課堂呈現(xiàn)出了繽紛的生成。
其次,要做到適時的反饋矯正,這是提高生成質(zhì)量的重要條件。這里,適時的反饋矯正包括及時的反饋矯正和延時的反饋矯正。及時的反饋矯正是指教師為保證課堂教學的實效,必須不斷借助反饋信息,對教學的進程和方式進行調(diào)節(jié),對學生的行為和知識進行矯正。具體表現(xiàn)為在傾聽、交流和答疑中,教師要及時發(fā)現(xiàn)和捕捉生成信息,并對其進行價值判斷,如果符合教學目標并有利于課堂教學就應立即采取相應的措施進行處理。延時反饋矯正是指對于一些開放性和發(fā)散性較強的問題,教師應該學會等待,給學生足夠的思考交流時間,不做匆忙的最終評判,以延遲評價的方式,促進學生知識的動態(tài)生成。這具體表現(xiàn)為師生之間的討論和生生之間以小組為單位的學習中。此外,還有一些動態(tài)生成資源不能依靠及時或延時反饋矯正來利用,往往需要將其擱置,以保證教學目標的順利完成。
最后,加強反饋矯正還應注意各個階段的協(xié)調(diào)和配合,這是提高生成質(zhì)量的重要途徑。反饋矯正不僅只限于某一環(huán)節(jié),或者是某一堂課,課與課之間也應該加強反饋與矯正。很多教師都有體會,一個班級前后兩堂課可能會出現(xiàn)兩種不同的教學情景,常常是后一堂課的互動生成比前一堂課的積極、活躍和有效。這是因為在實際的語文教學中,不少教師對前一堂課的學生資源缺乏即時的判斷和利用能力,在收集到反饋信息后,難以作出相應的引導和調(diào)節(jié)。因此,在語文互動生成教學中,教師要根據(jù)前一堂課的學生互動反饋信息,有意識地進行教學活動的調(diào)整和矯正,目的是為教學活動中碰到的困難或所犯的錯誤,提供及時的修正和反饋。
作者簡介:
曾琦,浙江海洋學院人文學院2010屆畢業(yè)生;宋秋前,浙江海洋學院教授。
參考文獻:
曹明海.潘慶玉.語文教育思想論.青島:青島海洋大學出版社,2002.1.
[2] 陳舒宇.中學語文動態(tài)生成教學的實踐和研究.吉林:東北師范大學,2008.(9).
【關鍵詞】樁基;樁基檢測技術;建筑工程;局限性
中圖分類號:TU74文獻標識碼:A文章編號:1006-0278(2012)05-113-01
國民經(jīng)濟的日益增長使得樁基已成功的應用于高層建筑、橋梁、廠房等工程中,另外各個基礎領域的應用也越來越廣泛。樁基特殊的結構設計保證了基礎沉降的均勻性,它可以將上部高層建筑物載荷傳遞給土層深處的基礎結構。因此,現(xiàn)代建筑中大多采用樁基作為牢固的地基處理策略。然而樁基質(zhì)量的好壞受多種因素控制,如施工人員素質(zhì)、地形、材料機械性能、隱蔽性等。出于工程整體質(zhì)量和人身安全的考慮,把好樁基質(zhì)量關理所當然成為一個國家建筑工程檢測部門的首要任務。
現(xiàn)有的樁基檢測技術措施主要分靜載檢測和動態(tài)檢測兩大部分。其一,靜載檢測主要是靜載荷法,它用于建筑物承載力的分析檢測;其二,動態(tài)檢測技術主要包括聲波透射法、高應變動測法、低應變動測法(即反射波法)。動測技術相對靜載檢測技術應用更為廣泛。
一、樁基質(zhì)量標準
根據(jù)現(xiàn)行的國家標準《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術規(guī)范》①的相關規(guī)定,樁基工程承載力和完整性需遵循一定的質(zhì)量標準。
我國樁基造價高,約占整個建筑工程總價的25%以上,面臨較大的經(jīng)費投入,樁基質(zhì)量問題仍是層出不窮。因此,樁基施工中質(zhì)量問題控制更加嚴峻,只有遵循行業(yè)規(guī)范才能保證樁基材料、載荷、樁基深度、徑寬、樁型規(guī)格等各項指標合格,從而保護人民群眾的財產(chǎn)和安全利益。一般來講,樁基質(zhì)量的好壞直接關系到使用壽命問題,樁基完整性檢測耗時較少、話費也較低,多次的抽樣檢查可確保樁基完整性,避免施工意外,樁基的完整性和載荷可直接作為判斷其使用壽命的參考指標。特別地,考慮到建筑施工的具體情況,施工者應綜合考慮各種影響因素,結合本工程的特殊要求、地質(zhì)條件、施工場所、檢測領域合理利用樁基檢測技術,適時地綜合利用合理采納檢測結果。
