低应变(反射波法)检测培训.ppt

低应变(反射波法)检 测 黄恒英 低应变反射波法检测利用手锤或力 棒在桩头施加一小冲击力F（t），激发 一应力波沿桩身传播，然后利用速度或 加速度传感器接收由初始信号和由桩身 缺陷或桩底产生的反射信号组合的时程 曲线，最后利用信号采集分析对所记录 的带有桩身质量信息的波形进行处理和 分析，并结合有关地质资料和施工记录 作出对桩的完整性的判断。 基本原理 假定一根桩作为一维杆件，考虑材质 均匀，截面恒定的弹性杆，长度为L，截面积 为A，弹性模量为E，质量密度为。取杆轴为 轴，若杆变形时平截面假设成立，受轴向力 F作用，沿杆轴向产生位移u，质点运动速 V=u/t 和应变=u/x变化，通过动力学 和运动学得出一维波动方程求解。 (一)广义波阻抗及波阻抗界面 设桩体某段唯一分析单元，其桩身介质 密度，弹性波波速，截面面积分析用、c、A 表示，则令 Z=cA (1) 称为广义波阻抗。 当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发 生变化时，则相应的、c、A发生变化处称为 波阻抗界面，其比值可表示为 n=Z1/Z2 =(1c1A1) / （2c2A2） （2） 即称为广义波阻抗比。 (二)应力波在波阻抗界面处的反射和透射 设一维平面应力波沿桩身传播到达一与传播反向 垂直的波阻抗界面。 根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有 vI+vR=vt (3) A1(1+ r)=A2t (4) 式中：v、分别表示应力波的速度和应力，下标I、R、T 分别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守 恒条件，由式（4）得 1c1A1（vI-vr）=2c2vT (5) 联方式（3）、（5）求解可得 vI = -FvI (6a) vt = nTvT (6b) 其中 F = 1-n/1+n (反射系数) （7a） T = 2/1+n （透射系数） （7b） 式（7）就是小扰动应力波反射法中利用的反射波与入射 波的速度量的相位关系来分析的重要性。 假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界， 界面上部波阻抗z1=1c1A1，下部波阻抗 z2=2c2A2。 当z1=z2时，表示桩截面均匀无缺陷； 当z1z2时，表示在相应位置存在截面缩小或砼质 量较差缺陷，反射波VR与入射波VI相位一致； 当z1z2时，表示在相应位置存在扩径，反射波VR 与入射波VI相位相反； 当桩身存在缺陷时，根据反射波VR时刻与桩顶锤 击触发时刻的差值t和桩身传播速度C来推算缺 陷位置LX， LX=tc/2 （10） 二、典型桩波形分析 通过以上桩身缺陷性质判断规律：如举列几种典型 缺陷桩波形。 1、完整桩：完整桩仅有桩底反射：反射波和入射波同相位。 2、截面突变桩：桩身截面变小处反射波上行拉力波，遇桩 顶自由端发射为下行压力波（t1 = t2 = 2L/C）；桩身截 面变大处反射为上行压力波，遇桩顶自由端反射为下行拉力 波（t1=t2=2L/C）。 3、断桩：在断桩处应力波产生多次反射，反射波和入 射波同相位，看不到桩底反射。 4、半断桩身夹层处的发射波和入射波同相位，桩 底反射波和入射波同相位。 5、缩颈、离析和夹泥桩：缩颈桩和离析桩，开始 部位和反射波和入射波同相位，缩颈和离析结束部位 的反射波和入射波反相位，缩颈和离析不严重的桩， 部分应力波还透射传播，可看到桩底反射，反射波和 入射波同相位。 6、扩底桩：扩底桩在扩底开始处的反射波和入射波反 相 位，底结束处的反射波的入射 波同相位。 7、嵌岩桩：嵌岩效果好的桩，桩底反射波和入射波反 相位。 8、截面渐变桩：截面渐变桩不易判断，截面渐变 过程和侧阻力增加的反射波近似，渐变结束处的反射 波和入射波同相位。 三、工程实例分析 （1）完整性 工程桩13#桩长为9.30m,实测曲线的反射波波形规则、波 列清晰桩底反射波明显可辨，桩底反射波初至与入射波初至 同相位，桩底反射时间为4.70ms,纵波波速为3950m/s。 现场钻心法检查，桩身砼芯呈柱状，连续完整， 表面光滑，断口吻合，胶结好、骨料分布均匀，桩底 无沉渣现象，底部与持力层界面清晰，对砼抽检抗压 强度在34.948.9之间,属于完整桩。钻芯检测结果与 反射波检测结果一致。 （2）离析桩 工程桩11#，桩长10.5m,实测曲线与完整桩不相同 ,入射波与反射波同相位,并在缺陷处波形非常明显反 射,反射时间为1.41ms,按本工程完整桩的平均波速， 计算出该桩实测缺陷在2.3m处。 现场钻芯取样，上部02.30m段砼芯样连续完整, 呈柱状及短柱状,表面光滑,断口吻合,骨料分布较为均 匀。中部2.405.80m段砼芯样较为松散，胶结较差或 无胶结现象，取中部较为完整呈柱状体芯样，进行砼 试块试压，其最大砼抗压强度为14.1Mpa。