桩身完整性检测的技术整理版本.ppt

桩身完整性检测技术 1 相关规范 理论依据和技术方法2 声波透射法检测3 低应变法检测4 高应变法检测5 钻芯取样检测 1 1基桩检测规范的相关规定 1 1 1桩身完整性与缺陷 1 桩身完整性 是反映桩身截面尺寸相对变化 桩身材料密实性和连续性的综合定性指标 2 桩身缺陷 断裂 裂缝 缩颈 夹泥 砂 空洞 蜂窝 疏松的总称 1 1 2规范对桩身完整性检测要求 1 工程桩应进行桩身完整性抽样检测 2 桩身完整性检测宜采用两种或多种合适的检测方法进行 1 1 3桩身完整性检测方法及适用范围 1 声波透射法在预埋声测管之间发射和接受超声波 通过实测声波在混凝土介质中传播的声学参数 例如 声速 频率 振幅以及波形 的相对变化 对桩身完整性进行判定 混凝土均匀性 缺陷及位置 完整性类别 2 低应变法用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振 实测桩顶的速度 加速度时程曲线 通过波动理论或机械阻抗理论对实测数据进行计算分析 对桩身完整性进行判定 缺陷及位置 完整性类别 3 高应变法用重锤在桩顶冲击激振 实测桩顶的 加 速度和力的时程曲线 通过波动理论进行分析 检测判定 单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求 分析桩侧与桩端阻力 缺陷及位置 完整性类别 4 钻芯法用钻机钻取芯样 以检测判定 桩身缺陷 密实性 连续性 桩长 桩底沉渣厚度 桩身混凝土强度 判断或鉴别桩端岩土性状 1 1 4抽检数量 1 柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根 2 设计等级为甲级 或地质条件复杂 成桩质量可靠性较低的灌注桩 抽检数量不应少于总桩数的30 且不得少于20根 其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20 且不得少于10根 注 a对端承型大直径灌注桩 应在上述两款规定的抽检桩数范围内 选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测 抽检数量不应少于总桩数的10 b 地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩 以及单节混凝土预制桩 抽检数量可适当减少 但不应少于总桩数的10 且不应少于10根 C 为了全面了解整个工程基桩的桩身完整性情况时 应适当增加抽检数量 1 1 5受检桩选择1施工质量有疑问的桩 2设计方认为重要的桩 3局部地质条件异常的桩 4施工工艺不同的桩 5除上述规定外 同类型桩宜均匀随机分布 1 1 6检测时间规定1采用低应变法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采用钻芯法检测时 受检桩的混凝土龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度 3采用高应变法检测时 除上述要求外 还应满足成桩休止时间要求 1 2振动波与波动理论简介1 2 1波与振动 1 波的物理定义及类别波动是某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动 波在空间和时间的分布可用波函数F r ct 表示 其中 r 矢径的幅值 和 分别表示波沿正和负r方向传播 c 波的传播速率 机械波 含声波 弹性波等 是构成介质的质点的机械运动 引起位移 密度 压强等物理量的变化 在空间的传递 相邻质点间存在相互作用的弹性力或准弹性力 使某一点的振动向邻近质点传递 需依靠介质的传递 电磁波 含光波等 是电磁场的振动在空间传递 依靠的是电磁场本身的规律 毋需任何介质的存在 