另外,樁基建筑施工中的質(zhì)量檢測也是必不可少的②。影響樁基最后質(zhì)量的各項指標自始至終存在于整個施工中,為確保最后質(zhì)量的順利過關必須對施工過程中的各項指標做到實時監(jiān)測和隨時校正。面臨施工中各項硬性指標的變化,如材料變更、地形不符、結構設計參數(shù)變化、人員不足等,如不及時的進行監(jiān)測和協(xié)調(diào)隨時都可能影響最終的樁基質(zhì)量。施工過程中的檢測完全可以按照國家標準《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和行業(yè)標準《建筑樁基檢測技術規(guī)范》實行。
二、 樁基質(zhì)量檢測
(一)靜載荷法③
靜載荷法主要應用于驗證樁基建筑的負載力。但是實際的應用中檢測時間較長,花費高,普通的樁基檢測不予采用,而用于特殊工程要求的檢測過程中。
靜載荷法的試驗裝置一般包括監(jiān)測、加載、反力系統(tǒng)三個方面,測試過程中不同荷載量對樁基整體沉降和形變的影響。該方法可用于樁基水平方向和豎直方向的承載力的測定,尤其是豎直方向的負載力的檢測應用較為廣泛。
(二)聲波透射法
超聲波透射法主要用于監(jiān)測樁身結構完整性中的混凝土結構完整性。它的檢測理論依據(jù)是:根據(jù)超聲波彈性波測試的方法,利用人工激發(fā)向混凝土內(nèi)發(fā)射彈性沖擊波,分析彈性波在介質(zhì)中的聲學參數(shù)(振幅、聲速、頻率)變化,從而判斷混凝土介質(zhì)內(nèi)部結構完整性的變化。
聲波透射法也存在各種限制性應用。如特殊情況下檢測時間和花費將會增長特別是當彈性波透射截面較小發(fā)生阻塞時,難以取樣,影響樁基質(zhì)量判定。
(三)高應變法
高應變法是反射波法的一種補充方法。它主要用于檢測單樁豎直方向的負載力,判斷樁基豎直方向的承載力受水平樁身裂紋和關節(jié)點影響的大小,它需要能量較高的建筑結構動力支撐。它的基本原理闡述如下:如果假設樁基是一維彈性桿,施于外力時,樁基發(fā)生彈性形變,彈性位移隨時間和縱向坐標而變化。
高應變檢測技術已廣泛應用于各項領域的樁基質(zhì)量檢測。但是由于受質(zhì)量檢測人員技術、檢測硬性條件的限制,其檢測樁身結構的準確性常會受到干擾。
(四)低應變反射波法
低應變檢測(即反射波法)是應用最為廣泛的樁身完整性檢測技術,它是一種瞬態(tài)時域分析方法,在傳統(tǒng)方法的基礎上輔以頻域分析和激振分析方法。
反射波法的基本原理為:重錘敲擊樁身頂部后,瞬間的沖擊波沿著樁身傳遞給樁身底部再反射回樁身頂部,該方法具有檢測方便快捷、適用性強、操作方便等優(yōu)點;但存在一些局限性,即樁基長度和樁徑比例較大且截面阻抗浮動較大時,使得樁身底部接收不到反射信號,對樁身完整性檢測造成誤讀。
樁基檢測技術是整個建筑物穩(wěn)固的基石。結合具體情況進行具體分析,做到各種方法的相得益彰、取長補短、互相配合是必不可少的。系統(tǒng)完善地綜合考慮,也才能做出可靠準確的質(zhì)量評判。
注釋:
①建筑樁基檢測技術規(guī)范.JGJ106-2003[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2003.
關鍵詞:樁基檢測 靜載實驗法 鉆芯法 低應變法 高應變法 聲波投射法
Abstract: With the amplification of demand for infrastructure construction, engineering construction of pile foundation is also a corresponding increase. As a result, the pile foundation engineering detection technology has become the key construction projects. Meanwhile, due to the particularity, covert and professional of the pile foundation engineering, determines foundation quality control is difficult, so the prospects for the development of pile testing was very good. The pile testing methods improvement and update has a crucial role for the entire foundation quality construction.
