低应变检测(RSM-PRT)

.,低应变基桩完整性检测,中国科学院武汉岩土力学研究所智能仪器室网址:E-mail:RSM电话:027-87199304027-87884304,.,低应变基桩完整性检测目录,第一章基本概念及检测原理第二章检测系统第三章现场检测技术第四章实测波形汇编,.,第一章基本概念及检测原理目录,第一节应力波基本概念第二节应力波在桩中的传播第三节低应变的检测原理,.,第一章基本概念及检测原理基本概念,应力波基本概念,应力波：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：密度；C：应力波速；A：桩横截面积。一维直杆：d1D-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,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,一维杆应力波波动方程,方程：,其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度。（一维波速）,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在自由端完整桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在自由端完整桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,桩在自由端,应力波在自由端完整桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在固定端完整桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在固定端完整桩中的传播,T,V,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在固定端完整桩中的传播,T,V,L,桩嵌岩,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗减小桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩截面减小,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗减小桩中的传播,桩缩径,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗增大桩中的传播,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩截面增大并嵌岩,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,应力波在波阻抗增大桩中的传播,桩扩径,.,第一章基本概念及检测原理应力波在桩中的传播,整桩平均波速C：扩径位置L1：扩径范围（L2L1）：,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,桩身完整性检测技术现状,1、具有合理长径比的完整桩，100米以内均可测到桩底的反射信号。2、断桩、特别是浅部断桩,一般均可准确判别。3、有经验的测桩专家，在同一根桩上可识别两种以上缺陷(第一缺陷为次要缺陷)。4、可准确判定缺陷位置(可精确到10%)。5、可初步判定缺陷类型(视测桩经验定)。6、不能很好地区分二类桩与三类桩。7、不能给缺陷程度定量(初步研究成果尚需工程印证)。8、不能定量分析缺陷程度对单桩承载力的影响。,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,反射波法用于检测基桩完整性的基本假设,桩自身：一维、连续、均质、线弹性没有考虑桩周土的影响没有考虑桩土耦合面的影响,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,反射波法的检测原理,通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面（即波阻抗发生变化）时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值、相位和波形特征，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。,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,反射波法的适用范围,本方法的理论依据是建立在一维线弹性杆件模型基础上，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，本方法不适用。,.,桩底截面发生变化夹泥离析混凝土质量变化土层变化,第一章基本概念及检测原理检测原理,引起反射波的原因,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,低应变所能检测到的现象,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,低应变不能检测到的现象,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,低应变检测的优点,低应变法测桩轻便、速度快（50-200根/日）、价格便宜可以检测到距桩顶较近部位的缺陷(相比高应变)可以检测到轻微缺陷（相比高应变）准备简便操作简单经验丰富,.,第一章基本概念及检测原理检测原理,低应变检测的局限,测桩的长度受到一定限制（100米以内）桩身有多个缺陷时，一般只能检测到最上面的缺陷（对深部缺陷不易测出）难以对缺陷进行定量描述只能判断缺陷在某一截面的平均效应不能提供单桩承载力当桩侧阻力很大时