基桩低应变检测2.

1、低应变桩基完整性检测低应变桩基完整性检测 2014 2014年年1 1月月1717日日低应变反射波法低应变反射波法 本方法是通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来检测本方法是通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来检测桩身的完整性，判定桩身缺陷性质、位置及影响程度，判断桩身的完整性，判定桩身缺陷性质、位置及影响程度，判断桩端嵌固情况。桩端嵌固情况。 基本原理基本原理：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播。当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、下传播。当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或断桩和严重离析

2、等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩颈）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据扩颈）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息，据此计算桩身处理，可识别来自不同部位的反射信息，据此计算桩身波速、判断桩身完整性及混凝土质量，还可以根据视波波速、判断桩身完整性及混凝土质量，还可以根据视波速偏高对桩的实际长度加以核对。速偏高对桩的实际长度加以核对。 通过反射波相位特征来判断桩身缺陷的具体类通过反射波相位特征来判断桩身缺陷的具体类型具有一定困难。因此本方法在应用中应结合工程型具有一定困难。因此本方法在应用中应结合工程地质资料、施工技术资料（异常情况）、桩型、施地质

3、资料、施工技术资料（异常情况）、桩型、施工工艺等资料，通过综合分析来对桩身的缺陷及类工工艺等资料，通过综合分析来对桩身的缺陷及类型作出定性判定。型作出定性判定。二、理论基础二、理论基础 基桩质量是波动理论为基础的，根据基本假定基桩质量是波动理论为基础的，根据基本假定条件，将桩简化为一维弹性直杆建立力学模型条件，将桩简化为一维弹性直杆建立力学模型进行计算。进行计算。 1、假设条件：、假设条件： （1）视桩为一维弹性直杆；）视桩为一维弹性直杆； （2）假定基桩为均质材料构成，其各物理参数）假定基桩为均质材料构成，其各物理参数如弹性模量、质量密度为常数（及向同性），如弹性模量、质量密度为常数（及向同

4、性），且横截面在受力时保持平面（刚体）；且横截面在受力时保持平面（刚体）； （3）忽略了桩的内外阴尼和表面摩擦力的影响，）忽略了桩的内外阴尼和表面摩擦力的影响，桩周土对桩的约束和支承作用，集中由桩底的桩周土对桩的约束和支承作用，集中由桩底的一个弹簧代替。一个弹簧代替。2 2、建立波动方程（略）、建立波动方程（略） 3 3、波动方程的解、波动方程的解 f =fn+1f =fn+1fn= fn= VcVc / 2L / 2L （n=0, 1, 2, n=0, 1, 2, ） 根据频率和周期的关系得到：根据频率和周期的关系得到： VcVc= 2L= 2L f =2L/ f =2L/ T T 瞬态动测

5、法，就是根据一维弹性杆纵向振动的这一特瞬态动测法，就是根据一维弹性杆纵向振动的这一特性，利用传播周期性，利用传播周期T T或各阶频率间隔或各阶频率间隔f f、纵应力波、纵应力波VcVc和桩长和桩长L L三个参数之间的固定关系，作为桩基质量检验的三个参数之间的固定关系，作为桩基质量检验的重要依据之一。三个参数之中，只要知道两个就可以确重要依据之一。三个参数之中，只要知道两个就可以确定出第三个。定出第三个。 传感器安装传感器安装 传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。粘结应牢固，并与桩顶面垂直。 传感器安装的好坏对采

6、集信息的影响很大，粘结传感器安装的好坏对采集信息的影响很大，粘结层应可能薄。传感器底面与桩顶应紧密接触，不得层应可能薄。传感器底面与桩顶应紧密接触，不得用手接触传感器，在信号采集过程中不得产生滑移用手接触传感器，在信号采集过程中不得产生滑移或松动。或松动。检测数据分析与判定检测数据分析与判定 桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况（工艺、成孔及灌注记域分析，并结合施工情况（工艺、成孔及灌注记录等）、岩土工程勘察资料和波形特征等因素进录等）、岩土工程勘察资料和波形特征等因素进行综合分析判定。行综合分析判定。 桩基低应变反射波法的过程实质

7、是一个振动测量的过桩基低应变反射波法的过程实质是一个振动测量的过程，要对该过程的频率响应作系统的分析，现场测试，由程，要对该过程的频率响应作系统的分析，现场测试，由于振源，桩土系统的衰减以及传感器等多方面的因素，很于振源，桩土系统的衰减以及传感器等多方面的因素，很难有覆盖全频域的信号出现。难有覆盖全频域的信号出现。 考虑时域和频域：考虑时域和频域： 深部缺陷深部缺陷: x 25m,f=(30,200)Hz;: x 25m,f=(30,200)Hz; 中深部缺陷：中深部缺陷：x10m, f=(20,500)Hz;x10m, f=(20,500)Hz; 中浅部缺陷：中浅部缺陷： x2m, f=(2