Key words: pile testing; static load test method; core drilling method; low strain method; high strain method; acoustic projection method
中圖分類號:TU473.1+6 文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)02-
樁基檢測的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
樁基的發(fā)展歷史由來已久。追溯到公元247年,樁的最早應用開始于上海龍
華塔及十世紀筑成的杭州灣大海塘的石砌岸壁。到了19世紀后期,出現(xiàn)了水泥、鋼筋以及混凝土。隨著機械設備的不斷完善和改進,建設高層建筑對樁基的型狀逐漸更新,樣式變得多種多樣。隨之而來的是樁基理論研究的深入發(fā)展。通過理論的更新和深入,從而更好地指導實踐中的樁基檢測技術。
樁基是工程結構常用的基礎形式之一,屬于地下隱蔽工程,施工技術比較復雜,工藝流程相互銜接緊密,施工時稍有不慎極易出現(xiàn)斷樁等多種形態(tài)復雜的質(zhì)量缺陷,影響樁身的完整性和樁的承載能力,從而直接影響上部結構的安全。因此,其質(zhì)量檢測成為樁基工程質(zhì)量控制的重要手段。
在樁基檢測的發(fā)展歷史中,檢測技術的更新成為了一個寬泛且熱門的話題。為了適應樁基檢測日益復雜和精湛的需求,國內(nèi)相關研究者也在不斷引進和學習國外先進技術,不斷發(fā)展完善樁基技術。隨著基礎設施建設要求的不斷提高,樁的尺寸現(xiàn)已越來越大,由此對樁質(zhì)量的要求越來越高,所面臨的問題也可能會越來越多。盡管國內(nèi)樁基檢測技術的發(fā)展仍然無法滿足生產(chǎn)的全部需要,但是從整體來看,國內(nèi)樁基檢測發(fā)展的技術和辦法在不斷地更新和完善。
樁基檢測的方法
根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ106-2003),目前樁基檢測的主要方法有靜載試驗法、鉆芯法、低應變法、高應變法、聲波透射法等幾種。
靜載試驗法
靜載試驗法是目前公認的檢測基樁豎向抗壓承載力最直接、最可靠的試驗
法。在目前樁基檢測技術還尚未伍德突破性進展之前,靜載實驗法被認為是尚不可被替代的。其優(yōu)點在于直接簡單,且可靠安全。但在工程實踐中發(fā)現(xiàn),基準樁的問題有時會被檢測人員所忽視,容易出現(xiàn)基準樁打入深度不足,試驗過程產(chǎn)生位移的問題。
靜載實驗法在國外工程界里也是頗受關注的一個研究課題。據(jù)調(diào)查研究,國內(nèi)外很多學者為此做了很多嘗試和實驗。尤其是80年代以后,隨著經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展,我國的樁基靜載實驗法進入了一個全新的發(fā)展時期。目前,靜載實驗法已經(jīng)成為一項在理論上無可爭議,在方法上普遍認可的樁基檢測技術。
2. 鉆芯法
鉆芯法又叫做鉆樁取芯試驗法。這種方法具有科學、直觀、實用等特點,在檢測混凝土灌注樁方面應用較廣。檢測灌注樁樁長、樁身混凝土強度以及樁底沉渣厚度是鉆芯法的宏觀目的。通過這種方法能夠很好地判定和鑒別樁端巖土的性狀,并準確判斷樁身完整性的類別。
一次完整、成功的鉆芯檢測,可以得到樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度和樁身完整性的情況,并判定或鑒別樁端持力層的巖土性狀。抽芯技術對檢測判斷的影響很大。某工程先用XY-1型工程鉆機,采用硬質(zhì)合金單管鉆具,用低壓慢速小泵量及干鉆相結合的鉆進方法,結果采芯率不到70%,芯樣完整性極差,大多呈碎塊;后來改用SCZ-1型液壓鉆機,采用金剛石單動雙管鉆具,采芯率達99%,芯樣呈較完整的圓柱狀。所以,《技術規(guī)范》對鉆機和鉆頭作了相應的規(guī)定,就是為了避免抽芯驗樁的誤判。目前增加了鉆機設備的技術含量,從單一的效率低的向效率高多功能的鉆機發(fā)展。
3.低應變法
低應變動測法又叫低應變反射波法(應力波法),是以手錘或力棒敲擊樁頂,給樁一定的能量,產(chǎn)生一縱向應力波,該應力波沿著樁身向下傳播,由傳感器(速度或加速度型) 拾取樁身缺陷及不同界面的反射信號, 通過檢測和分析應力波在樁身中的傳播歷程, 便可分析出樁基的完整性, 并根據(jù)樁身突然變化界面時( 如: 樁底沉渣過厚、樁身夾泥、斷裂、擴徑或縮徑等)所產(chǎn)生的反射和透射波, 來確定樁身缺陷性質(zhì), 估算樁長或缺陷位置, 且根據(jù)應力波在樁身中的傳播速度來推斷混凝土的強度。