故可在真空中传播 2 波形及传播 平面波 柱面波和球面波 三类波见下图1 空间直角坐标系 x y z 中 如果r x 则在同一个y z平面上 波在任一点都有同样的值 这种波叫平面波 一个点波源所辐射的波 一般是球面波 标量波 如空气中的声波 与矢量波 如电磁波 振动物理量有标量 矢量之分 纵波与横波a 纵波 压缩波 波的传播与振动方向一致 相反时称为拉伸波 b 横波 剪切波 波的传播与振动方向相垂直 只能在固体中传播 简谐波 波函数F r ct 是一种很简单的正弦或余弦函数 通常一确定线性波可分解为n个简谐波的叠加 声波分类机械波源所激起振动 依据纵波频率 a 20Hz 20000Hz 人可听觉 振动称为声振动 称为声波 b 频率 20000Hz时 称为超声波 c 频率 20Hz时 称为次声波 3 波的强度 能量和衰减 波都具有强度并携带能量 波衰减性 弱除在真空中外 波在传播过程中 是不可能维持它的振幅不变的 在媒质中传播中 波所带的能量总会因某种机理或快或慢地转换成热能或其他形式的能量 从而不断衰弱 终至消失 4 各种波的共同特性 反射和折射 在不同介质的界面上能产生反射和折射 对各向同性介质的界面 遵守反射定律和折射定律 叠加性 分解性 通常的线性波时遵守波的叠加原理 干涉 两束或两束以上的波在一定条件下叠加时能产生干涉现象 衍射 波在传播路径上遇到障碍物时能产生衍射现象 偏振 横波能产生偏振现象 5 波的传播规律 反射 折射和散射在均匀的媒质中 波沿直线传播 波由一种均匀的媒质射向另一种均匀媒质 而且两个媒质的界面是平面的 入射到界面的波 入射波 一部分在界面上被反射回第一媒质 称为反射波 另一部分则折入第二媒质 称为折射波 反射角恒等于入射角 而折射角的大小依赖于两个媒质的有关物理量的比 对于电磁波 这个物理量是介电常数同磁导率的乘积的平方根 当固体中声波从一个固体媒质投射到另一固体媒质时 在第一媒质中 入射波将被反射出两个波 而不是一个 其中一个是纵波 一个是横波 进入第二媒质时也将折射出两个波 两种反射波的反射角和两种折射波的折射角都有一定的规律 行波和驻波不断前进的波 称为行波 但在特殊情况下似乎囚禁在某个空间的波 称为驻波 两列振幅和频率都相同 而传播方向相反的同类波叠加起来就形成驻波 常用让一列入射波受到媒质边界的反射 以产生满足条件的反向波 让二者叠加形成驻波 例如 简谐波在驻波腔内来回反射 驻波腔的长度是半波长的整数倍 腔端每个界面在反射时产生 相位差 驻波中振幅恒为零的点称为波节 相邻波节相距半个波长 两个波节之间的振幅按正弦形分布 振幅最大的点称为波腹 1 2 2行波动力学方程 一维纵波波动方程见教材P810 1 2 2 1一维纵波波动方程推导A 弹性杆件模型1 u2 E B弹性杆件模型2 反射波法其原理是通过锤击桩顶 应力脉冲以波的形式沿桩体传播 弹性应力波在传播的过程中遇到桩体界面变化时 将表现为桩身阻抗变化而产生反射波 通过安装在桩顶的传感器接收波的变化 从而判断桩身的完整情况 一列质量为m的小质点 相邻质点间用长度h的弹簧连接 弹簧的弹性系数 又称 倔强系数 为k 其中u x 表示位于x的质点偏离平衡位置的距离 施加在位于x h处的质点m上的力为 其中 质点惯性力 根据牛顿第二定律 弹簧作用力 根据胡克定律 根据达朗贝尔原理 位于x h处质点的运动方程为 若N个质点间隔均匀地固定在长度L Nh的弹簧链上 总质量M Nm 链的总体劲度系数为K k N 则可将上面的方程写为 取极限N h就得到这个系统的波动方程 波速 1 2 2 2均质弹性杆件中波的传播与波阻抗A 对一根均质弹性杆件 作出如下假定 桩身是一根弹性杆件 桩在纵向振动过程中 其横截面始终保持平面 即同一截面上的各点仅在桩的轴向作相等的位移 忽略了桩身内 外阻尼和桩周表面的摩擦力的影响 B 1弹性杆中的波阻抗波阻抗是弹性杆件的横截面积 材料密度 m 