水利工程項(xiàng)目中樁基檢測的技術(shù)分析

楊寧

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-7529

摘? 要：樁基檢測對于水利工程項(xiàng)目質(zhì)量至關(guān)重要，目前應(yīng)用較為廣泛的檢測方法主要是高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、聲波透射法。雖然3種方法各有優(yōu)勢，但仍然需要根據(jù)具體的水利工程項(xiàng)目工況來選擇檢測方法。那么檢測技術(shù)的重要性不言而喻，且關(guān)系到水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量和進(jìn)度。鑒于此，根據(jù)既往水利工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了水利工程項(xiàng)目中樁基檢測常用技術(shù)分類，并以具體工程案例作為說明，希望對樁基檢測的技術(shù)廣泛應(yīng)用起到參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水利工程項(xiàng)目? 樁基檢測? 技術(shù)分析? 高應(yīng)變法? 聲波透射法

中圖分類號：TV553? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（a）-0047-03

Technical Analysis of Pile Foundation Inspection in Water Conservancy Project

YANG? Ning

（Sinohydro 12 Bureau Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang province， 311600? China）

Abstract： Pile foundation testing is very important for the quality of water conservancy projects. At present， the widely used testing methods are mainly high strain method， low strain method， and acoustic transmission method. Although the three methods have their own advantages， it is still necessary to choose the detection method according to the specific working conditions of the water conservancy project. So the importance of detection technology is self-evident， and related to the quality and progress of water conservancy projects. In view of this， according to the previous experience of hydraulic engineering projects， the common technology classification of pile foundation testing in hydraulic engineering projects is summarized， and specific engineering cases are taken as illustration， in the hope of providing reference and reference for the wide application of pile foundation testing technology.

Key Words： Water conservancy project; Pile foundation detection; Technical analysis; High strain method; Acoustic transmission method

在水利工程項(xiàng)目中，檢測樁基完整性或者是否存在質(zhì)量缺陷，是保證工程質(zhì)量的重要前提。但是由于缺乏檢測經(jīng)驗(yàn)，很多水利工程項(xiàng)目只能依次使用多種檢測方法，逐一排查樁基質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，不僅嚴(yán)重耽誤工時(shí)，而且檢測數(shù)據(jù)也很難最終校準(zhǔn)。為此，有必要深入探討水利工程項(xiàng)目中樁基檢測的技術(shù)應(yīng)用方法。

1? 水利工程項(xiàng)目中樁基檢測常用技術(shù)分類

1.1 高應(yīng)變法

高應(yīng)變法（Case或Capwape）是相對于靜載試驗(yàn)的動(dòng)力檢測，檢測成本更低，更適合對單樁豎向承載力和樁身完整性做出判斷[1]。其檢測流程通過對樁身頂部豎向加載達(dá)到樁身自重10%荷載，或者是對單樁附加1%的承載力，而后收集樁基動(dòng)力系數(shù)，對樁基承載力和速度變化做出曲線示意圖，最后計(jì)算出樁基豎向承載力，并最終判斷樁基質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)[2]。在水利工程項(xiàng)目中，多應(yīng)用高應(yīng)變動(dòng)測法來檢測高程摩擦型樁，但也因其工序繁瑣使用比例已經(jīng)大幅降低。

高應(yīng)變性方法的檢測試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)是目前用于我國檢測市場上一種檢測技術(shù)較為成熟的電量分析檢測系統(tǒng)，以巖聯(lián)yl-pdt高精度應(yīng)變法法檢測試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)為主要代表，主控控制單元系統(tǒng)是一種屬于低頻高功耗型的嵌入式工業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)靜態(tài)噪聲范圍<20μV（噪聲加速度范圍增大），<2μV（噪聲應(yīng)變計(jì)），動(dòng)態(tài)系統(tǒng)噪聲影響范圍增大≥100db。數(shù)據(jù)通道傳送模式通道選擇系統(tǒng)采用asusb2.0，可以將通道數(shù)據(jù)總數(shù)控制為5個(gè)加速通道（2個(gè)加速通道自動(dòng)加速度+2個(gè)手動(dòng)通道加速應(yīng)變、1個(gè)自動(dòng)通道加速應(yīng)變、低應(yīng)變1個(gè)通道）。同時(shí)前置傳感器口的加速度計(jì)、前置i/ic口的壓電驅(qū)動(dòng)加速度計(jì)、應(yīng)變條件環(huán)境的工作范圍溫度為-20℃～55℃，體積與部件重量參數(shù)僅分別為266mm×180mm×50mm與1.9kg。