20世紀80年代,低應變法進入了快速發(fā)展時期,各種低應變法在基礎理論、機理、儀器研發(fā)、現(xiàn)場測試和信號處理技術、工程樁和模型樁驗證研究、實踐經(jīng)驗積累等方面取得了很多成就。低應變動測法檢測簡便,且檢測速度較快,但如何獲取好的波形,如何較好地分析樁身完整性是檢測工作的關鍵。測試過程是獲取好信號的關鍵,測試中應注意:1.測試點的選擇。測試點數(shù)依樁徑不同、測試信號情況不同而有所不同,一般要求樁徑在120cm以上,測試3~4 點。2.錘擊點的選擇。錘擊點宜選擇距傳感器 20~30 cm 處不必考慮樁徑大小。3.傳感器安裝。傳感器根據(jù)所選測試點位置安裝,注意選擇好粘貼方式,一般有石蠟、黃油、橡皮泥在保證樁頭干燥,沒積水的情況下。4.盡量多采集信號。一根樁不少于10 錘,在不同點,不同激振情況下,觀測波形的一致性,以保證波形真實且不漏測。
4.高應變法
高應變法又叫做試樁法, 是一種利用高能量的動力荷載確定單樁承載力的方法。在國內(nèi),動力打樁方式的發(fā)展已有將近百年的歷史。動力試樁技術的發(fā)展最早始于動力打樁公式。目前,國內(nèi)外高應變法依舊主要采用一維桿波動理論作為測試和結果分析的基礎。
高應變法的主要功能是判定樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。高應變法在判定樁身水平整合型縫隙、預制樁接頭等缺陷時,能夠在查明這些“缺陷“是否影響豎向抗壓承載力的基礎上,合理判定缺陷程度,可作為低應變法的補充驗證手段。目前在某些地區(qū),利用高應變法增加承載力和完整性的抽查頻率,已成為一種普遍做法。
隨著國內(nèi)基礎設施建設的不斷發(fā)展,樁基工程量也在日益增多。目前國內(nèi)出現(xiàn)了多種類型的混凝土灌注樁的廣泛應用。但是由于樁基檢測工程量巨大,因此伴隨技術發(fā)展而生的就是質(zhì)量的優(yōu)劣。相較于傳統(tǒng)的靜載實驗法,高應變法不論在費用抑或是時間成本方面都有很大的優(yōu)勢。因此,目前來看,高應變法因操作簡單,并且技術較為先進,從而成為國內(nèi)廣泛推廣和應用的檢測方法。
5.聲波投射法
聲波透射法, 俗稱埋管法, 是在灌注樁中預埋兩根或兩根以上聲測管供聲波從發(fā)射到接收。波投射法是基于混凝土灌注樁的使用,是在結構混凝土聲學檢測技術基礎上發(fā)展起來的。早在20世紀70年代,聲波投射法就已經(jīng)被用于檢測混凝土灌注樁的完整性方面。在樁身混凝土傳播過程中,由于缺陷的存在,混凝土連續(xù)性中斷,在缺陷區(qū)與混凝土之間的界面,聲波將發(fā)生反射、繞射、折射及聲波能量的吸收和衰減。
目前,聲波投射法以其鮮明的技術特點成為目前混凝土灌注樁完整性檢測技術的一種重要手段。目前,在民用建筑設施以及水利電力和工業(yè)、鐵路等建設方面皆得到了廣泛的應用。與其他完整性檢測方法相比,聲波透射法能夠進行全面、細致的檢測,且基本上無其他限制條件。但由于存在漫射、透射、反射,對檢測結果會造成影響。
三、結論
第二部分詳細論述了樁基檢測各種方法的優(yōu)點和不足。在筆者看來,目前樁基檢測的技術不能依賴于某一種單一的檢測方法。而在評判建筑設施質(zhì)量的問題上,建筑基礎設施是個至關重要的因素。因此,為了保證樁基的質(zhì)量,樁基檢測技術就更顯重要。
在目前樁基檢測技術中,每一種單一的檢測方法存在很大的局限性。由于檢測遠離、儀器設備、數(shù)據(jù)處理等各方面的綜合考慮和要求,單一的檢測方法目前尚不能完全適用于各種樁型的需求。樁基檢測技術在實踐的檢驗中會存在應用上的諸多不足,也會在實踐操作中不斷完善和更新。
總之,在樁基檢測中,各個檢測手段需要配合使用,利用各自的特點和優(yōu)勢,按照實際情況,靈活運用各種方法,才能夠對樁基進行全面準確的評價。除此之外,建筑環(huán)境,以及施工人員的水平也都是影響檢測技術高低的外部因素。在實際操作中,應努力權衡各方面的因素使之達到最優(yōu)化的狀態(tài)。
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【關鍵詞】:樁基礎;檢測技術;動力檢測;低應變
【 abstract 】 this paper introduces the detection of low strain dynamic pile reflection wave method to the basic principle and the operation of the main points, test preparation, data collection and processing, analyzes the influence of the testing data of the factors, and put forward the method of some defects existing, and an example data discrimination based on the actual situation of the pile foundation some experience method.