和材料弹性模量 N m 的函数即 式中 波阻抗 m 应力波波速 m s 材料密度 A 横截面积 B 2应力波沿桩身向下传播 向下为 压缩波 当桩身的介质发生变化即桩身波阻抗发生变化时 传播方向垂直于界面时 应力波将在介质的分界面上产生反射和透射 如V 入射波 Z1 1c1A1 为桩身混凝土波阻抗 Z2 2c2A2 为桩身缺陷和桩底岩土部分的波阻抗 则反射波 上行波 Vr F V Z1 Z2 Z1 Z2 V 2 式中F 反射系数透射波 下行波 Vt T V 2Z1 Z1 Z2 V 3 式中T 透射系数 B 3反射系数FF值可在0 1范围内变化 反射波与入射波的相位关系 可以是同相的 也可以是反相的 1 在桩顶要接受到反射波 必须满足F 0 2 对于完整桩来说 桩身中无波阻抗的差异 所接受到的反射波基本上是桩底反射上来的 3 对于缺陷桩 即有桩身缺陷部分的波阻抗 2c2A2存在 就可以根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质 F 0时 反射波与入射波同相 若 1c1 2c2 则A2 A1 表明桩身缩径 F 0时 反射波与入射波同相 若A1 A2 则 2c2 1c1 表明桩身断裂 离晰或为桩底 F 0时 反射波与入射波反相 若 1c1 2c2 则A2 A1 表明桩身扩径 F 0时 反射波与入射波反向 若A1 A2 则 2c2 1c1 表明下界面强度大于上界面或嵌岩 B 4透射系数T因Z iCiAi其值总是正的 透射系数T也总是正值 所以透射波与反射波的相位总是同相的 介质波阻抗变化的相应位置 可由波速 时程 距离的关系求出 即 Tx Lx 公式 4 中 T 反射周期 C 桩身应力传播速度 Lx 变阻抗位置距桩顶的深度 1 3振动测试系统1 3 1低应变检测系统 如下图 u k 1 3 2检测系统原理框图将非电量 位移 速度 信号放大 模拟 数字 滤波 加速度 转换成电量 电压 电荷或应变 A D转换 FFT 数据据处理 拾振器 检波器 放大器 数据采集 显示 记录和分析 各部分功能 传感器部分 将非电量转换成电量 传感器将桩身振动波的加速度 速度或位移量转换成电压量 电动式 应变式 或电荷量 电压式 放大部分 对微弱信号进行放大 电压放大器 电荷放大器 数据处理部分 进行信号采集 A D转换 数据处理分析 时域分析 时程曲线 相关分析 频域分析 幅值谱 功率谱 传递函数 相干分析 结构动力学响应 专用基桩检测分析软件 1 3 3测振传感器原理 1 组成由两个部分组成 机械接收部分 将被测物理量 振动位移 速度 加速度 力或应变等 接收为另一个适合于机电变换的中间机械量Xt 机电变换部分 再将Xt 变换为电量 电动势 电荷量 或电阻 电容 电感等电参量 2 分类 相对式 惯性式 依据机械接收原理 电动式 压电式 变电阻式 变电容式 变电感式 压阻式 电涡流式 依据机电变换原理 位移传感器 速度传感器 加速度传感器 力传感器 应变传感器 扭振传感器 扭矩传感器 依据所测机械量 非伺服式 伺服式 依据接收与变换有无反馈 1 3 4桩身完整性检测中常用的测振传感器 1 惯性式测振传感器 由惯性质量 阻尼和弹簧组成一个动力系统 是测振传感器的感受部分 传感器的外壳固定在振动体上 它与振动体一起振动 通过量测惯性质量相对于传感器外壳的运动 就可以得到振动体的振动 感受到振动信号通过各种转换方式转换成电信号 由此分为磁电式 压电式 电阻应变式等 由所测的振动量通常可分为位移 速度和加速度传感器 2 基桩检测中常用传感器 压电式加速度计A 由压电晶体 惯性质量块 压紧弹簧等组成 B 压电陶瓷晶体上下两个表面产生的电荷与其所受压力成正比 Q Ca F Ca ma Ca 压电常数 故与所受到的振动加速度成正比 C 特点 体积越小 重量轻 固有 谐振 频率越高 可测振动频率高 频带宽 D 惯性式传感器测振原理 