，桩底反射难于看到无法检测桩底沉渣厚度,.,第二章低应变检测系统目录,第一节传感器第二节采集仪器第三节软件简介,.,第二章低应变检测系统传感器,速度传感器,加速度传感器,加速度传感器,.,第二章低应变检测系统组合手锤,.,第二章低应变检测系统采集仪,RSM-PRT低应变仪,.,第二章低应变检测系统软件简介,仪器采集界面,.,第二章低应变检测系统软件简介,传输软件界面,.,第二章低应变检测系统软件简介,波形处理界面,.,第二章低应变检测系统软件简介,打印信息预览界面,.,第三章现场测试技术目录,第一节检测流程第二节影响测试的因素第三节疑问解答,.,第三章现场测试技术检测流程,第一步桩头处理第二步仪器连接第三步传感器安装第四步程序设置第五步手锤锤击第六步信号采集第七步信号分析第八步结果输出,.,第三章现场测试技术桩头处理,凿掉浮浆桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同打磨平整桩头干净干燥、无破碎,.,第三章现场测试技术仪器连接,.,第三章现场测试技术仪器连接,仪器背面,.,第三章现场测试技术传感器安装,传感器放置距桩心2/3R处且安装位置平整尽可能使传感器垂直与桩头平面桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直,.,第三章现场测试技术传感器安装,传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄必要时可采用冲击钻打孔安装方式传感器安装面应与桩顶面紧密接触,.,第三章现场测试技术传感器安装,传感器耦合,黄油耦合橡皮泥耦合口香糖耦合,使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好。说明：传感器是否安装好，可用手指轻弹传感器侧面，若传感器纹丝不动则说明已经安装好。,.,第三章现场测试技术程序设置,在开始检测之前必须根据不同桩的情况对程序进行设置，下面给出一个完整的例子来学习整个的检测过程的软件操作。注意：以下只讲解了在检测过程中常用的功能，其他功能及程序中出现的参数请仔细阅读软件操作说明书。,.,第三章现场测试技术程序设置,仪器主界面，点击“OK”键进入设置界面,.,第三章现场测试技术程序设置,仪器设置界面，点击“OK”键进入下一级设置,.,第三章现场测试技术程序设置,预设桩长，设置桩长建议大于或等于实际桩长,.,第三章现场测试技术程序设置,预设波速，波速大小根据混凝土强度等级确定,.,第三章现场测试技术程序设置,常规浇灌下砼等级与纵波波速的关系,.,第三章现场测试技术程序设置,设置传感器，速度计对应电压型，加速度计对应电荷型,.,第三章现场测试技术程序设置,仪器硬件设置,.,第三章现场测试技术程序设置,设置低通，常用800，2K两档,设置指数放大，为采集真实波形，建议设置为00,.,第三章现场测试技术程序设置,由于显示的是速度信号，当采用加速度计时，采集的信号需积分。采用速度计时不需要积分。,设置工地名称，由数字和字母组成，点击可以进行翻页,.,第三章现场测试技术手锤锤击,手锤垂直于桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动（激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋）。,说明：瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。,.,第三章现场测试技术信号采集,单采状态，一次采集一道波形,连采状态，一次采集三道波形,.,第三章现场测试技术信号采集,当三次采集的波形基本一致，桩底清晰，保存波形，建议文件名按桩号命名,分析主界面数据在现场可进行简单分析,.,第三章现场测试技术现场采集注意事项,桩头处理是试验成功的关键测试环境避免干扰激振技术锤头选取、激振点、激振力传感器的选择及安装速度计、加速度计、耦合采集完数据存盘三道一致，桩底,.,第三章现场测试技术波形传输,将仪器与上位机电脑串口通过数据线相连接后，打开仪器电源并按“联机”键进入以上状态。,.,第三章现场测试技术波形传输,启动所连接电脑的RSM-PRT低应变仪上位机管理软件,.,第三章现场测试技术波形传输,连接成功后所显示状态,.,第三章现场测试技术波形传输,点击上传文件进入传输过程,.,第三章现场测试技术波形传输,注意：文件传输完毕后，RSM-PRT低应变仪即可关机断开与电脑的连接。下步将使用上位机的分析处理软件进行分析。,.,第三章现场测试技术波形读取,.,第三章现场测试技术波形读取,.,第三章现场测试技术波形处理,.,第三章现场测试技术波形处理,.,第三章现场测试技术波形处理,.,第三章现场测试技术波形分析,.,第三章现场测试技术波形分析,定桩后出现的桩底类型选择界面,.,第三章现场测试技术波形分析,.,第三章现场测试技术波形分析,定缺陷位置后出现的缺陷类型选择界面,.,第三章现场测试技术波形分析,对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。例如，混凝土灌注桩出现的缩颈与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。,.,第三章现场测试技术波形分析,各类桩容易发生的质量问题,（1）泥浆护壁成孔灌注桩塌孔在成孔过程中或成孔后，孔壁塌落，造成钢筋笼放不到底，桩底部形成泥夹层，影响桩基承载力桩孔倾斜成孔后出现较大垂直偏差缩孔孔径小于设计孔径梅花孔孔断面形状不规则，呈梅花形断桩成桩后，桩身中部没有混凝土，夹有泥土；混凝土拉裂,.,第三章现场测试技术波形分析,各类桩容易发生的质量问题,（2）沉管灌注桩缩颈成形后的桩身局部小于设计要求断桩及桩身混凝土坍塌桩身局部分离，甚至有一段没有混凝土；桩身某一部位混凝土坍塌，坍塌处上部没有混凝土桩身夹泥桩身混凝土有泥夹层,.,第三章现场测试技术波形分析,各类桩容易发生的质量问题,（3）干作业成孔灌注桩孔底虚土过厚超过规范要求；桩身混凝土质量差桩身有蜂窝、空洞、桩身夹土、分段级配不均匀；塌孔成孔后孔壁局部塌落；斜孔桩孔垂直偏差超过规范要求。