【 keywords 】 : pile foundation; The detecting technology; Power detection; Low strain
中圖分類號:TU473.1 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著我國城市化進程的加快,建筑事業(yè)得到了快速發(fā)展,樁基作為重要的基礎形式,得到了廣泛應用。樁基工程施工隱蔽性高,一旦發(fā)生質(zhì)量問題,很難進行檢測,且非常難以處理,影響樁基工程施工質(zhì)量的因素很多,如基礎與結構設計、巖土工程條件、工程技術人員施工水平、樁土體系的相互作用等??梢?,加強樁基施工質(zhì)量的檢測,是確保整個樁基工程順利驗收的關鍵,樁基施工質(zhì)量不達標,必然會對樁基工程的質(zhì)量與安全使用造成重大影響。然而由于樁基施工質(zhì)量影響因素眾多,因此,如何快速有效檢測工程樁的施工質(zhì)量,一直是困然土木工程界的一大難題,為此世界各國很多研究人員都致力于尋找解決這個問題的方法。本文介紹了一種比較有效的工程樁施工質(zhì)量檢測方法即低應變法樁基檢測方法。
一、低應變法樁基檢測簡介
低應變法檢測樁基時,操作簡便、快捷,并能較好地反映樁基質(zhì)量,因此得到了廣泛的應用。樁基采用低應變法進行質(zhì)量檢測時,應預先在樁頂設置傳感器,然后用小錘敲擊樁頂,使樁產(chǎn)生應力波信號,進而傳遞到傳感器中,這樣就可以根據(jù)應力波理論研究樁土體系的動態(tài)響應,通過反演分析得到樁基的頻率信號和速度信號,最終獲得關于樁基質(zhì)量的分析結果。下圖即顯示了低應變法的檢測示意圖。
應力放射波法假設樁基為一維截面的勻質(zhì)桿件,具有連續(xù)彈性,其沿樁身傳播的應力波不受周圍土體的影響,它以應力波在樁身中的傳播反射特征作為研究對象,從而尋找樁基質(zhì)量問題。檢測時,先用小錘敲擊樁頂,施加一個瞬態(tài)振動,從而在樁內(nèi)激發(fā)應力波,大部分應力波將在樁內(nèi)傳播,這是因為周圍土體與樁體對應力波的抗阻性能相差太大,當波長L>>樁徑D,應力波波長λ>>D時,可以將樁看做一維桿件,從而可以運用一維桿波動方程計算應力波在樁內(nèi)的傳播。當樁身存在缺陷時,缺陷部位就會形成波阻抗差異界面,垂直入射的應力波傳遞到缺陷部位時,就會產(chǎn)生透射波和反射波,其中透射波將會繼續(xù)向下傳播,而反射波又會沿著樁身回傳到樁頂,這樣就可以根據(jù)樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮盏降姆瓷洳ǖ恼穹?、相位、頻率等特征,同時結合施工記錄、地層資料等,準確判斷樁的性質(zhì)。
二、低應變法的檢測步驟
(1)前期準備工作
①進場前應預先搜集工程的成樁工藝、樁的直徑、樁的長度、成樁時間、樁的強度等信息。
②進場后,不要急于測試樁基質(zhì)量,而應該充分了解樁的施工質(zhì)量,觀察、敲擊樁頭,檢查樁頭是否干燥、緊固、含有泥漿等。
③確定樁頭達到設計標高后,將其清理干凈,確保樁頭平整無破順,此外,為方便傳感器的安裝,需要用砂輪打磨出3~4個直徑8~10cm的光面。
(2)采集野外數(shù)據(jù)
①低應變法實際上就是利用反射波來檢測樁的質(zhì)量,而反射波法效果的好壞與振源有很大關系,也就是說,不同的錘擊方式會形成不同的振源,從而造成差異巨大的曲線。通常情況下,要想獲得樁底反射信號,大錘適合于大樁,小錘適合于小樁,而長度較大的樁則適合于脈沖寬的擊振源。進行現(xiàn)場檢測時,應該具體情況具體分析,采取相應的擊振方式,對于疑點較多的樁,可以更換傳感器的位置進行對比分析,也可以使用多種擊振方式綜合分析,從而得出正確的結論。
