《基桩低应变检测》PPT课件.ppt

第4章基桩低应变检测,2013年吉林省地基基础工程质量检测培训,潘殿琦 教授 2013年8月,主要内容,4.1 概述 4.2 基本理论和原理 4.3 仪器设备 4.4 测试技术 4.5 现场检测方法 4.6 数据处理 4.7 报告编写 4.8 工程实例分析,一、低应变法,4.1 概述,采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。,二、方法适用 范围,检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。,三、反射波法,4.1 概述,低应变法等国内外普遍采用的瞬态冲击方法，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，基于一维波动理论分析来判定基桩的完整性，称之为反射波法（或瞬态时域分析法）,一、应力波,4.2 基本理论和原理,当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。,波阻抗是桩横截面积、材料密度和弹性模量的函数,：密度；c：应力波速；A：桩横截面积；E：桩的弹性模量; 一维直杆：dL的杆件,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,手锤锤击桩端面。,（1）振源,桩L远大于桩径D。一维直杆,（2）传播介质：,应力波以锤击点为中心半球向外传播，当应力波传播至桩身一定距离S后（一般S1D-2D），波振面才近似为平面。此时手锤锤击桩端认为是应力波在一维杆件中竖直方向传播 。,（3）传播：,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（4）一维杆应力波波动方程,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（5）应力波在自由端完整桩中的传播,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（5）应力波在自由端完整桩中的传播,入射波与反射波同相,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（5）应力波在自由端完整桩中的传播,桩在自由端,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（6）应力波在固定端完整桩中的传播,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（6）应力波在固定端完整桩中的传播,入射波与反射波反相,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（6）应力波在固定端完整桩中的传播,桩嵌岩,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（7）应力波在波阻抗减小桩中的传播,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（7）应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩截面减小,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（7）应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩缩径,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（8）应力波在波阻抗增大桩中的传播,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（8）应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩截面增大并嵌岩,二、应力波在桩中的传播,4.2 基本理论和原理,（8）应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩扩径,三、检测原理,4.2 基本理论和原理,（1）检测原理,利用应力波在桩中传播时，当桩身的波阻抗发生变化会产生反射的原理，通过分析反射波的幅值、相位、到达时间，得出桩缺陷的大小、性质、位置等信息，最终对桩基的完整性给予评价,三、检测原理,4.2 基本理论和原理,（2）引起反射波的原因,截面发生变化,桩底,夹泥,混凝土质量变化,离析,土层变化,三、检测原理,4.2 基本理论和原理,（3）低应变所能检测到的现象,三、检测原理,4.2 基本理论和原理,（4）低应变不能检测到的现象,四、低应变检测的优点,4.2 基本理论和原理,（1）快速检测方法（50-200根/日）,（2）准备简便,（3）操作简单,（4）经验丰富,五、低应变检测的局限,4.2 基本理论和原理,（1）不能提供单桩承载力,（2）对小缺陷灵敏度不高,（3）无法检测桩底沉渣,一、检测系统,4.3 仪器设备,测量部分,激振设备,计算部分,信号采集分析仪,一、检测系统,4.3 仪器设备,一、检测系统,4.3 仪器设备,记录仪 采集仪 手锤 传感器,一、检测系统,4.3 仪器设备,FDP204(B)掌上动测仪,一、检测系统,4.3 仪器设备,加速度计,适调器,S/H采 保器,A/变换器,触发器,力传感器,锤,传感器,基桩,回声法软件,二、激振设备,4.3 仪器设备,选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲。宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。