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1、水电效应法无损检测桩基的原理及其应用方正忠陈夫钱树生?广东省水利水电科学研究所?前言随着城市高层建筑 的 大量兴建,要求基础支承的荷载日益增大,以及城锁中具有优良地基条件的场地减少,导致桩基工程迅速发展,现已成为高层建筑、自居舶码头、各种桥梁、拦河水闸,飞机跑道等建筑物的主要基础形式之一。因此,人们对打人硅 预制桩或各 种硷灌注桩的桩身质量优劣、承载力大小、桩的完整性及成桩后的硷强度如何 极为关注。近十 多年来,国 内许多专家、教授和工程技术人 员对桩的动测方法和侧试技术等进行了广泛、深人的研究。水电效应法是在学 习国内外已有桩基检测方法的基础上,结合我国工业 化水平和桩基类型多样化等具体情况
2、,针对各种硷灌注桩和预制桩的声学特性和工程特点 引进现代化 的新技术,各学科相互渗透而提 出的方法,因其具有能量大、设备轻便、侧试时 间短、试验费用低、不影响工期,可以进行普查等优点,自 ! #年月经 交通 部 对该方法通过部级鉴定 以来,在全 国近% 万一曰,?一“一 任上)习一合“了一 尝一5一电容器充电后的 电压?/一回路电感?.一回路总 电阻?口?1一回路电容?。一回路的园频率电容器中储存的 电能通过电极在水中释放,使电极附近的水汽化成高温、高压气团以波的形式向外传播,从而产 生 强大的冲击力。单位面 积 的脉冲压力可用下式近 似计算传播,这个速度为材料内声的速率。对于具有各种边界条件
3、有限长度的杆,波动方程的解可写成以下三角函数的形式。令。7。二: ?。9十甲?及27李井代人上式得有限长度桩的波动方程32二7= 6 ,6 6 ?其解为“二11=:2 2 ” 6 6 6 6 ,一? !?式巾纵向位移振幅,2刚度系数,4。纵向波速,。常数,由边界条件确定。对有限长度的柱 来说,位移振幅有以下各种情况。可由各自的端部条件确定其频率方程,求得频率,从而得到其纵向波速。? ?两端自由一打人在软弱 土 层中的桩(且 究。一乙7。万,4。一邵里一?一 ,幻 66 6 ?式中7会一振动主频率王桩长?%?一端自由,另一端固定桩尖打入硬持力层中,而上端为软土。二旦些三% 丁7旦竺生% 艺4。7
4、鲤?7,。,。?两端固定桩打人硬地 层,兀7业%落桩顶上有横系梁时。4。一兰丝 ?二,%,。 6。 。?6。 。?上端具有质量,下端自由一桩头已打好承台,桩关处于软弱地层。 策等7一=。 杀令鸯7票,7哭李里则上式可简化为李9_7一乡。”,人。山的川“,七。刀利用昌,”的关系图求得。?# ?上端具有质量,下端固定桩头已打好承台,桩尖打入 坚硬 地 层。“补。 要7。:鲁可简化为邑9_七二刀利用 乙,刀的关系 图求得。根据上述结果可判断柱身硷强度和完整性,并可推算缺陷所在 的位 置。6弹 性波在桩中的传播弹性波在桩身的传播是判 断桩基质量 的 主要依据,用 以解析桩身发生缺陷?断裂、6% %缩颈
5、、扩颈、离析 ?时弹性波在不同缺陷中传播的特征,是动力测桩的 一个重要问题。当介质中存在弹性不同的介质分界面图6波的反射和折射分别为时,不论纵波或横波入射到这分界面时,在分界面上就会引起波的反射 和折射现象,人射到这个界面的弹 性波的能量一部份反射回原来介质中,形成反射波另一部份则穿过界面传递到下 一个介质内,形成透射波?或称折射波?。假定上介质的密度和声速用、表示,下介质的密度和声速用,、,表示人射角用=表示,折射角用 鱼一宜3#3当打人土中的桩受一瞬时动力激励的纵波?轴向压缩波?人射到桩身某一断裂 面时,压缩波正人 射?嘿;666666666666 ? 表中标高均以桩顶为 /计。备注6 卿
6、?尸?6 钊?)同8 :?翩枷姗垅6 # 6 ! 6 & 6 6 6 & 6 & % 6 #& 6 呱卿# 6 & 6 狱%八曰一勺 一钊护(六卜 门钊 工+口户47!一 乃了 %八曰 口八曰+厅卜十卜、一 6卜几上比一八匕 几工 八竹。卜然琳7 飞一。勺白,4亡 , 八 ,占,上桩号桩径 / 5门迎宾桥南引桥墩州经济技术开发区一1一4 1404。8 +件+任+往八践%、丹匕% .述+8八水电二局新塘基 地宿舍 八曰省水电二局新塘基 地宿舍省水电二局新塘基地宿舍广州江南新村0一4工程广州江南新村0一?工程 八八 了 6月性口口4孟工,土卜! ? 几口 卜 口 几门了 +孟住 厅曰了一匀产勺一