②作為接受樁身反射信號的關鍵設備,傳感器性能的好壞對波形的采集質(zhì)量有著決定性作用,因此,選用合適類型的傳感器就顯得尤為重要,一般而言,選用輕型傳感器和電纜,有利于跟蹤響應,此外,傳感器的安裝也很重要,務必使樁體與傳感器緊密接觸,不要用手按傳感器,使用黃油可以有效提高傳感器的安裝質(zhì)量。力棒容易產(chǎn)生二次沖擊從而引起信號失真,為此,使用力棒敲擊樁頂時,不能損壞樁頂,最好對現(xiàn)場擊錘人員展開相應培訓,從而掌握敲擊質(zhì)量。
③選擇信號。前幾根樁的檢測可以為整個樁身的檢測提供一個大體印象,便于預測后面樁體的檢測質(zhì)量,從而提高檢測效率。樁身質(zhì)量不理想時,可以就地重復檢測,記錄兩次以上的檢測結果,進行對比分析。
(3)數(shù)據(jù)的分析處理
應力反射波法具有很多優(yōu)點,如費用小、方便快捷、測點廣等,成為當前使用的較為有效的樁基質(zhì)量檢測方法,但是自身也存在一些缺陷,其應用也受到了一定程度的限制。現(xiàn)就影響鉆孔、挖孔樁缺陷的因素進行分析。
①完整樁。樁體質(zhì)量好時,樁底反射信號明顯,反射波形光滑,波速正常。圖2顯示的是某一高速公路橋梁的完整鉆孔灌注樁,采用的是強度等級為C25的混凝土,樁長度為47.0m,樁的直徑為1.2m,波速為3960m/s。
②樁縮頸。樁使用鋼護筒時,有可能引起樁縮頸,從而形成假缺陷柱波形,下圖顯示的是一個直徑為1.4m的樁在2.9m處的縮頸特征,后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)原來是因為該樁使用了厚度為9cm的混凝土護筒,與樁混凝土澆筑在一起,從而使樁頂直徑增加到1.59m,因此在護筒底部形成縮頸。這類鋼護筒會在檢測曲線上形成較為明顯的缺陷反射,對缺陷的判斷形成誤導,因此,一定要進行綜合分析。
③樁發(fā)生斷裂時的反射。樁斷裂后,其波形曲線的波峰較為明顯,而柱底信號卻不明顯,可以根據(jù)樁的平均波速求得具體的斷樁位置。
④擴頸引起的反射。以某一工程為例,使用人工挖孔進行灌注樁的擴底,混凝土的設計強度為C30,樁的直徑為1.2m,長度為7m。采用低應變檢測技術檢測的波形圖如下圖所示,從圖中可以看出,5.9m位置出現(xiàn)了較為明顯的擴頸,在工程設計上屬于擴底位置,該位置已經(jīng)達到中風化巖層,較好的符合了工程實際情況。
三、低應變法的缺陷
低應變法在其使用過程中仍然存在一些問題,這也影響了其進一步的推廣應用。
(1)低應變法依賴于靜動對比系數(shù),為此需要根據(jù)不同的樁型條件和不同的地質(zhì)條件建立靜動對比系數(shù)數(shù)據(jù)庫,工作量巨大。
(2)難以定量分析。目前低應變法只能依靠工作人員的經(jīng)驗進行判斷,為此,研究人員一直致力于開發(fā)低應變波形的擬合分析方法,目前取得了一些進展,但是仍然需要進一步的開發(fā)研究。
(3)實際測量過程中,應力波的傳播會受到樁側土阻力尤其是動土阻力的影響,具體如下:
①缺陷反射波的幅值受到影響;
②應力波衰減速度大大增加;
③土阻力波的出現(xiàn),限制了樁可以測量的長度。一般樁基直徑不超過1.8m,可測樁長度為6-60cm時測量效果較好。
四、結語
低應變法比較適合于樁基的檢測,但是需要意識到的是各種樁基檢測方法都存在一些缺陷,為此,我們?nèi)匀恍枰粩嗯?,不斷提高樁基質(zhì)量檢測的準確性。
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關鍵詞:低應變檢測技術;樁基檢測;工作原理;運用情況
