基桩检测.ppt

1、基 桩 检 测（低应变、超声、静载、高应变）,绵阳市应用物理岩土工程研究所 代爱国,问 卷,反射波 复合地基、基桩静载 锚杆、锚索载荷试验 基桩水平载荷试验 高应变,本次学习的思路,本次学习的特点是：初次（在单位应该已经全面地有所接触和实践）、学习时间短、内容广泛、基础理论涉及面较广、有的内容是极为枯燥。 概括性的讲解、点到为止的讲解、引领性的讲解、便于理解的讲解、不做大型理论推导的讲解，交流一些实际工作中的注意事项。 教材和讲解难免有误，请大家批评和探讨性的学习。 有关考试的问题，请注意教材！,1.概述,1.1桩基工程的基本知识 1.1.1什么是基础、地基和桩基 （1）基础：将结构所承受的各

2、种作用力传递到地基上的结构组成部分。 （2）地基：为支承基础的土体或岩体。 （3）桩基：由设置于岩土中的桩和联接于桩顶端的承台组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。它是由钢筋混凝土、钢材或木材制作的埋入土中的杆件。其中一根桩的称为单桩或基桩。桩基础中的单桩-基桩。,1.1.2 桩基础的优点 （1）抗地震性能好 （2）沉降量小和承载力高 （3）可以解决特殊地基土的承载力，当建筑物遇到不良的地质层位时，可以使用桩穿越特殊地层，而落在好的地层上,1.1.3 桩的分类 桩可以按桩身材料，桩、土相互作用特性和成桩方法进行分类： （1）按桩身材料分类：钢筋混凝土桩、钢桩、木桩。 （2）按桩、土相互作用特

3、性分类有： a 摩擦桩 b 端承桩 c 抗拔桩 d 水平荷载作用桩（单向、反复） e 被动桩-用于档土、深基坑支护和提岸边坡抗滑作用的桩。,（3）按成桩方法分类有： a 打入桩：预制桩、预应力管桩、钢桩 b 灌注桩：直接在地基土上用钻、冲、挖等方法成孔，就地灌注混凝土而成的桩。 干作业 非挤土桩 泥浆护壁 套管护壁法 灌注桩 部分挤土灌注桩-冲击成孔 灌注桩 挤土桩 夯扩桩 干振灌注桩,1.2 反射波法测桩 反射波法是地震勘探中的反射法的扩充应用（早期的反射波法仪器使用的就是地震仪），其原理与人们常说的雷达、声纳以及可见光等的反射相似，它是一种主动源反射。在地震勘探工作中，反射波法是解决宏观的

4、地质问题，而反射波法测桩，则是在特定的介质、边界条件下的应用，分析和判断特殊的问题-微观问题。 反射波（雷达、声纳、B超、可见光等）的反射前提是波遇到了物性差异，在同一种介质中不存在反射。我们谈的反射波法测桩，是反射波理论的局限使用，研究应力波在桩身中不同界面上的反射。,1.2.1 测桩的发展 我国的基桩检测工作起步较晚，90年以前，全国约有500多家测桩单位，低应变测桩占80-90%；四川省仅有几家检测单位。 低应变规范从90年后期才开始制定，于95年正式出台我国第一部基桩检测规程（JGJ/T 93-95）（95年12月1日施行，地矿部勘查技术司主编）,而后有JGJ106-97（97年12月

5、1日施行），再就是我们现在使用的JGJ106-2003规范 （2003年7月1日实施） 。 就四川省而言，99年以前从事基桩检测的单位较少，现在全省各个地方都有从事地基基础的检测单位，发展非常迅速，为全省的工程质量起到了非常重要的作用。,1.2.2 仪器的发展 在国外测桩发展得相对早些，最有代表性的仪器如：PIT、TNO等；在我国则相对晚些，在90年代前很多的单位是利用非专业的测桩仪，如，示波器、地震仪（有国产的、进口的、单道、多道等），因地震仪的采样时间间隔较大以及设计使用针对的对象原因，使基桩检测信号的质量大打折扣。 现在国产的仪器设备的性能指标已完全能胜任基桩检测工作的需要，并且与国外仪

6、器相比价廉唯美、便于维修。,1.3 发射波法在基桩检测中的能力 1.3.1 检测桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。 1.3.2 对桩长进行校核。 1.4 反射波法的缺陷 1.4.1 反射波法判定缺陷是一种间接的方法，将受多方面干扰因素的影响； 1.4.2 对缺陷性质较难准确判定 对于桩身不同类型的缺陷，反射波测试信号中主要反,映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。例如，混凝土灌注桩出现的缩径与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况等进行综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法进行。 1.4.3 对干扰无法分辨 土阻力的

7、变化能引起与桩身缺陷相类似的信号。看似缺陷信号，但并非是“缺陷”，增大检测工作的难度。,1.4.4 能量的损失 由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回到桩顶的传播为一能量和幅逐渐衰减过程。若桩过长或截面阻抗多变或变幅较，往往应力波未反射回到桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完全衰减或提前反射，致使仪器测不到桩底反射信号，而无法评定整根桩的完整性。,1.5 基桩检测实例 （1）考试桩设置： 在海牙Delft工业大学的停车场，设置15根预制桩，断面250250，桩长18米，其中10根桩考桩身完整性（设置有缩径、扩径、半断和完整桩）。