,.,第三章现场测试技术波形分析,各类桩容易发生的质量问题,（4）预制桩裂隙运输过程和打入时产生裂隙；接头胶结不好两节桩未对接好或不在一直线上。,.,第三章现场测试技术波形分析,.,第三章现场测试技术结果输出,对结果输出进行设置界面1,.,第三章现场测试技术结果输出,高级设置界面,.,第三章现场测试技术结果输出,点击打印输出后出的打印信息预览界面,.,第三章现场测试技术结果输出,.,第三章现场测试技术结果输出,对结果输出进行设置界面2,.,第三章现场测试技术结果输出,点击输出，确定结果预览后的结果输出界面,.,第三章现场测试技术结果输出,对结果输出进行设置界面3,.,第三章现场测试技术结果输出,点击输出，确定结果预览后的结果生成报告,.,第三章现场测试技术结果输出,对结果文件进行连打,.,第三章现场测试技术结果输出,点击“连打（N）”后对结果文件进行连打界面,.,第三章现场测试技术疑问解答,Q：加速度计与桩面用什么方法耦合较好？,A：由于桩面凹凸不平，且有砂石，再加上电缆线的拉作用，用黄油往往达不到好的耦合效果。在桩头滴少许502胶，再将指头大小、粘性较好的橡皮泥压入桩面，然后再将加速度计旋入橡皮泥，这样耦合就会好些。,.,第三章现场测试技术疑问解答,Q：脉冲频率或滤波频率较低队浅部缺陷判断有无影响？,A：当桩身浅部有缺陷，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在缺陷，其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较时，高频反射波部分会丢失，导致实测信号矢真，可能造成误判。所以建议尽量用高频信号来测桩，当遇到长桩时请用高频、低频相结合测试。,.,第三章现场测试技术疑问解答,Q：反向过冲较大是否信号较差？,A：在实测信号中，我们往往会发现脉冲信号结束后有一个较大反向信号。导致反向过冲较大的因素较多，除了电缆线过长、电荷放大器电感及电容等参数不当、锤击点位置及锤击脉冲频率、传感器幅频及相频特性外，还有桩身阻抗变化影响，如：（1）当桩头部分混凝土强度较低时，应力波遇强度较高混凝土时会产生反向反射；（2）桩头附近波阻抗增大；（3）桩头附近波阻抗变小，由于锤击频率或滤波频率太低，高频成份被滤掉，此时，往往也会出现反向过冲这种现象。,.,第三章现场测试技术疑问解答,Q：离析、夹泥与缩径反射波信号有何区别？,A：当桩身浅部有缺陷，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在缺陷，其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较时，高频反射波部分会丢失，导致实测信号失真，可能造成误判。所以建议尽量用高频信号来测桩，当遇到长桩时请用高频、低频相结合测试。,.,第三章现场测试技术疑问解答,Q：当检测信号是低频振荡衰减信号时，是何影响？,A：当传感器安装正常时，检测信号呈低频振荡有可能：（1）桩端附近断裂，应力波在断裂处会多次反射，同时还会引起断裂部分振动，振动相当于弹簧、阻尼壶、质量块系统振动；（2）桩顶至以下一段距离混凝土疏松、强度较低，应力波传播至正常混凝土时会产生反射，反射波信号与入射波信号反相，反射波二次反射后，与入射波信号同相，这样，相邻反射波相位相反也就变成振荡衰减信号。,.,第四章现场实测波形汇编目录,第一节理论信号第二节模型试验第三节对比试验第四节实测波形第五节开挖对比第六节误判问题,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,典型完整桩（规范）,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,典型缺陷桩（规范）,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（1）完整桩,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（2）截面突变桩,（3）断桩,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（4）半断桩,（5）缩径、夹泥、离析,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（6）嵌岩桩,（7）扩底桩,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（8）截面渐变桩,.,第四章现场实测波形汇编理论信号,（9）不同缺陷反射波典型记录曲线,.,第四章现场实测波形汇编模型试验,（二）模型试验一（棒棒）,桩身完整0.39m处扩,0.19m处扩0.53m处扩,0.26m处扩0.80m处扩,.,第四章现场实测波形汇编模型试验,（二）模型试验二,缩径缩径,先缩后扩先扩后缩,缩扩扩缩,.,第四章现场实测波形汇编模型试验,（二）模型试验三（西安）,.,第四章现场实测波形汇编模型试验,（二）模型试验四（武汉）,1.