前 言
由于環(huán)境影響、土層性質(zhì)差異以及施工工藝的局限,對于樁基這種高隱蔽性的工程而言,要想確保其質(zhì)量達到標準是有一定困難的,施工過程中難免會出現(xiàn)離析、夾泥、縮頸、斷裂等缺陷,這些缺陷不同程度地影響了基樁的質(zhì)量進而影響到上部結構物的安全,因此對橋梁樁基予以檢測是相當必要的。只有借助樁基檢測技術真正了解樁基工程的具體情況,才能使樁基工程真正達到相關的質(zhì)量標準與安全標準。
1 樁基動力檢測技術的定義、分類及特點
樁基動力檢測技術是指采用鐵錘去重力擊打樁頂,借助傳感器去測量樁身的應力、應變,結合樁周土的具體情況并經(jīng)過分析、擬合去了解基樁的施工質(zhì)量及承載力的一種檢測手段。樁基動力檢測技術通常分為兩類,一類為高應變檢測技術,另一類為低應變檢測技術。其中高應變檢測技術是指擊打在樁頂上的作用力相對較大,導致所獲得的打擊作用力和原本方案設計中的預估極限值相差不大;一般而言,高應變檢測技術比較常用的幾種分析方法有動力打樁公式法、凱斯法、曲線擬合法等,其主要功能在于測試樁基的承載力。低應變檢測技術是指擊打在樁頂上的作用力非常小,應力波僅在樁身內(nèi)傳遞,不會導致樁周土松動。一般情況下,低應變檢測技術相當常用的幾種方法為應力波反射法、動力參數(shù)法以及水電效應法等,其主要功能在于測試樁基的完整性。由于樁基檢測技術具備著成本低廉、速度快、輕巧簡便且普及率廣的特點,使得其在橋梁工程領域中得到了廣泛使用。
2 低應變檢測技術
在樁基檢測技術的定義與分類中,我們了解到低應變檢測技術包含幾種常用的檢測方法,但最為常用的便是應力波反射法,本文筆者簡要介紹有關低應變反射波法的相關內(nèi)容,具體如下:
2.1 低應變反射波法的工作原理
應力反射波法就是借助應力波在樁身中的具體傳播與反射情況對樁基予以檢測的一種檢測手段,其具體工作原理是:因為樁基和樁身四周的土之間存在著不同的波阻抗差,一旦樁頂遭遇瞬間施力,其所激發(fā)的多數(shù)應力波都會在樁基內(nèi)進行傳播,傳播至樁頂以下1至2倍樁徑外可視為平面波,如果樁基中具備波阻抗差,那么這些應力波便會分成兩類,一種為反射波,另一種為透射波,此時,透射波接著往下傳播直至樁底返回,而反射波則會逆向傳播至樁頂,安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮艿叫畔?,針對這些信息,結合相關施工資料與檢測經(jīng)驗可判明該樁基是否達到了質(zhì)量與安全標準。
2.2 低應變檢測的準備工作
(1)對樁基工程的所有資料進行收集,比如該工程什么時候開工的;其工藝如何;混凝土強度怎么樣;樁身有多長等等,進行樁基檢測前必須對樁基的具體情況作充分的了解,盡可能打有準備之戰(zhàn),以防誤判。
(2)實地檢查樁基工程的具體情況,了解具體的施工工藝,現(xiàn)場應對樁頭作全盤觀察,看是否存在泥濘情況,并作簡單擊打,看看其潮濕度如何,是否清理到了堅硬的混凝土,了解樁頭的疏松度怎么樣,如果樁頭有泥濘情況或浮漿未清除徹底情況出現(xiàn),必須對其予以清理,確保樁頭清潔平整且完好。
(3)借助砂輪對樁基進行打磨,一般在普通的樁基檢測中必須打磨的光面為3~4個,且這些光面的直徑最好處于8~10cm左右,而且還需對那些露頭的鋼筋作簡單處理,令其往外側傾倒,如果鋼筋外露較長的,尤其是已經(jīng)綁扎好鋼筋籠的,為防止錘擊時鋼筋產(chǎn)生次生震蕩,可在鋼筋根部包裹土團或者砂團。之后,在光面上設置傳感器,確保安裝位置能真正檢測到全部的反射波信號。