8、0,2500)Hz;x2m, f=(20,2500)Hz; 浅部缺陷：浅部缺陷： x2m, f=(20,5000)Hzx2m, f=(20,5000)Hz 大量现场试验和理论分析表明，振源有时是影响测试大量现场试验和理论分析表明，振源有时是影响测试效果的关键因素，宽脉冲振源会导致实测信号分辨率下降效果的关键因素，宽脉冲振源会导致实测信号分辨率下降，影响小缺陷的正常识别。窄脉冲信号不仅可能导致波形，影响小缺陷的正常识别。窄脉冲信号不仅可能导致波形振荡而且会因穿透力弱而影响深部缺陷的测试。振荡而且会因穿透力弱而影响深部缺陷的测试。 一般说来，对于敲击用的锤，材质越软，碰撞速度越一般说来，对于敲击用

9、的锤，材质越软，碰撞速度越低，锤体重量越重，信号的脉冲宽度就越大，高频成分就低，锤体重量越重，信号的脉冲宽度就越大，高频成分就越少。越少。 依次为：小钢锤依次为：小钢锤-小铁锤小铁锤-轻质脆性尼龙锤轻质脆性尼龙锤-轻轻质木锤质木锤-大铁锤大铁锤-柔性塑料锤柔性塑料锤-橡皮锤。橡皮锤。 （0.5ms-5ms)0.5ms-5ms) 现在经常使用的加速度传感器的频率响应在（现在经常使用的加速度传感器的频率响应在（005000Hz5000Hz）之间，对低应变反射波法已经足够，但地震检波）之间，对低应变反射波法已经足够，但地震检波器的频率响应在（器的频率响应在（0500Hz0500Hz）之间，对低应变反

10、射波法有）之间，对低应变反射波法有点欠缺，应采用高阻尼速度传感器。点欠缺，应采用高阻尼速度传感器。 但传感器的安装条件对传感器的频响特性有很大的影但传感器的安装条件对传感器的频响特性有很大的影响，传感器的安装条件不同，其安装谐振频率也不同，应响，传感器的安装条件不同，其安装谐振频率也不同，应将安装谐振频率提高到振动测试系统的响应频率之外。将安装谐振频率提高到振动测试系统的响应频率之外。 传感器与桩头的接触以刚性连接为最好，采用石膏传感器与桩头的接触以刚性连接为最好，采用石膏安装也是一个好方法，用牙膏或橡皮泥安装效果不太好。安装也是一个好方法，用牙膏或橡皮泥安装效果不太好。 现代电子技术环境下制

11、造的桩基动测仪一般频响特现代电子技术环境下制造的桩基动测仪一般频响特性非常好，远远超过传感器的响应频率范围，只要仪器正性非常好，远远超过传感器的响应频率范围，只要仪器正常，操作正确，一般问题不大。常，操作正确，一般问题不大。 根据根据JGJ 1062003 JGJ 1062003 规范，低应变判别的是桩身完整规范，低应变判别的是桩身完整性类别性类别 ，应充分了解场地和桩型的特点，除规范在检测，应充分了解场地和桩型的特点，除规范在检测方案规定的外，还应和甲方及打桩单位的技术人员沟通。方案规定的外，还应和甲方及打桩单位的技术人员沟通。了解该检测工程打桩情况，求得对检测工程的初步判断。了解该检测工程

12、打桩情况，求得对检测工程的初步判断。 在低应变反射波法工程检测中，由于需检测的基桩数在低应变反射波法工程检测中，由于需检测的基桩数量多，工作环境差，不可能像在实验室一样进行测量。其量多，工作环境差，不可能像在实验室一样进行测量。其要求是快速、准确。要求是快速、准确。 选择合适的锤，事先要带好几样不同材质不同重量的选择合适的锤，事先要带好几样不同材质不同重量的锤。锤。 传感器的安装，除预制桩外，桩面处理一般不理想，传感器的安装，除预制桩外，桩面处理一般不理想，但至少要选择一块几个平方厘米的新鲜的砼面并清扫。但至少要选择一块几个平方厘米的新鲜的砼面并清扫。 认真实测头几根桩，进行传感器、振源、安装

13、方式、认真实测头几根桩，进行传感器、振源、安装方式、仪器的参数设置调整等。仪器的参数设置调整等。 注意波形是否合理，桩底和浅部的缺陷反映是否正常注意波形是否合理，桩底和浅部的缺陷反映是否正常。 然后就可以快速地进行其它桩的检测，检测中特别要然后就可以快速地进行其它桩的检测，检测中特别要对每根桩的桩底信号予以关注，并关注各桩信号的一致性对每根桩的桩底信号予以关注，并关注各桩信号的一致性。 对需要判为四类桩的桩，要进行详细测试，换不同的对需要判为四类桩的桩，要进行详细测试，换不同的锤、不同的激振点、不同的安装点。尽量在现场作出决定锤、不同的激振点、不同的安装点。尽量在现场作出决定。因为低应变反射法