1.2 低應(yīng)變法

低強(qiáng)度應(yīng)變彈性反射的方法由力錘對樁頂夯土建筑體系內(nèi)部施加一定的機(jī)械振動(dòng)激振元件f（t），使其內(nèi)樁的樁體質(zhì)量節(jié)點(diǎn)在其外樁體內(nèi)部受力壓迫面積上產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)并由此激振產(chǎn)生一個(gè)固體彈性傳播波沿其內(nèi)樁體受迫方向進(jìn)行傳播，其中一個(gè)傳播波為方程在1.5倍大的樁徑密度范圍外，樁內(nèi)樁體傳播的彈性波阻抗可以被直接視為一個(gè)固體平面彈性波，當(dāng)固體樁身內(nèi)部樁體存在某些彈性缺陷而直接造成樁體本身砼體的密度或橫截面積或反射波長發(fā)生變化時(shí)，必然地就會(huì)產(chǎn)生引起波阻抗的巨大差別，從而直接產(chǎn)生了彈性波的應(yīng)變反射和壓力疊加，這些反射信號被通過放置在一個(gè)樁頂上的壓力傳感器進(jìn)行接收，這個(gè)反射過程主要受益于樁的樁體彈性模量、土體剪切模量及樁頂夯土建筑體系機(jī)械剛度等諸多宏觀因素的直接影響[3]。

以名創(chuàng)mc-6360低應(yīng)變基樁檢測儀為例，主控單元全部采用低功耗的嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，選用低功耗供電的模式下，內(nèi)置一個(gè)高性能的復(fù)充鋰電池≥8h，顯示設(shè)備為8.4寸的真彩色液晶顯示屏，存儲容量范圍為16g ，采樣間距為5～65535μs，記錄的長度達(dá)到1024點(diǎn)采樣。標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識傳感器的辨率16位，ad系統(tǒng)的噪聲頻率小于30μV，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到了100db的信號帶寬以上，同時(shí)傳感器速度計(jì)和前置ic壓電式加速度計(jì)，在工作環(huán)境中溫度最好可以控制在-20℃～55℃。

1.3 聲波透射法

超聲波高頻透射試驗(yàn)法就是檢測砼砼樁身主體結(jié)構(gòu)功能完整性的主要技術(shù)，其基本原理主要功能是：由砼內(nèi)超聲波的脈沖聲波發(fā)射到來源于砼內(nèi)電流激發(fā)高頻波波彈性共振脈沖超聲波，并用砼內(nèi)超聲波高標(biāo)準(zhǔn)精度高頻接收控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄該高頻彈性共振脈沖超聲波在泵和砼內(nèi)快速傳播運(yùn)動(dòng)過程中所可能呈現(xiàn)的方向波動(dòng)變化特點(diǎn)[4]。同時(shí)當(dāng)缺陷砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在不連續(xù)或波波破損阻抗界面時(shí)，缺陷筋和砼內(nèi)部表面就會(huì)形成波阻抗應(yīng)力界面，波紋砼到達(dá)該阻抗界面時(shí)，產(chǎn)生超聲波的高頻透射和波波反射，使砼內(nèi)接收砼受到的波波透射量和能量強(qiáng)度得以得到明顯降低。

