高低应变法在巷道支柱检测中的运用

2017-03-13谢开武农洪河杨忠武

采矿技术 2017年1期

关键词：抗压变法支柱

谢开武，刘勇，农洪河，杨忠武

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南长沙 410116； 2.广西大学，广西南宁 530004)

高低应变法在巷道支柱检测中的运用

谢开武1，刘勇1，农洪河2，杨忠武2

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南长沙 410116； 2.广西大学，广西南宁 530004)

应力波检测通常用于建筑桩基，针对巷道支柱检测特点，尝试采用高低应变相结合的方式，用低应变法通过反射波法评价和判断巷道支柱结构的完整性，用高应变法通过沿支柱向下传播的高应力波判定支柱竖向抗压承载力的合理值，检测结果表明，适用性良好且快捷经济，值得推广。

应力波；反射；巷道支柱；承载力

0 引言

随着地下工程的发展，巷道中支柱的使用越来越普遍，支柱的质量逐渐引起人们的重视，其评价和判断需要对支柱进行有效科学的检测。对于巷道支柱，钻芯取样法、声波透射法已得到逐步推广和使用[1]。但钻芯只钻取了支柱中的一小部分，缺少代表性，不足以代表整个支柱；钻取试样的技术要求也很高，钻取的采取率、取芯长度必须得到保证；钻取也一定程度上对支柱造成损伤。声波透射法依据测得的剖面声学数据，筛选异常值后，求得波幅和声速的平均值，然后分析对比所得测点的数据与平均值，超过一定范围即认为该点存在缺陷。与其他检测方法相比，声波透射法检测有数据全面、监测精确，适用范围更广等特点[2]，但声波透射法也存在自身的不足，容易受到漫射、透射、反射等各种外界因素的干扰，影响检测的准确性。高低应变法的结合使用避开了传统检测实践中存在的弊端，且得到逐步推广。现代隧道工程中，巷道支柱和房屋桩基的结构有很大的相似性，高低应变用于隧道支柱检测十分具有创新性和适用性。低应变法通过应力波理论在测试对象中的传播特性，推断计算信号波的速度、频率，最终对支柱质量和整体性进行判断[3]，具有实施简便，成本经济的特点。高应变法根据实测曲线拟合法计算相等同静载下的承载力[4]，这种算法可以判定支柱竖向抗压承载力的合理值，可以发现支柱缝隙规模及接头是否存在缺陷，根据缺陷的类型，程度，规模等综合因素评价支柱的竖向抗压承载力[5]，是低应变法的补充验证手段。

1 现场工程地质概况

测试现场为南宁市江北引水干渠2#隧道，试验中检测支柱为6根。检测支柱为冲孔灌注桩，桩径为800 mm，单桩承载力特征值为2000 kN。混凝土强度等级为C25。设计以石灰岩③层作为桩端持力层，桩极限端阻力标准值为8000 kPa。

场地岩土工程特征经钻探揭示,土岩特征自上而下依次为种植土→素填土→粉质粘土→砂岩或砾岩，隧洞实体范围位于强～中风化的砂岩或砾岩中，所有钻探孔均钻入该层，并达桩端以下3倍桩径深度以上。南宁市江北引水干渠2#隧道(桩号K300+600～K400+350)属于浅埋隧洞，整个隧洞洞顶的覆盖层仅有7～16 m。而且2#隧道下穿南宁市绕城高速公路、邕隆二级路、民房、厂房等建筑物，隧道距民房最近的距离仅为5.24 m。

2 检测原理

2.1 低应变法

低应变法采用反射波法对巷道支柱结构完整性进行评定。经过在桩顶激发向下传播不同频率的应力波，在应力波经过桩身有裂痕等不完整的位置或者桩端时产生反射，由采集仪对信号进行数据转换，以曲线形式显示，该信号包含了应力波传播的各种信息；应力波在支柱内的异常介质环境下，所呈现的时域曲线会因抗阻条件的不同而出现异常的传播特性，结合南宁市江北引水干渠2#隧道的地质条件、桩的剖面特性和桩身的工艺特征对桩身结构完整性进行评价。

2.2 高应变法

通过在桩顶激发高应力波，使应力波随桩身向下发射，应力波受土阻力反射回桩顶，改变桩身质点运动速度。通过距桩顶1.5～2倍桩身直径处安设的应变和加速度传感器记录重锤自由下落时桩身的加速度和应力波形。根据力学模型及模型参数、检测的边界条件，用数值分析的方法求解桩顶受到的承载程度和应力波的速度曲线，通过实测曲线拟合法，由支柱的力学模型与静载试验参数，反算静载条件下支柱的承载力。

2.3 检测判断依据

依据《建筑巷道支柱检测技术规范》(JGJ106-2014)，检测桩身的完整性(见表1)。

表1 桩身完整性判定特征

3 试验过程

3.1 试验仪器

RS-1616K(P)巷道支柱动测仪1套，应变测量传感器2只，压电式加速度传感器2只，高应变适配器1只，加速度传感器1只，力棒、组合重锤及锤击装置等辅助设备1套。

3.2 测试过程及结果

3.2.1 低应变法检测

随机对南宁市江北引水干渠2#隧道6根桩进行完整性检测。现场的实测信号曲线中，1号桩和8号所显示的波速和波形具有代表性(见图1)。依据表1对现场记录的实测信号曲线进行分析判断，结果见表2。

表2 巷道支柱低应变法检测结果

图1 低应变时域曲线

3.2.2 高应变法检测单桩竖向抗压承载力

检测采用高应变法对6根桩进行测试，锤重采用40 kN重锺，落距为0.8～1.0 m。对测试桩实测的力和速度曲线比较有代表性的为11号桩(见图2)。采用武汉岩海工程技术开发公司提供的CCWAPC拟合法分析软件进行拟合分析计算，结果见图2。根据分析结果，判定各检测桩的承载力值见表3。

表3 巷道支柱高应变法检测结果

4 结论和建议

(1) 测试试验运用低应变法检测支柱6根，4根桩为I类桩，桩身完整，2根桩为II类桩，桩身有轻微缺陷，但不会影响支柱结构承载力的正常发挥。

(2) 高应变法检测6根支柱，根据高应变实测曲线拟合分析计算，判定所检测的各支柱竖向抗压极限承载力均大于设计要求的单桩竖向抗压承载力，为其特征值的2.0倍以上，和静载实验所得的测试值基本相同。

(3) 所检测隧道的支柱均经过钻芯取样法检验，经过检验后桩身的完整性和承载力均达到工程的规范要求。与钻芯取样法的结果相比，高低应变法可以得出一样的检测结果，说明其对地下隧道的支柱检测具有很强的适用性和可行性。同时高低应变法所用设备简便，检测费用经济，对于地下隧道支柱检测技术，高低应变法是一个新的途径和研究方向。