,二、激振设备,4.3 仪器设备,三、测量部分,4.3 仪器设备,电荷放大器,加速度传感器,滤波器,程控指数增益放大器,三、测量部分,4.3 仪器设备,（1）传感器,传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。,1）加速度传感器技术指标,电压灵敏度应大于100mV/g,电荷灵敏度应大于20PC/g,上限频率不应小于5kHz，安装谐振频率不应小于6kHz,量程应大于100g,三、测量部分,4.3 仪器设备,（1）传感器,2）速度传感器技术指标,固有谐振频率不应大于30Hz,灵敏度应大于200mV/cms-1,上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应小于1.5kHz,三、测量部分,4.3 仪器设备,（2）电荷放大器,技术指标,测量模式加速度,灵敏度调节可调,灵敏度增益110mV/pC,20dB,总频率范围1200kHz,四、采集部分,4.3 仪器设备,模数转换器（A/D),采样保持器（S/H),程控放大器,触发器,四、采集部分,4.3 仪器设备,（1）采样保持器（S/H）,技术指标,精度0.01%0.02%,采样频率100kHz（单通道）,（2）模数转换器（A/D）,技术指标,位数12位,动态70120dB,幅值精度优于0.02%（0.2dB）,四、采集部分,4.3 仪器设备,（3）程控放大器,技术指标,指数型exi（增益为时间的指数函数）,（4）触发器,技术指标,触发模式信号触发（软或硬）,触发延迟超前、滞后,线性,五、计算部分,4.3 仪器设备,在一般PC机上运行，所配打印机能在信号回放处理时使用。,五、计算部分,4.3 仪器设备,主操作界面,五、计算部分,4.3 仪器设备,设置界面,五、计算部分,4.3 仪器设备,打印高级设置界面,五、计算部分,4.4 测试技术,波形处理界面,五、计算部分,4.4 测试技术,打印信息预览界面,五、计算部分,4.3 仪器设备,打印信息预览界面,4.3 仪器设备,RSM24FD分体机,4.3 仪器设备,RSM24FDN一体机,一、受检桩规定,4.4 测试技术,（1）当采用低应变或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。,（2）桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。,（3）桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。,二、测试参数规定,4.4 测试技术,（1）时域信号记录的时间段长度应在 2L/c 时刻后延续不少于 5ms ；幅频信号分析的频率范围上限不应小于 2000Hz。,（2）设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。,（3）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。,（4）采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于 1024 点。,（5）传感器的设定值应按计量检定结果设定。,三、测量传感器安装和激振操作规定,4.4 测试技术,（1）传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。,（2）实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为 90，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的 1/2 处。,三、测量传感器安装和激振操作规定,4.4 测试技术,（3）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。,（4）激振方向应沿桩轴线方向。,（5）瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。,（6）稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小,四、信号采集和筛选规定,4.4 测试技术,（1）根据桩径大小，桩心对称布置 24 个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于 3 个。,（2）检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。,（3）不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。,（4）信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。,一、检测流程,4.5 现场检测方法,桩头处理,仪器连接,传感器安装,程序设置,手锤锤击,信号采集与分析,结果打印,二、桩头处理,4.5 现场检测方法,凿掉浮浆,打磨平整,桩头干净干燥,一、桩头处理,4.5 现场检测方法,有浮浆 敲除浮浆,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,分体机,交流电源接线,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,分体机后面板接线,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,加速度传感器连接,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,速度传感器连接,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,基桩动测仪 RS-1616K(S),仪器和传感器接线,三、仪器连接,4.5 现场检测方法,基桩动测仪 RS-1616K(S),三、仪器连接,4.5 现场检测方法,一体机速度传感器连接,四、传感器安装,4.5 