惯性式测振传感器的振动是由载体的运动所引起的 根据线性系统的叠加原理 振动的响应是振动系统拾振部分对各个谐振动响应的叠加 上图中 设载体的绝对位移为z1 质量块m的绝对位移为z0 则质量块的运动方程为 1 1 质量块m相对于载体的相对位移为 则上式可改写成 设载体的运作为谐振动 即 则式 1 3 1 可写成 1 2 三种情形下的响应特性 1 z01相对于载体的振动位移z1 此时相当于测振仪处于位移计工作状态下 此时幅频特性和相频特性分别为 1 3 1 4 其幅频特性曲线曲线如下图1 1所示 图1 1由载体运动引起的位移响应 2 z01相对于载体振动速度 此时相当于测振仪处于速度计的工作状态下 此时幅频特性和相频特性分别为 1 5 1 6 其幅频特性曲线如图1 2所示 图1 2由载体运动引起的速度响应图1 3由载体运动引起的加速度响应 3 z01相对于载体的振动加速度 此时相当于测振仪处于加速度计的工作状态下 此时幅频特性和相频特性分别为 1 7 1 8 其幅频特性曲线如图1 3所示 磁电式速度传感器 又称检波器 A 磁电式速度传感器是根据电磁感应的原理制成的 输出电动势 与振动速度v成正比 B 其特点是灵敏度高 性能稳定 输出阻抗低 C 可以使传感器既能量测非常微弱的振动 也能量测比较强烈的振动 调整质量 弹簧和阻尼系统的动力参数 但频率带宽有限 1 3 5桩顶激振方式 激振方式分为三种 瞬态激振 稳态正弦激振 随机激振 1 低能量瞬态或稳态激振 低应变法 瞬态激振 冲击 a 高频窄脉冲 有效高频分量 2000Hz 常用 b 低频宽脉冲 对大直径桩 高低频均用 A 锤的重量 数kN 数百kN B 材质类型 力锤 如带力传感器更好 力棒 锤头为钢 铜 铝 尼龙 塑料 橡胶等 C 锤垫 橡胶 塑料等 稳态激振电磁激振器 2 高能量瞬态激振 高应变法 钢 或铸铁 重锤 几吨 十几吨配用桩顶薄垫 1 3 5 1瞬态激振 脉冲锤击法测试原理框图 脉冲锤是锤击法的主要激振设备 其结构如图5 14所示 它由锤头 测力计 附加质量和锤柄四部分组成 图5 14脉冲锤结构 各种锤头激振频率范围 1 3 5 2稳态正弦激振稳态正弦激振 即施加在被测对象上的力是稳态正弦力 它具有能量集中 精度高等优点 可分为单点激励和多点激励 单点激励就是采用一个激振器 对结构上某一点进行激励 多点激励是用两个或两个以上的激振器对被测物同时进行激励 稳态正弦激振测试原理框图 1 3 5 3随机激振采集随机激振得到 随机信号 是各态历经平稳随机过程 随机激振是一种宽带激振方法 随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源 利用环境随机激励 地脉动 1 3 6振动信号的频谱分析在振动测量中 由测振传感器接收的信号通常是复杂的时间函数 利用信号处理技术 通过傅里叶变换 将时域信号转换成频域信号加以分析的方法就称为频谱分析 频谱分析技术包括幅值谱分析 自功率谱密度函数分析 互功率谱密度函数分析 相干函数分析 等 振动信号经过频谱分析 可以求得信号的频率成分和结构 并进而分析系统的传递特性 通过频谱分析 可以对被测对象进行动力特性监测和故障 缺陷诊断 1 3 6结构振动测量中的 机械阻抗 机械阻抗与机械导纳的一般定义为 Z M 系统的激励一般是力 系统的响应可用位移 速度和加速度来表达 故机械阻抗和机械导纳又各有三种形式 位移阻抗又称为动刚度 位移导纳称为动柔度 速度阻抗称为机械阻抗 速度导纳简称导纳 加速度阻抗又称为视在质量 加速度导纳又称为机械惯性 测振传感器检测的信号是被测对象在某种激励下的输出响应信号 目的就是通过对激励和响应信号的测试分析 找出系统的动态特性参数 包括固有频率 振型 阻尼比 模态质量 模态刚度等 即通过结构模态分析进行结构性能评价 缺陷诊断 1 4典型材料的声学参数 2 声波透射法检测2 