14、的数据处理较简单，收工回到室内后。因为低应变反射法的数据处理较简单，收工回到室内后再去工地会有其他的麻烦。再去工地会有其他的麻烦。 低应变反射法检测是对桩身完整性类别进行判定低应变反射法检测是对桩身完整性类别进行判定 。而对缺陷位置的判定有较多的影响因素，应慎重。而对缺陷位置的判定有较多的影响因素，应慎重。 完整性检测的目的仅在于大体查清工地成桩状况，为完整性检测的目的仅在于大体查清工地成桩状况，为后续检测提供技术支持。其重要意义在于缩小了整个工地后续检测提供技术支持。其重要意义在于缩小了整个工地的不可知范围。对于一个具体的工地，通过低应变反射法的不可知范围。对于一个具体的工地，通过低应变反射

15、法检测，人们知道哪些成桩质量好、哪些成桩质量差，哪些检测，人们知道哪些成桩质量好、哪些成桩质量差，哪些成桩质量需用其它方法再进行检测。成桩质量需用其它方法再进行检测。 对于一个具体的工地，如大多数桩有较明显的桩底反对于一个具体的工地，如大多数桩有较明显的桩底反射信号，应认为成桩质量还是好的。射信号，应认为成桩质量还是好的。 检测单位作为丙方，往往受到甲乙方的非检测因素干检测单位作为丙方，往往受到甲乙方的非检测因素干扰，检测人员自己要有一个对工地的成桩质量总体判断，扰，检测人员自己要有一个对工地的成桩质量总体判断，以保护自己。以保护自己。 在工程检测实践中，检测人员要不断地学习应力波理在工程检测

16、实践中，检测人员要不断地学习应力波理论知识，岩土工程知识、特别是桩基工程设计知识。对不论知识，岩土工程知识、特别是桩基工程设计知识。对不同打桩机械要有了解，这些能帮助检测人员增加桩基检测同打桩机械要有了解，这些能帮助检测人员增加桩基检测正确性的判定概率。正确性的判定概率。工程实例 1.实测桩 实例与分析 水池近景水池近景水池内景水池内景部分模型部分模型 一般规律： 根据一维弹性波在基桩内的传播理论可知：桩顶受锤击后产生的应力波（或应变波）在桩身内向下传播的过程中，当遇到阻抗发生变化的界面（如：缩颈、扩颈、离析、裂缝、断裂等缺陷和接桩面、桩底）时，将产生反射波，反射波信号的强弱、幅频曲线的起伏程

17、度与界面处的波阻抗差异（即界面上、下桩身阻抗之差）成正比。若桩身内存在严重缩颈或断裂面时，则不但反射波幅值大，而且将出现二次、甚至多次反射，幅频曲线有十分深凹的多次起伏。当界面之上的桩身阻抗大于界面之下桩身阻抗，亦即阻抗比大于1时，反射波相位与入射波相位“同相”，反之反射波相位与入射波相位“反相”。 除扩颈桩外，基桩完整性检测中，获取的反射波均与入射除扩颈桩外，基桩完整性检测中，获取的反射波均与入射波同相。由上可知，根据反射波相位难于识别桩身缺陷是缩波同相。由上可知，根据反射波相位难于识别桩身缺陷是缩颈、夹泥离析，还是裂缝、断裂。为了识别桩身缺陷性质，颈、夹泥离析，还是裂缝、断裂。为了识别桩身

18、缺陷性质，应仔细观察反射波特征。若距桩顶约应仔细观察反射波特征。若距桩顶约23m23m之内出现断裂，反之内出现断裂，反射波往往具有锯齿状波叠加在低频波上的特征，若距桩顶射波往往具有锯齿状波叠加在低频波上的特征，若距桩顶7 7、8m8m左右出现断裂，反射波往往具有波宽较窄的二次，甚至多左右出现断裂，反射波往往具有波宽较窄的二次，甚至多次反射；若桩身深部出现严重缺陷，反射波似完整桩端反射次反射；若桩身深部出现严重缺陷，反射波似完整桩端反射，实测计算得到的波速肯定偏高。若桩身存在离淅，反射波，实测计算得到的波速肯定偏高。若桩身存在离淅，反射波往往较杂乱，且波幅较小。若桩端有沉渣，则桩端反射波信往往较杂乱，且波幅较小。若桩端有沉渣，则桩端反射波信号既强又杂乱。号既强又杂乱。 钢筋砼桩的接桩面也是一个界面，若接桩面不密贴，则钢筋砼桩的接桩面也是一个界面，若接桩面不密贴，则反射波信号明显可见；若上、下节桩已脱开、错位，那末反反射波信号明显可见；若上、下节桩已脱开、错位，那末反射波必然很强烈