以大型超聲波無線透射基樁檢測技術(shù)裝置方法yl-psts為其實(shí)例，檢測裝置方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要參照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（jgj 106-2014）要求進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，適用于大型水利工程建設(shè)項(xiàng)目的大型建筑防水基樁并對超聲波無線透射技術(shù)檢測裝置方法的技術(shù)完整性進(jìn)行檢測[6]。設(shè)計(jì)適用于水利工程項(xiàng)目的基樁超聲波透射法完整性檢測。采用五通道獨(dú)立可控、自發(fā)自收的數(shù)據(jù)模塊，10個(gè)剖面測試跨距。對于混凝土的測試跨距超過10m，檢測數(shù)據(jù)保存超過400根試樁完整的測試數(shù)據(jù)，操作方式為觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)雙向自動(dòng)采樣計(jì)數(shù)，無線采樣間隔為0.05～65535μs記錄長度512/1024點(diǎn)，發(fā)射電壓分別為高、中、低三擋的選擇動(dòng)態(tài)值范圍應(yīng)大于100db。聲時(shí)頻帶準(zhǔn)確度≤0.1%，聲幅準(zhǔn)確度≤3%，發(fā)射脈寬為0.1～200μs連續(xù)調(diào)制可調(diào)頻帶寬度1～300khz。調(diào)查、搜集待檢工程和受檢樁施工相關(guān)技術(shù)信息及施工記錄，而后便可通過檢測設(shè)備獲取樁基完整性的檢測數(shù)據(jù)。

2? 水利工程項(xiàng)目中樁基檢測技術(shù)應(yīng)用案例分析

2.1 檢測對象

某隴海高速公路在建工程隧道跨越清水河大橋4-1#樁樁長25m，樁徑2m，鉆孔樁為灌注樁，混凝土預(yù)埋等級為一級c30，預(yù)埋樁裝有四根隧道聲動(dòng)性測試用鋼管?，F(xiàn)場質(zhì)量測試一般采用x-yl-pst（fs）方式進(jìn)行。根據(jù)樁身實(shí)測結(jié)構(gòu)波形的科學(xué)分析和綜合計(jì)算，依據(jù)檢測工程樁身實(shí)測結(jié)構(gòu)波形完整性進(jìn)行試驗(yàn)的檢測結(jié)果，并通過繪制被動(dòng)檢測工程樁身的一個(gè)實(shí)測結(jié)構(gòu)波形計(jì)算曲線，來準(zhǔn)確判斷其樁身的結(jié)構(gòu)完整性或者說所檢測到的結(jié)果表明是否存在有樁身質(zhì)量上的缺陷。測試結(jié)果要求輸出樁號、施工日期、測試日期、樁徑（mm）、樁長（m）、波速（m/s）、樁身完整性、樁基類別，來判斷樁身完整性或者是否存在質(zhì)量缺陷。測試結(jié)果要求輸出樁號、施工日期、測試日期、樁徑（mm）、樁長（m）、波速（m/s）、樁身完整性、樁基類別。

2.2 設(shè)置參數(shù)

將換能器和深度計(jì)數(shù)器連接到儀器上。換能器是通過孔底的深度計(jì)數(shù)器卡槽和孔口的滑輪安放到同一個(gè)孔底。打開儀器進(jìn)入初始接口。進(jìn)入選擇器的設(shè)置界面，對需要進(jìn)行選擇的參數(shù)進(jìn)行配置。測試的基本參數(shù)配備：（1）測試的基本資料配備設(shè)置，輸入的是樁號、樁長、初始深度、樁徑;（2）聲測管的信息，設(shè)定聲測管的數(shù)量、偏轉(zhuǎn)角;（3）通道的設(shè)定選擇測試通道，設(shè)定初始檢查深度、堵管，設(shè)定初始深度、堵管，剖面位置信息與設(shè)定輸入管距相同。

