21基桩检测中反射波波速与声波波速的差异探讨

21基桩检测中反射波波速与声波波速的差异探讨 21基桩检测中反射波波速与声波波速的差 异探讨 广东建材2008年第8期检测与监理 21基桩检测中反射波波速 与声波波速的差异探讨 刘永东(广东省工程勘察院) 摘要:本文主要探讨了利用反射波和声波在工程检测中测试相同物体时的波速 差异问题,并作了 产生波速差异的原因分析. 关键词:反射波波速;声波波速;边界条件;频率;测试距离 1引言 在基桩检测中,低应变反射波法和声波透射法是工 程桩质量普查最主要的两种手段,在广州地区的各类工 程建设中,只要涉及到大型灌注桩的工地都要用到此两 种方法进行桩身完整性普查,因此它们各有各的特点, 对工程桩缺陷位置的判定基本吻合,均能达到良好的效 果.但在实际检测中,我们经常会碰到同一根灌注桩若 用低应变反射波法和声波透射法同时进行验证时,两种 方法的波速往往是不相同的,而且还存在比较大的差 异.鉴于两种方法的波均为机械波,波的传播方式和传 播媒介也完全相同,但传播的速度却产生了很大的差 异,比如桩身强度等级为C25的混凝土,用反射波法测 试的反射波速度往往在3800m/s左右,而用声波透射法 测试的声波波速往往能达到4200m/s左右;若是C30的 混凝土,反射波波速一般约为3900m/s,而声波波速约 为4300m/s,相差却是如此之大,为什么会产生这种差 异昵?下面将进行主要原因探讨. 2波动方程 波的运动是有规律的,而描述这种运动规律经常用 到波动方程,所谓的波动方程就是描述波在介质中任意 一 个质点的位移随该质点的空间位置和时间变化规律 的数学物理方程.根据物理学的波动理论,波的波动方 程为: yAcos?) 式中y为质点的位移,A为质点振幅,?为圆频率, t为时间,v为传播速度.由波动方程可知,波的振动规 律是以余弦函数为基础运动的,所以波的运动是有周期 性的运动,周期为T,而波在一个T内所传播的距离就 为波长入,它们之间的关系是: 入=vT 由于频率f是周期T的倒数,所以 入=一V f 波长入,频率f是纵波固有的物理特性,是影响波 传播速度的内在因素,而外在因素则是传播介质的属 性. 3波速差异分析 3.1波传播的边界条件 波在混凝土中的传播速度与波的波长和与波垂直 的混凝土的横向尺寸等因素是密切相关的,所以纵波在 混凝土传播速度的边界条件就是混凝土的横向尺寸与 波长的比值,如果比值越大,那么波的传播速度就越快, 如果比值越小,那么波的传播速度也就越慢.低应变反 射波法中波是沿着桩长的方向传播的,因此横向尺寸就 一n 2 是桩身的横截面积,即s=;而声波透射法中波是 沿着桩径方向传播的,因此横向尺寸就是一个矩形面 积,即Ss=Ld.比较S.与S得=粤,由于d比D稍微 FD 小一些,但相差不大,一般4d比D稍微大一些,在此 认为近似相等,而L则远远大于D,那么S.要远远大于 S,如图l所示. 比较波长大小,低应变反射波法波的波长入是以 米来量级的,而声波透射法中波的波长入.是以厘米来 量级的,这样入要比入.大得多. 根据波动理论,由波在介质中的波动方程推导出的 波在介质中的波速:在无限大固体介质中传播的纵波波 速为V,/}’,此时的波速可以认为 一 163— 检测与监理广东建材2008年第8期 图1声波和反射波的传播的横截面积 是体波波速;在细长杆(横向尺寸远小于波长)中纵波波 r1一 速为V.=,/?,此时的波速可以认为是杆件波速,体V 波波速要大于杆件波速.声波透射法S远远大于入, 可以把声波波速看成是体波波速;反射波法S与入相 当,甚至比入要小得多,可以把反射波波速看成是杆 件波速.在实际工程当中,桩长L要远大于桩径D,或者 是L/D要远远大于1,所以S要远小于S. 综合比较反射波法的sF/入与声波透射法的 sJ入,则可以得到SF/入要远远小于S./入.,所以这是 声波波速要比反射波波速大得多的最基本的因素. 3.2波的频率 低应变反射波和声波都含有多种频率成分的纵波, 根据波动理论,频率高的波的传播速度要比频率低的波 的传播速度快. 因为入要远大于入,所以低应变反射波法中波 的频率f要比声波透射法中波的频率f.低得多. 在工程检测中,一般声波法所用的谐振波频率为 30”50kHz,而反射波法用的激振频率一般都在2000Hz 以下,往往都是几百Hz左右,甚至更小.因此,这也是反 射波波速要比声波波速低的主要因素之一. 3.3测试距离 反射波的传播是在桩项受到激振后产生应力波信 号,应力波沿着桩身向下传播到达桩端后被桩端反射后 又沿着桩身向上传播到达桩顶,然后由传感器接收到反 射波信号,传播结束,因此,反射波的传播距离XF是2 倍的桩长,即2L.