低应变法对不同龄期混凝土桩的测试对比分析

邓 华

中冶成都勘察研究总院有限公司

低应变法对不同龄期混凝土桩的测试对比分析

邓 华

中冶成都勘察研究总院有限公司

近年来，随着我国经济的快速发展，市政、建筑、交通基础设施建设在各地如火荼地进行，桩基础已成为我国市政、建筑和公路桥梁工程建设中最重要的基础形式，其质量直接关系到建筑物上部结构的整体安全，但由于基桩属隐蔽工程，其成桩施工质量与地质勘察报告的准确度、精确度、施工设备、施工队管理人员技术水平、现场经验等因素息息相关。因此在工程初始阶段桩基部分施工完成后应及时对桩身进行质量检测，及时发现缺陷，并采取补救措施就显得尤为重要。根据以往经验，混凝土强度越高、龄期越长意味着应力波传播的速度更大。但浇灌桩由于混凝土体积大，养护条件多种多样等诸多原因不能做到实测桩身的混凝土强度，因此比较龄期、强度、波速对低应变检测等方面有独特的指导意义。

基桩；低应变；混凝土强度

1、基本理论和假设

1.1 低应变法

桩身完整性检测方法多种多样，检测效果各有所长。这里主要以低应变法为研究对象。

桩完整性的反射波法检测技术是以一维弹性杆件波动理论为基础，通过桩顶锤击产生应力波，该应力波在沿桩身传播过程中，若桩身存在断桩、裂缝、严重离析、桩底沉渣等缺陷引起的波阻抗差异界面或桩身截面积发生变化时( 例扩径或缩径) ，将产生反射波，经接收放大，通过分析反射波的传播时间、波形特征和幅值判断基桩的完整性及桩身缺陷的类型、位置、影响程度。该方法最大的特点是检测费用低、快捷简便、效率高，能快速发现基桩重大质量缺陷，对桩基无损。但检测信号受多种条件影响( 例如桩身存在多处缺陷反射、地质条件影响、桩端持力层岩性、桩头的处理情况、桩身长径比等) ，不利于准确判别桩身质量和桩长。

1.2 混凝土强度与温度和龄期的关系

混凝土是人工制造的建筑材料，指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料，广泛应用于土木工程。

在正常养护的条件下，混凝土强度将随龄期的增长而不断发展，最初7～14d内强度发展较快，以后逐渐缓慢，28d达到设计强度，并根据28d抗压强度确定混凝土的强度等级。28d后强度仍在发展，其增长过程可延续数十年之久。

普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，混凝土强度的发展大致与其龄期的常用对数成正比关系(龄期不少于3d)：

fn / f28=lgn / lg28

式中 fn—nd龄期砼的抗压强度(MPa)；n—养护龄期(d)，n≥3。

根据上式，可以由所测砼早期强度，估算其28d龄期的强度。或者由砼的28d强度，推算28d前后砼达到某一强度需要的天数。但由于混凝土骨料、胶凝材料种类、水灰比、温度等条件不同，这些条件都是影响混凝土强度的因素，因此此式计算结果仅作参考。

根据上试得出C40混凝土各龄期对应的混凝土强度如下表(表1)：

表1

1.3 提出论点

由于桩身混凝土的波速并不是容易准确测得的，因此论证混凝土强度与应力波波速的关系。

2、不同龄期混凝土桩的低应变测试对比

本次实验地点为资阳市某再建工地。采用旋挖机在地层中钻取6m深，600mm直径孔。该孔进入的土层至上而下依次为0～2m为填土，2～3m为强风化砂岩，3～5m为中风化砂岩。清底后投入钢筋笼并浇灌C40混凝土。

待混凝土有一定强度后打磨桩顶，露出新鲜平整的混凝土表面。隔一定时间采用RS1616-K(P)动测仪对该桩进行数据采集。下图为该桩不同龄期的测试曲线。

(图1-龄期为3天)

(图2-龄期为5天)

(图3-龄期为6天)

(图4-龄期为10天)

(图5-龄期为14天)

(图6-龄期为21天)

表2

(图7-龄期为28天)

根据以上曲线体现的信息列出下表(表2)：

3、对比过程

根据表2中的对比情况，结合表1中龄期与混凝土强度的关系得到下表(表3)：

混凝土龄期(d) 波速(m/s) 预估混凝土强度(MPa) 3

将以上三列数据两两对比。

为更直观，

由表1绘制曲线为图8；

由表2绘制曲线为图9；

由表3中第二第三列绘制曲线为图10；

4、结论

根据以上论述得到了低应变检测中混凝土强度与应力波波速的大致关系复合正相关的结论。本次实验的结果数据由表3所示。

5、联想和不足

低应变技术检测桩身完整性已有多年历史，但由于桩身工艺不同，材料成分不同，地层条件不同，混凝土龄期不同等，使得检测工程师设置往往根据经验设置波速。通过本文的探讨可以更好的学习和比较相关问题。实验中有诸多不足之处，比如实验样本太少、实验条件(温度、天气、周围环境等)没有说明、龄期推断强度为经验公式计算等。因资金和时间有限，本文只例举了资阳市一个工地的工程桩情况，文中的数据也仅作为参考，旨在提出探讨的思维，作为工程师应举一反三，精益求精，保持科学严谨的态度。

(图8-混凝土强度与龄期关系)

(图9-混凝土龄期与波速的关系)

(图10-混凝土强度与波速的关系)

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014

[2]孙熙平，王元战，徐满意，彭志豪. 高桩码头基桩完整性检测技术研究综述[J]. 港工技术，2010，02：50-53.

[3] 化学工业出版社.张丰庆 《混凝土材料》 2015.08.01