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建筑物桩基检测技术研究

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《广州建筑杂志》2014年第二期

1既有建筑物下桩基检测技术研究

(1)平行地震波法平行地震波法(ParallelSeismicTest)是国外学者提出的一种有效检测既有建筑物基桩完整性和长度的方法,属于地震测井的一种方法,最先在法国得到应用。陈龙珠教授对这一方法进行了引进与追踪研究,在我国称之为“旁孔透射波法”。平行地震波法是将钻孔套管放在待检测的桩基附近,套管与周围土体紧密结合,同时套管内注满清水,水听检波器在套管内检测由桩基顶部敲击所产生的P波,绘制P波首先达到不同点的深度与时间曲线,由图形曲线可分析桩身长度和完整性。检测示意图见图2。黄大治等人采用平行地震波法检测既有建筑物桩基质量,并采用三维有限元分析饱和土、非饱和土地基中完整桩和缺陷桩的透射波信号。但该法在广东地区的适用性还需进一步检验。浙江省建筑科学设计研究院吴宝杰等利用平行震波法对既有建筑物下基桩的质量进行检测,取得了初步成功,但后续波与桩身质量和桩底深度的对应关系,波速与桩身质量、周围各土层关系等还不成熟,需进一步研究。

(2)双速度法双速度法的提出是为了解决上下行波相互干扰的问题,沿桩身布置两个加速度传感器测取两点应变,如图3所示,可分离桩身上行波和下行波,通过应变和速度的关系,得到了下行波的计算公式,可不依赖实际桩长,计算出桩身纵波波速,检验桩长。同时对于上部已施工承台的桩基形式,有效克服了上部结构变截面处的干扰。唐勇通过16根有承台和无承台模型桩的单速度和双速度测试结果证明,双速度法应用于既有建筑物桩基检测具有很好的效果。目前已有仪器和软件支持双通道测量并可自行计算出上行波。工程应用中也出现过布置多道传感器的形式,但仍处于双速度法的范畴,理论上没有更进一步。双速度法的优点在于可有效分离出上下行波,减少由于承台等上部结构带来的干扰,能做到无损检测。缺点是传感器的安装需要一定的桩身出露距离,同时传感器的间距、安装、敲击点的选择、桩身的平整度影响等一系列问题尚需不断总结经验,方可应用于实际工程检测。

(3)横波法一维纵波理论在大直径桩中由于三维效应而不成立,北卡罗来纳州在1983年针对该问题提出了横波检测技术,其理论依据是桩身弯曲波能量的频散。在桩侧施加横向激励,利用弯曲能量波代替常规的压缩波,弯曲波同时向上和向下传播,通过速度计记录波速并利用时域分析得到结果。横波法有效地减弱了桩径的影响,解决了大直径桩中的三维效应问题,使动测法不局限于一维杆系理论。其缺点是适用性不强,只适用于软土上的短桩,且目前大多停留在实验阶段,工程应用实例较少。

(4)桩长增量逼近法桩长增量逼近法是利用有限元模拟实际上部结构和初始假定桩长时的动态反应,通过有限元模拟曲线与实际低应变法检测曲线对比分析,减去上部结构影响,得到“剩余反应曲线”。当模拟桩长与实际桩长接近时“剩余反应曲线”发生明显变化,可确定桩长区间,同样原理可用于定位缺陷。桩长增量逼近法示意见图4。桩长增量逼近法对数值模拟的精度要求很高,有限元模拟几乎很难达到实际情况,该方法距离实际应用还有较大距离。其他检测方法还包括机械阻抗法、纵阻抗剖分析法、动力参数识别法等,但大多是理论上可行,实际应用很困难,还有待进一步研究。众多学者对当前的检测方法进行了改良试验,如国内方面徐攸在对天津港码头的30m长的桩分别进行了有无梁板的试验研究,探讨了上部结构对桩身检测曲线的影响,同时对不同激励位置,各种手锤材质对桩的振动速度曲线的影响进行了分析,提出了采用小应变法检测码头桩应注意的问题。姜卫方提出上行波遇到上部结构发生反射,在时域曲线上表现为扩颈反应,后正常沿桩身衰减的理论假设,为此进行了不同敲击位置和传感器接收位置的对比试验,总结了一套应用于具有上部结构的桩基检测方法,但应用于实际尚需进一步检验和完善。翁有法等提出了既有结构桩身完整性检测的基桩前期处理方法,采用顶置式传感器,桩侧激振,推荐激振平面和传感器的安装平面在桩身的同一高度,离桩顶(承台、梁板底面)的距离宜为2~3倍桩径。同时提出了实测波形的判读原则,具有一定的参考意义。数值试验方面,柴华友模拟了应力波在平台-桩系统的传播过程,提出了两测点测量方法,在桩顶和桩侧布设传感器,通过滤波和波形比较等方法,综合确定桩身完整性。同时采用AN-SYS-DYNA对设想进行了验证。彭志豪等分别建立了有无梁板式码头的群桩模型,采用ANSYS-DYNA分析了不同面板尺寸,以及不同激振点和传感器接收点对桩身内波速传播影响的数值试验。季勇志基于三维导波理论,分析研究了码头桩基在桩顶固连和非固连两种结构形式下的无损检测方法,对比研究了纵波和横波在无损检测中的优劣,认为横波可以有效地避开上部结构的干扰。动测信号数据处理也是研究的重点内容,天津大学孙熙平、王元战等人指出,利用小波分解的分析方法来解决高桩码头基桩检测问题是一种很好的思路。李学军提出了一种对多次激振后的检测信号进行数据加权融合的处理技术,对有效信号的识别和判断有较好的效果。

2结语

目前传统的单桩检测方法仍是既有建筑物桩基检测方法与试验研究的重点,后续研究可在激振位置、激振方式以及传感器放置等方面寻找最优检测手段,同时加强对检测信号数据的分析过滤研究,提高检测信号识别精度。笔者认为,由于单桩检测技术比较成熟,综合考虑费用低廉、操作简便、无损检测等特点和要求,把已有的检测技术进行改进以适用于具有上部结构的单桩检测,仍是当前的主要研究方向。数值模拟方法在检测方案的对比、试验数据的获取、时间费用费方面,比现场试验有较大优势,可进一步完善数值建模理论,探讨检测方案的有效性。基于桩顶自由的单桩检测技术无论在理论上还是工程应用中都已较成熟,而对于既有建筑物桩基检测由于上部结构的干扰和环境的制约,传统的低应变反射波法检测结果不尽如人意。找到适用于含上部结构的桩基检测方法已成为工程界日益关心的问题。本文介绍的既有建筑物桩基检测方法具有很好的工程实用价值,值得深入研究和进一步推广。

作者:张程林胡贺松戚玉亮单位:广州市建筑科学研究院有限公司

广州建筑杂志责任编辑:田老师    阅读:人次