低应变桩身完整性检测

2020 4 8 建筑基桩低应变检测技术 化学工业部 郑州 基础工程研究检测中心杜思义 2020 4 8 低应变法检测桩身完整性 定义 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 试验过程及测试信号的评判 应力波发射图 t 2L C 2020 4 8 桩身完整性检测 基本技能 一掌握现场测试技术 二能够正确分析判断桩身完整性 2020 4 8 一现场测试技术 1 1熟悉仪器设备的原理 构造和操作1 2正确安装传感器1 3选择正确的敲击方式1 4掌握不同敲击方式下出现的不同情况 2020 4 8 二分析判断桩身完整性 2 1熟悉一维波动理论 2 2熟悉各种桩型的施工工艺及具体施工情况 2 3熟悉地质条件 2 4了解现场测试情况 2020 4 8 1 1仪器设备的原理 构造和操作 北京康科瑞 武汉岩海 北京康科瑞 2020 4 8 加速度传感器 速度传感器 or 电荷放大器 A D转换 显示器 存储器 输出 滤波 放大等 仪器结构原理图 2020 4 8 现场检测流通图 2020 4 8 压电传感器构造 2020 4 8 传感器灵敏度 mv gmv m s 特点 加速度传感器高频响应好 体积小 重量轻影响因素 温度 湿度 横向灵敏度 电缆噪声 接地回路噪声 2020 4 8 激振工具 力锤 力棒工程塑料 高强尼龙 橡胶锤 铝锤 铁锤等重量 几百克 几百千克锤垫橡胶垫 2020 4 8 1 2传感器的安装 2020 4 8 桩头应按下列规定进行处理 1 凿去桩顶浮浆 清除松散或破损砼 使桩顶露出坚硬的混凝土表面 桩顶表面应平整干净且无积水 最好采用便携式砂轮机等工具磨平 2 桩顶的材质 强度 截面尺寸应与原桩身基本等同 3 对于预应力管桩 当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时 可不进行处理 否则 应采用电动锯将桩头锯平 4 妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉 测前准备 桩头处理 2020 4 8 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 传感器安装 2020 4 8 2020 4 8 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 7 避免共振 加速度传感器谐振频率5 10Hz 2020 4 8 8 对于钢筋混凝土灌注桩 传感器安装时应符合下列规定 1 传感器安装点及其附近的表面应平整 其周围不得有缺损或裂缝 2 当锤击点不在桩顶中心时 传感器安装点与锤击点的距离不应小于桩半径的二分之一 2020 4 8 激振设备 瞬态激振操作应通过现场试验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 工程塑料 尼龙 铝 铜 铁 橡胶锤头的软硬或锤垫的厚薄能起到控制脉冲宽窄的作用 锤头的质量和敲击力大小能起到控制力脉冲幅值的作用 2020 4 8 1 检测前 应仔细检查和准备仪器 使测试系统各部分之间匹配良好 采用交流电源检测时 应有接地措施 严禁电源零线带电 2 应通过对比测试 选择适当的锤型 锤重 锤垫材料 传感器安装方式 测试技术 2020 4 8 3 检测时 应合理设置采样时间间隔 采样点数 增益 传感器灵敏度 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 f 2fcf N f 2020 4 8 冲击锤型大小对波形的影响 冲击锤型不合适 冲击锤型合适 2020 4 8 4 每根桩的检测信号数量应符合下列规定 1 根据桩直径大小 桩心对称布置2 4个测点 每个测点记录的有效信号数不宜少于3个 2 不同测点所得到的信号一致性差时 应分析原因 增加检测点数量 2020 4 8 5 检测时应随时检查采集信号的质量 可根据缺陷所在位置的深浅 及时改变锤击脉冲宽度 当检测长桩的桩底反射信息或深部缺陷时 冲击入射波脉冲应较宽 当检测短桩或桩的浅部缺陷时 冲击入射波脉冲应较窄 同时采样时间间隔应较小 6 对检测信号宜作叠加平均处理 参与叠加平均处理的信号应不失真 无零漂现象 且信号数量不宜少于5个 2020 4 8 1 4不同敲击方式下出现的不同情况 2020 4 8 1 模型桩概况 共8根 模拟了裂缝 孔洞 混凝土碎裂等缺陷 N 2020 4 8 1 模型桩概况 2020 4 8 1 模型桩概况 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 1锤击方式 a b c 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 1锤击方式 d e f 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 2测试曲线及分析 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 2测试曲线及分析 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 2测试曲线及分析 2020 4 8 2 测试曲线及分析2 2测试曲线及分析 2020 4 8 3 讨论 2020 4 8 3 讨论 2020 4 8 3 讨论 