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第4章基桩低应变检测 2013年XX省地基基础工程质量检测培训 XX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 d L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S 1D 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 cm s 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1 10mV pC 20dB 总频率范围1 200kHz 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70 120dB 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 RSM 24FD分体机 4 3仪器设备 RSM 24FDN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2 4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 2020 1 29 55 可编辑 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 n 5 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