1声波透射法检测特点及适用条件 2 1 1特点 1 可全面 细致 检测全桩长各个横截面桩身完整性 结果准确 可靠 2 现场操作简便 快捷 3 不受桩长 长径比的限制 尤其适合大直径灌注桩 2 1 2适用条件已预埋声测管基桩 基桩成孔后 灌注混凝土之前 在桩内预埋两根或两根以上声测管作为声波发射和接收换能器的检测通道 2 2声波透射法检测分析系统 2 3超声波透射法检测原理 1 超声波检测仪的发射源发射高频电脉冲波 由发射换能器转换相应的机械振动 产生超声波 弹性压缩波 再由接收换能器接收 检测仪将超声波在混凝土内传播进行记录 显示和分析 当混凝土内存在不连续或破损缺陷时 形成波阻抗界面 对传播的声波产生反射 透射和折射 当混凝土内存在松散 蜂窝 孔洞等严重缺陷时 还将产生波的散射和绕射 使接收换能器接收到声波 透射 能量降低 声学参数异常 2 根据波的初始到达时间 波的能量衰减特征 频率变化和波形畸变程度等特征 进行数据处理分析 判定桩身不同剖面 不同断面测点混凝土完整性 强度 3 超声波速Vp的平方与介质的弹性模量E成正比 与介质的质量密度 成反比 2 4仪器设备 主要包含 声波仪和换能器 2 4 1声波换能器的技术要求 圆柱状 径向 压电晶体 换能器 产生径向超声波振动 沿径向 水平方向 无指向性 外径小于声测管内径 有效工作面轴向长度不大于150mm 换能器的谐振频率宜采用30一50kHz 需接收较弱信号时 宜选用带前置放大的接收换能器 用水作为换能器与介质的耦合剂 要求换能器对水的密闭性满足lMPa水压下不渗漏 即检测桩长 100m 2 4 2混凝土超声波仪的技术要求 具有实时显示 记录接收信号的时程曲线 频率测量或频谱分析功能 声时测量分辨力优于或等于0 5 s 声波幅值测量相对误差小于5 系统频带宽度为1 200kHz 系统最大动态范围 100dB 声波发射脉冲宜为 阶跃或矩形脉冲 电压幅值为200 l000V 2 5检测方法2 5 1方法与步骤 1 按规定在基桩中预埋声测管 作为换能器的通道 2 检测时每两根声测管为一组 发射换能器在一根声测管中发射超声波 接收换能器在另一根声测管中接收超声波信号 两只换能器必须保持水平 3 仪器记录声时 幅度等声参量 从而可以判断出该位置两个声测管间混凝土是否正常 4 收发换能器由桩底同时往上移动并逐点依次检测整个剖面的混凝土 检测完所有剖面 可获知各个剖面 桩身的混凝土完整性状 5 检测通常采用 双孔法 1发1收 或三孔法 1发2收 可采用 平测 斜测 扇形扫测 6 正常情况下采用 平测 方式 在桩身质量可疑的测点周围 应采用加密测点或采用 斜测 扇形扫测 进行复测 进一步确定桩身缺陷位置及范围 其方法参见下图1 2 5 2检测前的准备工作 1 检定或校准 调试仪器 确定系统延迟时间t0 2 收集待检工程 受检桩的施工记录和相关技术资料 3 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高 测量管口标高 作为各测点高程的基准 4 并根据声测管的尺寸和材质计算偶合声时tw 声测管壁声时tp 5 向各检测管内注入清水 封口待检 2 5 3现场检测 1 现场测试时 应确认仪器 换能器工作正常 2 准确量测各检测管 外壁 的间距 桩顶以上声测管高度 3 正常检测从桩底开始 宜采用平测法 4 测试中应保证发射与接收声波换能器以相同标高或保持固定高差同步升降 测点间距不宜大于250mm 5 在同一根桩各检测剖面的检测过程中 声波发射电压和仪器设置参数应保持不变 6 对可疑测点进行细测 加密平测 斜测 扇形扫测 2 6声测管埋设要求 1 声测管数量如右图 2 测管内径50 60mm 下端至桩底 上端高出桩顶 100mm 3 各测管与桩轴线对称布置 相互平行 规格尺寸一致 4 声测管上 下端加盖 水密封性好 管内无毛刺 异物 管壁不变形 5 测管应具有足够的刚度和强度 