2020 4 8 4 结语 不同的锤击方式会对测试曲线造成一定的影响 从而影响判断结果的准确性 因此 在测试时应配置不同的锤 采用不同的方式锤击 在现场应尽可能地得到可以大致判断的原始曲线 采样及分析时设置滤波应慎重 管桩缺陷并不是通常认为的那样容易测试 应加强这方面的研究 2020 4 8 二分析判断桩身完整性 2 1一维波动理论 2020 4 8 2 2各种桩型的施工工艺及具体施工情况沉管灌注桩质量通病钻 冲 孔灌注桩质量通病人工挖孔桩质量通病载体桩质量通病挤扩支盘桩质量通病预制钢筋混凝土桩质量通病钢桩质量通病其他 2020 4 8 1 采用加速度传感器时 可选择小于10Hz的高通滤波和大于2000Hz的低通滤波对积分后的速度信号进行处理 2 采用速度传感器时 可选择小于20Hz的高通滤波和大于1000Hz的低通滤波对速度信号进行处理 2 3检测数据的分析与判断 2 3 1信号处理 2020 4 8 3 当桩底信号较弱时 可采用指数放大 指数放大倍数以2 10倍为宜 被放大的信号幅值不应大于入射波的幅值 进行指数放大后的波形应基本回零 4 当需要时 可使用旋转处理功能 使测试波形尾部基本位于零线附近 2020 4 8 2 3 2应根据应力波理论对检测信号进行分析 1 信号分析前 首先应确定桩基工程的纵波波速平均值 对工程地质条件相近 成桩工艺相同 同一单位施工的桩基 确定其桩基工程的纵波波速平均值时 应符合下列规定 参加统计计算的桩应为 类桩 数量不应少于5根 2020 4 8 纵波波速时域计算示意图 2020 4 8 纵波波速频域计算示意图 2020 4 8 纵波波速值与平均值之差的绝对值大于平均值的5 者 不得参与统计 纵波波速平均值Cm按下式计算 Cm Ci n式中 n一统计纵波波速平均值所用的被检测桩的数量 2020 4 8 2 桩的测试信号符合下列要求 判为一类桩 1 有明确的桩底反射信号 2 除冲击入射波和桩底反射波外 在桩底反射波到达前 基本无反射波发生 3 实测纵波波速在正常的范围内 4 桩底谐振峰排列整齐等间距f c 2L 2020 4 8 扩颈桩应判为 类桩 桩身某部分阻抗增大 强度增加或截面积增大 会产生与入射波相位相反的反射波 a 单界面扩颈反射波示意图 2020 4 8 b 扩颈 还原反射波示意图 2020 4 8 3 桩底反射波与入射波相位相同 且能判定为桩底存在虚土或沉渣时 应判为 类桩或 类桩 4 检测信号显示桩身存在缺陷时 应根据缺陷反射波的幅值和相位 缺陷的深度位置 施工资料 工程地质资料 设计资料 结合经验综合分析缺陷严重程度 确定桩的类别 2020 4 8 5 桩身缺陷位置可按下式估算 Li Cm ti 2式中 Li一测点至桩身第i个缺陷的距离 ti 桩身第i个缺陷的反射波波峰与入射波波峰对应的时差 桩身缺陷位置也可用振幅谱上峰间频差进行估算 Li Cm fi 2 2020 4 8 缺陷位置计算示意图 2020 4 8 缺陷桩纵波波速计算示意图 时域 缺陷位置计算示意图 2020 4 8 缺陷桩纵波波速计算示意图 频域 缺陷位置计算示意图 2020 4 8 6 当测试信号出现以下情况之一时 宜判为 类桩 a未见到桩底反射 却出现周期性的同相反射波 b未见到桩底反射 却在2L C时刻前出现幅值较大的反射波 且反射波与入射波同相位 2020 4 8 7 对于混凝土灌注桩 注意区分缓变形后阻抗突变处的反射和扩径突变处的二次反射 8 对于堪岩桩 桩底反射时域信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时 应采取其他方法核验 9 桩头疏松或桩身有浅部缺陷时 宜处理后重新检测 2020 4 8 10 对于夯扩桩 人工挖孔 钻孔扩底桩 沉管灌注复打桩 应考虑桩的截面变化对测试结果的影响 综合分析波形 确定所检测桩的类别 2020 4 8 11 出现下列情况之一时 桩身结构完整性评价应结合其它检测方法进行 1 反射信号复杂 无规律 无法对其进行准确评价 2 桩身界面渐变或多变 且变化幅度较大的混凝土灌注桩 2020 4 8 低应变测试信号解读 2020 4 8 测试实例与常见情况 2020 4 8 完整桩典型时域 频域信号特征 2020 4 8 低应变法适用条件和应用中应注意的问题 理论基础 振动 平截面一维弹性均匀细长杆桩径限制不能过大设计桩身截面宜基本规则缺陷的难定量与类型难区分最大有效检测深度受限制不能用波速推定桩身混凝土强度用波速只能估算不能校核桩长复合地基中桩的检测问题 2020 4 8 1低应变测试的波速2土阻力影响3阻抗渐变型 阻抗的突变型4多缺陷桩5浅层严重缺陷的判别 几个值得注意的问题 2020 4 8 1低应变测试的波速c2 E 波速由桩身的弹性模量和密度决定 不是由桩身强度决定的 但波速与桩身混凝土强度整体趋势上呈正相关关系 即强度高波速高 但二者并不为一一对应关系 波速与桩身混凝土强度 混凝土的骨料品种 粒径级配 密度 水灰比 成桩工艺 导管灌注 振捣 离心 等因素有关 2020 4 8 2土阻力的影响原因 1 桩周土特性有较大突变 2 土阻力特点 1 土阻力的影响一般浅部较为明显 2 土阻力影响具有普遍性和区域性 2020 4 8 3阻抗渐变型 阻抗的突变型 a 逐渐扩径 b 逐渐缩颈 c 中部扩径 d 上部扩径 2020 4 8 桩身截面 阻抗 渐变或突变 往往在阻抗突变处的一次或二次反射主要表现为类似明显扩径 严重缺陷或断桩的相反情形 从而造成误判 因此 应结合施工情况 地层情况综合分析加以区