现场检测方法,传感器耦合,橡皮泥耦合,黄油耦合,口香糖耦合,使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好,四、传感器安装,4.5 现场检测方法,传感器放置距桩心2/3 3/4R处且安装位置 要求平整尽可能使传感器垂直与桩头平面,五、程序设置,4.5 现场检测方法,基桩动测仪 RS-1616K(S)常用设置,进入主操作界面后，单击按键进入设置界面,五、程序设置,4.5 现场检测方法,五、程序设置,4.5 现场检测方法,五、程序设置,4.5 现场检测方法,分体机程序常用设置,进入主操作界面后，点击设置按键进入设置界面,五、程序设置,4.5 现场检测方法,桩长=12米；混凝土标号：C30；桩径：1米 用速度传感器进行检测,六、手锤锤击,4.5 现场检测方法,手锤垂直与桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动,七、信号采集,4.5 现场检测方法,打开采集仪开关，点击主操作界面的“采样”按键 屏幕出现锤数，仪器进入采样等待状态， 此时用手锤敲击，信号将显示在屏幕上，完成采集。,基桩动测仪 RS-1616K(S)信号采集,七、信号采集,4.5 现场检测方法,当四次采集的波形基本一致，桩底清晰，请点击“磁盘”按键进行波形的存储。,七、信号采集,4.5 现场检测方法,此时已完成一根桩的现场测试,七、信号采集,4.5 现场检测方法,打开采集仪开关，点击主操作界面的“采样”按键 屏幕出现彩色滚动条，仪器进入采样等待状态， 此时用手锤敲击，信号将显示在屏幕上，完成第一次采集。,分体机信号采集,七、信号采集,4.5 现场检测方法,按前次操作完成第二次采集,七、信号采集,4.5 现场检测方法,完成第三次采样,七、信号采集,4.5 现场检测方法,当三次采集的波形基本一致，桩底清晰，请点击“存盘”按键进行波形的存储。,七、信号采集,4.5 现场检测方法,此时已完成一根桩的现场测试,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（1）波形读取,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（2）波形处理,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（2）波形处理,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（3）波形分析,移动到桩底位置单击鼠标右键定桩底,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（3）波形分析,定桩后出现的桩底类型选择界面,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（3）波形分析,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（3）波形分析,定缺陷位置后出现的缺陷类型选择界面,八、波形分析,4.5 现场检测方法,（3）波形分析,九、结果打印,4.5 现场检测方法,波形打印,点击打印后出的打印信息预览界面,九、结果打印,4.5 现场检测方法,波形打印,九、结果打印,4.5 现场检测方法,波形打印,打印输出格式由设置界面中打印信息栏和打印高级设置决定,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,传感器安装,现场干扰,桩周土,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（1）现场干扰,现场有重型机械在施工回产生振动干扰,解决方案：建议在检测采样时停止,现场电压不稳造成干扰,解决方案：建议仪器用电池供电或将仪器接地,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（2）传感器安装影响,解决方案：调整传感器安装使其紧粘桩头,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,桩在空气中,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,桩在土中,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,桩在土中,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,土层磨阻对桩底反射有衰减 土层变化对应力波有影响 硬土层变为软土层与缩颈信号相似 软土层变为硬土层与扩颈信号相似,解决方案： （a）利用指数放大 （b）了解土层参数（或地质资料）,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,十、影响测试因素,4.5 现场检测方法,（3）桩周土影响,一、桩身波速平均值的确定,4.6 数据处理,（1）当桩长已知、桩端反射信号明显时，选取相同条件下不少于5根类桩的桩身波速按下式计算其平均值：,式中 cm桩身波速平均值(m/s); Ci第i根桩的桩身波速计算值（m/s）； L完整桩桩长（m）； T时域信号第一峰与桩端反射波峰间的时间差(ms)； f幅频曲线桩端相邻谐振峰间的频差（Hz），计算时不宜取第一与第二峰； n基桩数量（n5）,一、桩身波速平均值的确定,4.6 数据处理,（2）当桩身波速平均值无法按上款确定时，可根据本地区相同桩型及施工工艺的其他桩基工程的测试结果，并结合桩身混凝土强度等级与实践经验综合确定。,二、桩身缺陷位置的确定,4.6 数据处理,计算公式,式中 x测点至桩身缺陷之间的距离（m）； tx时域信号第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）； fx幅频曲线所对应缺陷的相邻谐振峰间的频差（Hz