(4)檢測時間的安排盡量是樁身已達到28d齡期,只有在相近齡期情況下檢測到的數(shù)據(jù)才可以用于分析樁基工程的整體質(zhì)量情況與安全水平,如果齡期相差較大,尤其有短齡期檢測的情況,其檢測結果不具備整體分析比較的條件,在筆者實際檢測工作中不到齡期檢測的情況是常遇的,這就需要結合地區(qū)檢測的經(jīng)驗來分析判斷。
2.3 數(shù)據(jù)收集
2.3.1 如何挑選震源與傳感器
要想借助反射波手段,一定得具備震源,如果擊打方式不同,主要是錘質(zhì)的不同,其所生成的作用曲線也會存在差異,可見,要想檢測到真正有用的反射信號,必須挑選最適宜的震源。通常情形下,橋梁樁基一般為長樁,其擊震源最好具備相當寬的脈沖,在實際工作中筆者基本采用的是尼龍質(zhì)的錘頭,效果良好。
2.3.2 如何挑選傳感器
對于樁基檢測技術而言,傳感器是收集信號最為核心的設備,因此我們不僅需選用質(zhì)地較好的傳感器,而且還需在設置時,使其和樁體緊密連接,以確保傳感器能夠接收到最為正確的波形曲線,便于數(shù)據(jù)分析。現(xiàn)在的低應變檢測基本都是采用加速度傳感器,筆者實際工作對于傳感器的安裝通常都采用橡皮泥,效果優(yōu)于黃油。
2.3.3 使用力棒(錘)時需掌握好力度與角度
在樁基低應變檢測中使用力棒(錘)時必須對擊打力度與角度予以全盤把握,盡可能使擊打力不會對反射波曲線形成影響,我們要求錘擊角度必須垂直,擊打力度可根據(jù)樁長情況適度調(diào)整,每次錘擊后必須迅速提錘,不能將錘壓在樁頭,一般情況下,應當提前對掄錘人員作相關的培訓指導。
3 數(shù)據(jù)處理
3.1 完整樁
當前,低應變反射波法還具備著一定的局限,還存在不少因素對轉、挖孔樁的缺陷反射情況形成一定的負面影響。通常完整樁基應當具備三方面因素,即:具備正常的波速、存在明確的樁底反射信號及波形曲線無缺陷信號。
3.2 考慮鋼護筒對曲線所形成的影響
橋梁樁基與建筑樁基的最大區(qū)別是施工的場地條件不一樣,橋梁樁基相當部分在水上施工,一般鋼護筒均沉的較深,少部分工地鋼護筒直徑大于樁徑,成樁后形成大頭樁,如此一來,便形成樁縮頸的情形,而反射波對于這一情況會當作缺陷反應在樁基檢測曲線中,因此,對于傳感器所收集的數(shù)據(jù)進行分析處理時,需特別注意,必須排除這一情況,以免誤判。
3.3 考慮鋼筋籠對曲線所形成的影響
如果樁身并非全部采用鋼筋籠,由于具備鋼筋籠的位置與不具備鋼筋籠的位置會形成不同的波阻抗差,那么其所形成的反射波曲線也會出現(xiàn)差異,一般情況下,由于具備鋼筋籠的位置所含有的鋼量大,因此其比不具備鋼筋籠的位置更易反應出其具體缺陷情況。
4 依據(jù)處理數(shù)據(jù)分析樁基具體情況
(1)分析整個樁基的完整度,依據(jù)施工工藝與地層情況對樁基的大致情況進行初步判斷;
(2)借助定量分析軟件去分析并判斷樁基是否存在缺陷,如果僅僅依靠肉眼觀察,其所獲數(shù)據(jù)與實際情況會相差非常大;
(3)對整個橋梁樁基工程中的所有檢測到的曲線予以分析,總結出該工地樁身所存在的相同點與差異處,根據(jù)分析所有樁身的具體情況去判斷整個樁基工程的具體情況。
5 低應變檢測技術存在的問題
低應變檢測技術在實際的檢測分析中仍舊需要借助檢測人員的實踐經(jīng)驗,對于深長樁的底部缺陷的檢測力所不能及,一般檢測長度不宜超過30m,同時樁身四周的土層情況對于反射波曲線也存在著一定的影響,因此在樁基工程中使用低應變檢測技術仍舊存在著一定的局限性。
6 結束語
綜上所述,對于樁基工程的檢測技術而言,盡管低應變檢測技術是一種使用范圍相對較廣的技術,方便快捷,成本較低,給橋梁工程領域帶來了極大的便利,但同時它在實際工作中仍舊存在著一定的不足之處,要求我們不斷對其進行總結改進,并進一步結合鉆芯取樣等手段使低應變檢測更為有效。