而声波的传播是由发射换能器在声测 管中发射声波信号,声波沿着桩径方向传播到达另一声 测管,被接收换能器接收到声波信号,传播结束,因此声 波的传播距离Xs为d,比桩径D略小,如图2所示. 随着波的传播距离的增大,主频会逐渐降低,由传 感器测得的时间也相应比短距离的大,从而波速也就变 —— 164—— ,/ ,r I / 图2声波和反射波的传播路径 小. 由此可见,反射波传播的距离要比声波传播的距离 要大得多,那么这也是反射波波速也就比声波波速要低 的一个因素. 4工程实例分析 图3和图4是广州市某工地Zl-12#工程桩的声波 曲线和反射波曲线图,本工程桩的桩身混凝土的设计强 度等级为C30,有效桩长L为23.40m,桩径D为 lO00mm,灌注日期为2007年11月29日,测试日期为 2008年O3月28日,声测管的距离d为780mm. 图3反射波曲线 托捌尺曲舞?A-艟号n-12[~经llootI潮试日期I.05.? cf桩长f23柏-I灌注目j啊}2o..1舯O设计}争1{.s 坶值界僵I标il羞I鼻”I煮漩遮4.296I4.115l?l跏78.0I/2.0It,Itl,飚寅铡鳢,一 声瓣生舞L缝鹫捌一跏寅谢睦一一镇?峨舁缝,栅蛾, ‘盘盎 图4声波曲线 反射波传播的横截面积SF=O.785m,声波波传播的 横截面积Ss=18.252m2;反射波法使用的传感器的频率 f为2kHz,声波透射法使用的换能器的频率f.为 45kHz;反射波法的测试距离Xv=46.80m,声波透射法的 测试距离X=0.78m. 广东建材2008年第8期检测与监理 泥浆护壁冲孔灌注桩工程施工监理 庞钢成 摘要:阐述泥浆护壁孔灌注桩工程的特点及其施工监理的关键,并结合工程实例, 提出在其施工 中应抓好持力层确认,沉渣检查,岩溶地层处理,主筋保护层,混凝土浇灌,桩项超 灌量,桩底后注浆等 七个方面质量控制的监理工作. 关键词:泥浆护壁冲孔灌注桩;质量控制;施工监理 随着社会经济的迅速发展,建筑越来越成为城市一 道靓丽的风景线,高层建筑在城市中不断地涌现.桩基 础通常作为高层建筑的地基处理方法,而泥浆护壁冲孔 灌注桩施工工艺相当成熟,初广泛采用. 1泥浆护壁中孔灌注桩的施工特点 1.1相对独立性 泥浆护壁冲孔灌注桩施工应该说具有其相对的独 立性,但必须承受上部结构传递的全部荷载,与上部结 构保持一致.随着社会分工越来越细,泥浆护壁冲孔灌 注桩的施工更显出其专业性,一般会由专业的岩土工程 单位完成. 1.2施工工期短,质量要求高 泥浆护壁冲孔灌注桩的施工因其自身特点造成工 期一般较短.为保证上部结构的安全,质量标准高,必须 集中大量人,财,物力和桩机等施工机械,必须加强施工 组织管理. 1.3施工工艺多且复杂 泥浆护壁冲孔灌注桩的施工工艺主要包括成孔及 清孔,泥浆护壁,钢筋笼制作及安装,混凝土拌制及灌底 后注浆等5大工序.由于大部分工序均在水下进行,无 法直接进行观察.各工序复杂,连续紧凑且持续时问长. 1.4耗工多,造价高 据统计资料,桩基础一般占工程部造价的20%, 30%.泥浆护壁冲孔灌注桩虽然采用冲击桩机成孔,但工 人的劳动强度还很大,耗工还很多. 2做好泥浆护壁冲孔灌注桩工程施工监 理是关键 2.1加强组织协调工作 项目总监理工程师的组织协调能力在工程管理中 起着举足轻重的作用.在第一次工地会议上总监理工程 师一定要明确监理工作程序和工作方法,并对工程资料 和工程现场管理通过监理交底的形式向业主和施工单 位阐述清楚.通过第一次工地会议及往后的工地监理例 会,协调解决工程存在的问题和沟通上存在的差异.同 时加强与施工单位的项目经理和技术负责人等管理人 员的沟通,使其理解监理工作的特点,做好事前控制,预 防为主的灌输工作,以争取施工单位理解. 2.2施工监理过程中质量控制的监理工作 施工过程是工程质量控制最重要也是最繁杂的一 个环节.结合工程实例,提出在泥浆护壁冲孔灌注桩工 程施工监理过程中应抓好质量控制的监理工作. 2.2.i首先要抓住施工工艺程序 对场地平整一桩位放线,开挖浆池,浆沟一护筒埋 设一桩机就位,孔位校正一冲击造孔,泥浆循环,清除废 从图3和图4可以看出,实测反射波波速V为 3900m/s,实测声波波速V.为4298m/s.由于受边界条 件,波的频率和测试距离的共同影响,声波波速的确比 反射波波速要高. 5结束语 在检测相同属性的物体时,反射波波速与声波波速 存在差异是一种正常的物理现象,这是因为它们受传播 介质的边界条件,波的频率和测试距离的影响引起的, 这种差异并不影响各自的测试效果.? 【参考文献】 [i]张达宋等.物理学基本教程.北京:高等教育出版社,1995. [2]JGJ106—2003,建筑基桩检测技术规程. 一 165—