桩身完整,2.3.2米处严重夹物,3.2.15米处严重夹物,.,第四章现场实测波形汇编模型试验,5.1.5米处轻微夹泥,4.1.9米处轻微缩颈,6.2米处开始渐扩,7.2米处严重扩径,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（一）不同锤头与不同传感器搭配,高阻尼速度计尼龙锤头敲击,高阻尼速度计金属头敲击,加速度计尼龙锤头敲击,加速度计金属锤头敲击,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（二）缺陷程度不同,3.5m处表面裂纹,3.5m处截面裂缝,3.5m处截面裂缝,3.5m处断桩,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（三）不同粘接材料,（四）速度计与加速度传感器,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（五）不同锤击工具,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（六）不同仪器,说明：该桩6米处缩颈，12米断裂，14.5米离析，1.8米存在界面,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩1.8米处扩颈，10.9米界面，13.5米缩颈,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩6.3米处轻微离析，10.3米处严重离析,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩实测长为13.9米，比设计的16米值短，造成空悬,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩3.1米开始扩径，6.8米缩回，1米处存在界面,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩在成桩过程中10.2米处严重缩径,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,说明：该桩在静压试验中浅部1.8米处裂开，唯有RSM仪器测到桩底。,.,第四章现场实测波形汇编对比试验,（七）桩模型与实测信号的对比,.,第四章现场实测波形汇编实测波形,说明：红安，桩长6.2米，完整桩,说明：宜万铁路，桩长24米，人工挖孔桩,.,第四章现场实测波形汇编实测波形,说明：谷城，桩长9.57米，入岩1.8米，钻孔灌注桩,说明：莫桑比克，桩长30米，9.8米处扩径,.,第四章现场实测波形汇编实测波形,说明：山西忻州，桩长22米，3.3米处轻微缩径,说明：武汉，桩长22米，预制管桩，10米处接桩,.,第四章现场实测波形汇编基桩开挖,工地：保山,.,第四章现场实测波形汇编基桩开挖,工地：河南,.,第四章现场实测波形汇编基桩开挖,工地：河南,.,第四章现场实测波形汇编基桩开挖,工地：唐山,.,第四章现场实测波形汇编基桩开挖,工地：唐山,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,注：对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,桩身无缺陷或有轻微缺陷但无桩底反射这种信号特征的类别划分。事实上测不到桩底信号也经常出现，这种情况受多种因素和条件影响，如：软土地区的超长桩，长径比很大；桩周土约束很大，应力波衰减很快；桩身阻抗与持力层阻抗匹配良好；桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变；预制桩接头缝隙影响。,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,地层对实测波形的影响分析地层所产生的土动阻力和土静阻力对应力波有较大的影响，静阻力主要导致实测波形向下漂移，动阻力导致应力波幅值迅速衰减。如果存在软硬夹层，此时由于土阻力变化较大，在实测曲线上也就有较明显的反映。与桩身阻抗变化类似，当桩进入软夹层时，由于土阻力相对减小，在实测曲线上将产生一个与入射波同相位的土阻力波，类似于缩径类的反射信号；当桩进入硬夹层时，由于土阻力相对增大，在实测曲线上将产生一个与入射波反相位的土阻力波，类似于扩径类的反射信号。,容易产生误判的原因之一土层变化。,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,振荡波形产生的原因分析反射波法测桩产生的振荡信号与传感器本身特性、敲击振源、传感器安装、及桩身浅部缺陷等有关。1)如果传感器的频响较窄，敲击时很容易产生谐振，从而使测桩波形产生指数衰减振荡。2)如果测试时引起桩顶外露主钢筋的振动并被接收到，那么会有频率较高的振荡信号。3)传感器安装离敲击点太近或传感器安装点处砼质量差和凿桩后留下的松动混凝土块都容易产生振荡波形。安装传感器的粘接剂弹性太好或太厚或安装不牢也会产生寄生振荡。4)敲击产生的脉冲频率偏高,中低频不丰富,易激发传感器的安装谐振频率产生振荡信号。5)桩身浅部缺陷的多次反射产生的振荡信号。,容易产生误判的原因之二波形产生震荡,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,对大长桩测试一般应当用力棒或大铁球击振，其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小。适宜于桩底及深部缺陷的检测。桩底及深部缺陷的信号反射较强烈，但由此很容易带来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小，能量小，脉冲窄，频率高，可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。当拿把小锤去测长大桩是不正确的，由于小锤重量小、能量小、脉冲窄、频率高、衰减快，因此信号在桩身中传播有可能未到桩底就衰减完或即使传到桩底反射回来的信号也很微弱极难分辨。,容易产生误判的原因之三激振方式不对,.,第四章现场实测波形汇编误判问题,由底反信号计算桩长的精度与波速的准确度有关，即使是现场浇灌养护较好的混凝土，其波速值常有5%的波动，故由此计算桩长的误差也有5%左右。还有水泥型号，骨料的粒径，钢筋型号，钢筋笼的长度及地质构造等诸多因素的影响。,容易产生误判的原