7、6日(% 八一了山,!门4八44乙 八 &山勺(,(门土,曰 乙南海平洲石肯水船5闸广州穗宝床垫厂罗冲围厂, “珠海磨刀门?珠海磨刀 门4#?珠海磨刀 门#014一宾济二二二南南宝洲刀一迎经桩江江电电电平穗晓一州门验水水水州州海州房遍一淞介储湘蟾悄中犷辈?流! ! 月! 八目才八“八甘, ,#4 93镇江市滨江小区试验桩92 8, 镇江市滨江小区试验桩川镇江市滨江小区试验桩。911。24:。表中之容 许承载力二极限承载力、#。从表9所列对湖南大厦和 滨 江大厦分别抽蕊验证4 根和#根=对汕头国 际 金 融 大厦、梅山糖厂分别开挖各4根验证的结果准确的占: 8以上。可见,用水电 效应法检测桩基质
8、量,精度是足 够 的,方法是可靠的。在水电效应法与静载试验 进行承载力对比表05中,我们选 出两个典型工程进行分析6广州江南新村0一4幢,采用桩径0 :/的硷沉管灌注桩 基 础。桩是试验桩,柱长,2/,预计极限荷载为4 # ,水电效应检测其频谱多峰,主峰不突出,瞬态波形不规律,分析认 为其持力层软 弱,端部硷松 散,测算得容许承载力90 ,静荷载试 验加 荷 全1 时,沉降达攫。了/ /,无法稳定,卸荷 回弹系数“4 。与水电效应法测 试结果相符。#4 桩桩长80/,葵求静压至4# ,水电效应法检侧其频谱为单峰,瞬态波形成指数衰减,分析认 为该柱为完整桩,但桩体硷强度偏低,持力层软 弱=测算得
9、容许承载力 为9, =静荷载试验加 载至1# 时,总 沉降量超 过规范要求,卸荷回弹系数4 0了,两种方法检验结呆也是 一致的。广 州穗宝床垫厂 岁冲围厂房,基础为直径8米的钻孔灌注桩。设计承载力4 # 。工袱池质情况复杂,基岩为较 纯 的石 灰岩,溶蚀情 况普遍,溶洞内充填泥和中、细砂,有些部位 溶洞 顶岩 层较薄,处于极限稳定状 态,有的已失稳,造成上部第四纪地层架空。#,按熊目前的经验,在 这种地质情况下进行承载力测算是难度较大的,尚需研究其测算的标准,进行质量检验是不存在问 题的。本工程%卜桩,用水电效应法检测,断定在桩头以下:左右硷松散,测算其容许承载力为 % 9,静荷载试验得 单桩
10、容许承载力% &9,桩底没有遇上 溶洞。而% 桩?表中未列 出?用水电效应法检测其桩身硷质量较好,但 由于桩尖支承 在一 个岩 层较薄的溶洞上,采 用一般的承载力测算方法测算 的承载力则会产生较 大偏差。综上所 述,水电效应法侧算 容许承载力与静荷载试验对比,准确度可达 % 以上,最小误差仅 为。6,完全可 以满 足工 程要求。五结语?一?与一般动测法相比,水 电效应法具有明显的特点6对桩施加高压脉冲其能量 大,作用时 间短,似单位脉冲,在频率域内,&时为一 宽频 带,幅值变化不 大。施加激励比较方便,重 复性好。%6经 过水的滤波,桩的 响应信号中只有纵波 被留下来并被接收,其余剪切波 一概
11、滤除。6时 域信号经模数转换后,用 ,技术变换到频率域,得到自功率谱,即 可 清楚地看出桩的主 要频率成份。?二?从 理论和实践结果表明,采用水电效应法能够较准确的 算出桩基产生 缺陷 的位置及其破损 性质,这是极为重要的用它测算单桩 承载力,是能够基本满 足工程要求的,其精度和 准确性有待进一步 的提高。?三?水电效应法要求所侧桩数为工程总桩数的 &左右?不 少于#?,有足够的代表性,这样,它 在技术上的最大 优越性,是使得 用概率 统计方法确定桩承载力成为可能?“建筑结构设计统 一 标准”已要求用按可靠度“概率”设计方法来取代“定值”设计方法?。?四?鉴于水电效应法是一项科学 性较强 的技术,其测试的可靠 性 不仅取决于方法本身和 设 备的先进,而且很大 程度上取决于 测试人员的素质。因此,我们仍要 在工程实践中多进行动睁对比试 验,积累经验,6进 一步提 高测试水平。参考文献6桥梁地基基础 试验,卢世深、林亚超、王邦相编中国铁道 出版社!%6工程中的振动问题#6铁摩 辛柯66杨6小 韦孚著胡人礼译人民铁道出版社 !6波 形和频谱分析与随机数据处理应怀憔编著中国铁道 出版社 !#66桩的功测新技术徐枚在刘兴满主编中国建筑工 业出版社 !#6检验桩质量的水电效应法赵学动李达祥、张用谦6水电效应法桩维无损检测学术报告会论文广东省水利学会,广东省水利水电科学研究所