宜选用钢管 2 7检测数据分析与评价 2 7 1 测试数据处理 1 各测点主要声学参数 声速vi 波幅Api 主频fi 计算 波速 vi L tci tci ti tp t Api 首波幅值 fi 频信号主频值 2 波形观察和数据存储记录 3 绘制声参数 深度曲线根据测点计算 标高数据 绘制声速 深度 vi z 曲线 波幅一深度 Api z 曲线 主频一深度 fi z 曲线 必要时 将三条曲线对应起来进行异常测点的综合分析 2 7 2数据分析与判断 1 波速判据 概率法将同一检测剖面各测点的声速值vi1由大到小依次排序 v1 v2 vi vn k vn 1 vn n 0 1 2 声速低限值法当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时 宜采用声速低限值vL判据 即声速低限值vi vLvi 第i测点的声速值 vL 声速低限值 km s 由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果 结合本地区实际经验确定 2 PSD判据 斜率法 PSD K tK tci tci 1 zci zci 1 t tci tci 1根据实测声时计算某一剖面各测点的PSD判据 绘制 判据值一深度 曲线 然后根据PSD值在某深度处的突变 结合波幅变化情况 进行异常点判定 PSD法突出了声时变化 对缺陷较敏感 PSD法减小了因声测管不平行或混凝土不均匀等非缺陷因素造成的测试误差 对数据分析判断的影响 3 波幅判据 接收波首波波幅是判定混凝土灌注桩桩身缺陷的另一个重要参数 首波波幅对缺陷的反应比声速更敏感 但受许多非缺陷因素的影响 其测值没有声速稳定 4 主频判据 实测声波波形 计算绘制 主频一深度曲线 是辅助判据 少用 测试值没有声速稳定 对缺陷的敏感性又不及波幅 声波接收信号的主频漂移程度反映了声波在桩身混凝土中传播时的衰减程度 体现混凝土质量的优劣 测点主频值明显降低 该测点混凝土质量就越差 实测波形 仅供参考 波形强弱 能量衰减 规则性一定程度反映了混凝土质量状况 2 7 3桩身完整性综合判定 1 各声学指标特点用于判断桩身混凝土缺陷的多个声学指标 声速 PSD判据 波幅 主频 实测波形 它们各有特点和有不足 声速是进行综合判定的主要参数 其测试值是最稳定 可靠性最高的判据 声速与混凝土强度有有明确定的正相关性 波幅是进行综合判定的另一个重要参数 其测试值是一个相对比较量 没有声速稳定 受许多非缺陷因素影响大 但波幅对桩身混凝土缺陷敏感性高 2 综合分析步骤 确定异常测点依据对各检测剖而的测试结果分析 复测验证对异常点的判断采用加密平测和交叉斜测等方法 推断桩身缺陷的范围和程度根据各个检测剖面细测的结果 缺陷程度判断依据 a 实测声速与正常混凝土平均声速的偏离程度 b 实测波幅与同一剖面内正常混凝土平均波幅的偏离程度 c 实测波形与正常混凝土实测波形相比的畸变程度 d 缺陷处PSD判据的突变程度 在对缺陷的几何范围和程度作出推断后 按规范对桩身完整性类别进行判定 3 常见缺陷性质与声学参数的关系对于混凝土灌注桩 沉渣 声速和振幅均剧烈下降 桩底常见 泥砂 水泥浆 声速和振幅均明显下降 在桩身时是突变 在桩顶是缓变 混凝土离析 应采用波速和振幅两个参数进行综合分析判断 a 粗骨料多 砂浆少的地方声学界面多 对声波的反射 散射强 接收信号削弱 波幅明显下降 但粗骨料本身波速高 这些部位声速值并不低 b 粗骨料少 砂浆多的地方则正好相反 振幅测值有时还会高 但波速明显下降 c 气泡密集混凝土 混凝土内的分散气泡不会使波速明显降低 但却使声波能量明显衰减 注意点 1 各声学参数指标特点 声速测试值稳定 可靠性最高 是主要分析参数 波幅的测试值是一个相对比较量 主频测试值对缺陷的敏感性不及波幅 2 缩颈 局部与层状缺陷的差异 判定 3 声测管不平行度 