钻芯结果与 反射波检测法基本吻合。 （3）离析（断）桩 工程桩9#，桩长10.25m。该桩现场实测波反射较强 ，往后同样出现多次反射、其反射时间间隔相等，无法 找出桩底反射位置。按本工程的完整桩平均波速反算， 该桩身在2m2.2m处全断。 现场钻芯取样，桩顶上部0.2m厚度无骨料,0.2 2.0m段芯样表面有蜂窝、麻面，水泥渗量少，胶结较 差，2.06.15m段，砼芯破碎严重，部分砂、石分离 无胶结，6.15m至桩底砼芯样连续，呈柱状表面光滑、 断口吻合、胶结较好，桩底与持力层接触面清晰。该 桩钻芯结果与低应变反射波检测结果较为一致。 四、现场检测要求 低应变动测试桩较为简单，但现场检测 中不能忽略，在检测过程必须严格按有关规定 要求进行。 1、桩头处理 现场信号采集工作中，桩头的处理是测 试成功的第一关键，但在多数情况下，很多测 试人员忽略这一点。一般基本要求，桩头的处 理以平承台底的有效桩长，桩头露出骨料的混 凝土面为止，尽量凿平磨平，清理干净，有利 于传感器的安装和力棒或力锤敲击。 2、测试参数设定 测试前必须按规定设有足够信号记录和信 号分析要求（时域的时间段长度2L/C时刻延续不 少于5ms，幅频的频率范围上限不少2000Hz，桩 的几何尺寸（桩长、桩身截面），桩身波速初值 ，采集点（不少于1024点）及传感器计量检定参 数。 3、传感器的安装 传感器的安装对现场信号的采集影响较 大，传感器越轻，越贴近桩面，与桩面之间接 触刚度越大，传递性越好，测试信号也越接近 桩面的质点振动。因此一定选用足够粘结强度 的耦合剂。 对实心桩，传感器安装位置为距桩心2/3 3/4半径处；对管桩锤击点与传感器安装位 置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成 90夹角，传感器安装位置为壁厚的1/2处； 对于钢筋笼主筋露出时，传感器尽量避开位置 。 4、击振方式的选择 长、大桩的测试一般应当用力棒或大铁 球击振击，其重量大、能量大、脉冲宽、频率 低、衰减小，适用于桩底及深部缺陷的检测， 桩底及深部缺陷的信号较为强烈，但容易带来 浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判，因此长、 大桩除以上以外，还须采用小锤或小力棒配合 使用。 对小桩浅部缺陷，使用小锤或小力棒击 振重量小、能量小、脉冲窄、频率高、衰减快 、易判缺陷位置。 5、信号采集和筛选 根据桩径大小而确定，一般大桩最少2 4个检测点，每个检测点采集有效信号不少于3 个，如实测信号有异常，着重分析，增加检测 点数量，检测信号是否失真，产生零漂或信号 幅值超过测量系统的量程。 四、检测数据整理与分析 在检测前要了解工程概况，收集有关资料 （图纸设计、地质勘察报告、成桩工艺、成桩日 期、施工记录等）。做好对检测数据分析的准备 工作。 1、为分析同时段或频段信号所反映的桩身阻抗信 息，核验桩底信号并确认桩身缺陷位置，需要确 定桩身波速及平均值Cm。 Cm=1/nCi Ci=2000L/ T， Ci=2000L 波速除与桩身混凝土强度有关外，还与混 凝土的骨料品种、粒径级配、密度、水灰比、成 桩工艺（导管灌、振捣、离心）等因素有关。 2、桩身缺陷位置确定 X=1/2000txC X=1/2c/f 采用本方法确定桩身缺陷的位置是有误差。 原因一： （1）缺陷位置处tx和f存在读数误差； （2）采样点数不变时，提高采样频率降低了频域分辨率 ； （3）波速确定的方式及用抽样所得平均值Cm代替某具体 桩身段波速带来的误差。 原因二：入射波桩底反射峰确定的波速将比实际的 高，若按“正确”的桩身波速确定缺陷位置将比实际 的低。若能测到4L/C的二次桩底反射，则有2L/C至 4L/C时段的波速是正确。 3、结果评定分析 从实测曲线特征表现的信号判定相对来说较 简单直观，而分析缺陷桩信号则复杂，有的信 号的确是因施工质量缺陷产生的，但也有是因 设计构造或成桩工艺本身局限导致的不连断面 产生的。因此，查明造成缺陷信号特征，划分 缺陷性质。 根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受 缺陷程度影响外，还受桩周土阻尼大小及缺陷 所处的深度位置影响。 如何正确判定缺陷程度，特别是缺陷十分明显 时，如何区分类桩或类桩。 仔细对照桩型、地质条件、施工情况，结合当地 经验综合分析判断； 结合基础和上部结构型式对桩的承载安全性要求 ； 考虑桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性 。 对桩身缺陷难以确定时，必要时采用借助其他 计算方式及相关测试量作为辅助分析手段，采用 时域信号曲线拟合法和幅频曲线或导纳曲线计算 分析。 4、结果判定 低应变动测桩身完整性判定：按现场测 试分析计算结果，以建筑基桩检测技术规范 （JGJ106-2003）表3.5.1的