2.3 采集波形

首先，設(shè)置好之后就會(huì)進(jìn)入至到采集界面，點(diǎn)擊預(yù)采，察看接收機(jī)的連線狀態(tài)是否正常，儀器的參數(shù)配置是否適宜。其次，若無任何問題，進(jìn)行基礎(chǔ)樁文件的創(chuàng)建，文件名稱被默認(rèn)為前面設(shè)置的樁號，開始對換能器進(jìn)行一次提升和采集。再次，當(dāng)換能器提升的速度太快，將換能器重新回放至一個(gè)提示的深度，該接口就會(huì)逐漸消失，并且繼續(xù)朝著正常方向提升一個(gè)換能器。換能器自動(dòng)提升至一個(gè)管口，進(jìn)入保存界面后再點(diǎn)擊即可完成本次樁的采集。（1）可以在“設(shè)置”選項(xiàng)菜單中對各種工程樁位資料、基礎(chǔ)樁位技術(shù)資料、采集樁位技術(shù)操作規(guī)范等各種基礎(chǔ)樁位資料進(jìn)行設(shè)置。（2）可以通過實(shí)時(shí)結(jié)合可疑音頻觀察點(diǎn)，并結(jié)合音頻波形、音調(diào)、聲幅、psde、曲線、主題和頻度等等來實(shí)時(shí)進(jìn)行音頻波形圖像查看和數(shù)值分析。（3）分析直至找到分析全部結(jié)果剖面上的一個(gè)可疑點(diǎn)缺陷數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到全部分析結(jié)果輸出，進(jìn)行疑點(diǎn)缺陷的分析辨認(rèn)缺點(diǎn)標(biāo)識和分析結(jié)果點(diǎn)的完整性分析判別，保存分析結(jié)果數(shù)據(jù)檔案。

2.4 測試基本信息

根據(jù)實(shí)際施工流程記錄處理輸入的所有樁長、孔徑等各個(gè)施工參數(shù)。初始落地深度為從落地樁頂端正面落地到電力換能器頂端落地后的時(shí)間深度，初始落地深度應(yīng)不大于落地樁長。移距為移離是在泛指觀測相鄰兩個(gè)被動(dòng)觀測目標(biāo)點(diǎn)之間的直線豎向移動(dòng)距離，有10mm、20mm、50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、500mm、1000mm幾個(gè)簡單的移距下拉菜單設(shè)置選項(xiàng);一般情況要求按國際規(guī)范的移距設(shè)置，選擇≤100mm。聲測電線管的規(guī)格設(shè)定一般是依據(jù)建筑基樁上方的預(yù)埋聲測管的設(shè)計(jì)規(guī)格要求進(jìn)行。該測試儀器被一次配置到5通道，即一次最多至少可以進(jìn)行測試5管，但是如果測試超過5管，則儀器需要對其功能進(jìn)行多次的數(shù)據(jù)組合功能測試，再然后加上需要利用數(shù)據(jù)分析處理軟件對其功能進(jìn)行多次組合。通道的收發(fā)規(guī)律為：CH1發(fā)，CH2和CH4收;CH2發(fā)，CH3和 CH4收;CH3發(fā)，CH1和CH4收;CH1發(fā)，CH5收;CH2發(fā)，CH5收;CH3發(fā)，CH5收;CH4發(fā)，CH5收。對于三管或兩管的平測可以選擇3個(gè)通道或2個(gè)管來進(jìn)行測試。除此之外，當(dāng)聲測管發(fā)生堵塞不通時(shí)，可設(shè)置次選項(xiàng)，對堵管深度進(jìn)行標(biāo)記，該參數(shù)為測試深度減去管堵深度，即線纜上的深度數(shù)字，填入該參數(shù)，此時(shí)采集過程將忽略堵管深度內(nèi)的聲測信息。

3? 結(jié)語

綜上所述，在水利工程項(xiàng)目中，樁基檢測常用技術(shù)主要是高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、聲波透射法。由于水利工程項(xiàng)目較為復(fù)雜，需要根據(jù)具體的實(shí)踐工況來選擇樁基檢測方式。首先應(yīng)當(dāng)明確檢測對象的相關(guān)參數(shù)，而后數(shù)據(jù)采集波形做出客觀分析，在讀取了測試基本信息后，對樁基完整性做出客觀判斷，規(guī)避樁基質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高檢測精準(zhǔn)度和實(shí)效性。

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