低應變反射波法檢測樁身完整性以其輕便、快捷、無損、經濟、可靠等優點,被廣泛應用於預製樁、小直徑灌注樁的樁身質量檢測上。在通常的測試過程中,一般由委託方提供樁長。但在實際工程中,有些業主、設計、監理等單位或質監部門也明確提出要對樁身長度進行驗證性檢測。
本文主要對低應變動測技術確定樁長的方法進行探討。
01 擬採用的測試方法和理論計算公式
傳統的反射波法在確定樁身長度時往往會遇到很多問題,在樁長和應力波速都未知的情況下很難通過時域內的反射波曲線來確定出樁身的具體長度,並且存在著一維縱波波速測不準的現象。
這些都成為通常的反射波法檢測中需要解決的冋題,這裡擬從改進檢測手段的試驗方法入手對樁長的確定做一種嘗試,以達到更為準確校核樁長的目的。現從4個方面對樁長確定的試驗方法提出探討。
1)計算方法一
如圖1,擬在樁頂和離樁L1處同時安裝兩個傳感器,根據聖維南原理應力波的傳遞在離樁頂處較遠處沒有顯著的變化,因此選定在離樁頂1-2d(d為樁的直徑)處作為放置傳感器的位置,根據波動理論,從理論上可知,當在樁頂激發時,樁頂處傳感器接收到第一個信號峰值,經過時間T後在L1處的傳感器接受到第二個信號峰值,利用L1和T這兩個數值可以推算出離樁頂L1處這段樁身的應力波速值vi=L1/T,假設v1=v(v為整樁的應力波波速),就可以利用樁長公式計算出樁長:
2)計算方法二
根據應力波在樁身中的傳播機理,從理論上可知,當在樁身L1處安裝傳感器時,應力波經過L1這段長度後傳感器接收到第一個應力波,然後應力波繼續向樁底傳遞,到達後反射至傳感器,接收到第一次回波。接著應力波繼續向樁頂傳播,再由樁頂反射回來,此時傳感器接收到第二次回波(見圖2)。
波在L1內的傳播速度為v1=2L1/T1,假設v1=v(v為整樁的應力波波速),則樁長:
3)計算方法三
若由於能量的衰減,在離樁頂L1處安裝傳感器時,未能獲得第二次回波的情況下,則可以將一個傳感器分兩次,第一次安裝在離樁頂L1處,獲得速度響應波形,第二次安裝在樁頂,獲得響應的速度響應波形從而得到波在整樁中的運行時間(圖3)。
根據應力波在樁身中的傳播機理,從理論上可知,當在樁身L1處安裝傳感器時,應力波經過L1這段長度後傳感器接收到第一個應力波,然後應力波繼續向樁底傳遞,到達後反射至傳感器,接收到第一次回波,耗時T2,則波在L1內的運行時間為T1=T-T2,如圖4。
波在L1內的傳播速度為
假設v1=v(v為整樁的應力波波速),則樁長:
4)計算方法四
實際中,影響樁身波速值的因素有很多,混凝土的強度、彈性模量齡期等都會影響波速,並且樁身存在不均勻性,波速在樁身傳播不是固定值,因此,理論上用樁的平均波速來計算樁的長度是最精確的。
如圖5,波在經歷了樁身的傳播後,一般波速是變小的,用傳播時間來表示即︰T頂<T側,ΔT=T側-T頂,ABA1O1為兩個傳感器所測得的共同區間,所測時間相等:
02 誤差分析
從各種方法的公式中可以看出,樁長是時間函數和L1的乘積,因此,時間的截取對樁長的影響較大,在對波形的識別時應儘量熟練和精確。
03 結論及建議
利用新的計算方法可以提供理論根據,定量的算出樁長,當然,這些計算方法還有待於進一步探討,還需要在今後的實際工程中不斷用實踐來檢驗和完善,從而提高計算樁長的準確度。另外,在波速確定的情況下,對於確定樁基缺陷的位置可以給出更精確的數值,這對於樁基檢測是十分有利的。