倾斜 声测管接头 管上附着物对测试值的影响 4 实测桩顶管间距与实际平均管间距存在差异对实测波速的影响 3 低应变法检测 现行规范认可的低应变检测方法 A 反射波法 B 机械阻抗法 瞬态或稳态 国内普遍的低应变检测方法 反射波法 3 1反射波法特点和适用范围3 1 1特点 1 简单 快捷 实用等 2 受影响因素 桩土刚度比 桩周土约束 桩身材料特性 如阻尼 桩身截面阻抗变化影响 桩长 长径比影响大 尤其是大直径灌注桩 3 1 2适用条件 1 对受检桩要求 混凝土强度 15MPa 形状尺寸 A 设计桩身截面规则 H型 薄壁钢管桩不适用 B 有效检测桩长 受桩土刚度比影响 长径比 30 50 桩长 30 50m 冲击激振脉冲波长 即高频有效分量限制 波长 5倍 桩身横向尺寸 2 低应变法对桩身缺陷程度只作定性判定 3 当出现下列情况之一 低应变法宜结合其他检测方法进行桩身完整性判定 实测信号复杂 无规律 低应变法无法对其进行准确评价 设计桩身截面渐变或多变 且变化幅度较大的混凝土灌注桩 3 2反射波法检测基本原理3 2 1理论依据 1 以一维波动理论为基础 假设桩体均匀 连续 属于一维线性弹性杆件 2 在桩顶施加激振力时 将在桩身中激发出纵向弹性压缩应力波 遵循波的传播规律 以速度 沿桩身向下传播 3 介质中传播的波遇到波阻抗 cA 差异界面时 就会产生反射 折射等 利用应力波的这种性质 当桩身某截面出现扩 缩颈或有夹泥截面等情况 介质的阻抗变化 使一部分波产生反射并到达桩顶 由安装在桩顶的拾振传感器测试并记录 由此分析判断桩身完整性 3 2 2波速 桩长和缺陷 1 设桩底反射初次时间为T 桩长为L 则c 2L T c 波在桩身中传播速度 故测到弹性波的传输时间 当波速已知时 即可确定反射波的位置 如桩长已知 即可测到桩身混凝土波速 2 对于含缺陷桩 如果缺陷部位反射初次时间为tx则缺陷部位深度为 LX tx c 2桩身质量的缺陷性质 可结合反射波的振幅 相位 频率 波列组合以及衰减历时特征及场地施工 地质情况做出评价 3 3测试系统 1 反射波法测试系统主要由三部分组成 一体化主机 含放大 采集 分析等 传感器 激振器 含瞬态 稳态两类 2 仪器性能参数指标要求见现行规范规程 3 4现场检测作3 4 1检测对基桩龄期要求 略 龄期 14d 抗压强度 15MPa 3 4 2桩头处理 1 应凿去桩顶浮浆 松散或破损部分 2 桩顶应清理平整 干净 无积水 3 割除妨碍正常测试操作的桩顶外露主筋 4 桩顶强度 截面尺寸应与桩身基本等同 3 4 3激振设备瞬态法 常用 力锤 力棒 稳态法 电磁激振器 少用 略 1 锤重 数N 数百N 小直径桩 短桩 选择激振力较小的锤 大直径桩 长桩 选择激振力较大的锤或力棒 2 锤头材料 钢 铝 尼龙 塑料 橡皮锤头产生的脉冲力频谱带宽含量从高到底 频率 数千至数百Hz 宽脉冲力 有效频率低频含量大 用于大直径桩 长桩 深部缺陷检测 窄脉冲力 有效频率高频含量大 但应 2000Hz 用于小直径桩 短桩 浅部缺陷检测 3 锤垫 配合锤头材料选用 3 4 4传感器安装 1 测点布置 根据桩径大小 对称桩心布置2 4个测点 实心桩安装点在距桩中心约2 3R R为半径 空心桩安装点与桩心 激振点与桩心连线平面夹角90 激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋 2 安装 传感器信号接收方向应与桩轴线方向一致 传感器安装面应与桩顶面紧密接触 A 黏结时 黏结层应尽可能薄 B 冲击钻打孔安装方式 3 激振方向锤击力应沿桩轴线方向 每个检测点有效信号数不宜少于3个 而且应具有良好的重复性 通过叠加平均提高信噪比 3 4 5测试参数设定 1 合理设置采样时间间隔 采样点数 增益 模拟滤波 触发方式等 其中增益应结合激振方式通过现场对比试验确定 2 时域信号分析的时间段