8、（2） 考试方法： 场地用大帐篷围住，因检测方法都是应力波反射法，所以由主考官敲锤，参考人员在帐篷外接受信号，每根桩敲击次数由参考人自己决定。 每根桩桩身阻抗变化情况和位置，事先完全告知考试者，而某根桩在场地哪个位置和主考官敲击哪根桩，参考者是不知道的，考试是实测波形和缺陷位置对号入座的选择题。,（3）结果： 桩身完整性参考12家，平均合格率40%，成绩最好的是荷兰IFCO顾问公司，合格率达到70%。 四川省在2005年曾进行了一次类似的比对考核，桩为预制桩，平放在地面上，用沙将其覆盖，考核者对缺陷未知，两端都可以进行敲击（每一个被考核的单位只能敲击考核的某一端），同一缺陷在不同端进行实测，其

9、曲线反应完全不同，考核结果比较理想。,2. 反射波法 测桩的理论前提 2.1 波的概念 振动的传播称为波或定义为振动状态的传播。 机械波（水波、声波等） 波 电磁波（无线电波、X射线、射线等） 产生波（机械），首先要有作机械振动的物体，即波 源；其次要有能够传播这种机械振动的介质，只有通过介质质点的相互作用，才可能把机械振动向外传播。,2.2 波速 波动是质点振动状态的传播，振动状态是用相位描述的，所以也有称相速。应注意区别波速与质点振动速度，不能将两者混淆起来，且质点的振动方向与波动的传播方向并不一定相同，如：横波其振动方向与传播方向是垂直的，做过剪切波测试的更能理解。 质点振动速度，高应变

10、一般在1.0-3.0m/s,低应变一般在10-2m/s，而波的传播速度快得多，例如：钢的波速5120m/s、空气331m/s、常见的混凝土3000-4200m/s等。,波的传播速度决定介质的特性，与介质的密度和弹性模量有关： 式中：E-弹性模量 -密度,2.2.1弹性模量E（MPa），应力与应变之比： 另，,F,u+u,u,2.2.2 波长 、周期、频率 同一波线上的两个相邻位相相差2的质点，振动的等调恰好一致，将它们之间的距离称之为波长。 一个完整的波通过波线上某点所需的时间，称之为周期（T）：,波长在我们的测桩工作中也是非常重要的一个参数，常常会用到的一个名词-盲区： 在基桩检测中，混凝土

11、的应力波速一般为3000-4200m/s，f一般在几百-几千赫兹，则在几米-几十米，根据长期的经验，在基桩检测中1.0米左右内（与激发的频率有关）的缺陷较难发现，则这一区段就称为“盲区”。 不同频率的弹性波在基桩检测中判定完整性有着特别重要的作用： 浅部、较小的缺陷-使用高频波； 长桩、跨越缺陷-使用低频波。,2.3 一维杆件 杆件直径D 和 DL ，是确保理论前提和获得良好信号的前提。 2.4 F-v之间的关系 根据弹性模量的定义：,Z,X u,2.5 F v 当应力波沿着一根弹性杆件传播时，在杆件上可以同时从两个不同的角度观察到它的作用： 一是：杆件的每一个截面都将受到某个轴向力F的作用，

12、产生应力和应变。 二是：每个截面都将产生轴向运动，产生相应的位移u、速度v和加速度a。 因此，对于同一个应力波，可以分别从受力和运动两个方面来加以观察和描述，并且之间存在作必然的联系。 即 F=Z.V,2.6 阻抗界面上应力波的反射 弹性波作用于aa阻抗界面上，根据波的入射、反射、透射，界面上有相应的平衡条件： 位移：ui+ur=ut .(2.6.1) 速度：Vi+vr=vt (2.6.2) 力： Fi+Fr=Ft (2.6.3) 根据F=z.v 则有 Fi=z1.vi .(2.6.4) Fr=-z1.vr .(2.6.5) Ft=z2.vt .(2.6.6),a,a,i,r,t,Z1,Z2,

13、将1、2介质中的力表达式代入（2.6.3）中，并与（2.6.2）联立求解可得速度反射系数；将速度表达式代入（2.6.2）中与（2.6.3）联立解可得力反射系数： 速度反射系数： 力反射系数：,高应变力反射系数,3.桩身阻抗变化的应力波反射曲线,3.1 完整桩：,F,无能量损失的情况,3.2 桩截面变小：,F,3.3 扩径类： 要特别注意在桩底反射之前有无反相反射信号。,F,3.4 断裂类： 注意连续的等时间差反射信号。,F,3.5 缩径 反射的强弱与缩径的严重程度相关，越严重则反射越强、桩底反射越弱。,F,3.6 夹泥、微裂、空洞类 桩底反射的频率随缺陷的严重程度有所下降。,3.7 离析 桩底

14、反射的频率下降。,3.8 嵌岩桩类 桩底反射相位相反(实际检测中出现的不多)。独立柱基有相同的结果。,独立柱基,4 反射波法现场检测,4.1 仪器设备 检测仪器的主要技术性能指标应复合现行行业标准基桩动测仪JG/T3055的有关规定，且应具有信号处理分析功能。检测用的计量器具必须在计量检定周期的有效期内。,4.2 收集资料、编写方案 收集被检测工程的岩土工程勘察资料、基桩设计图纸、施工记录，了解施工工艺和施工中出现的异常情况，多同监理和甲方代表沟通和了解。 根据调查结果和确定的检测目的，选择检测方法，制定检测方案，内容宜有：工程概况，检测方法及其依据标准，抽样方案，所需的机械或人工配合，试验周

15、期，资料提交。,4.3 检测开始时间 根据106-2003的规定，采用低应变法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。1-2周一般能达到70%。,混凝土强度与温度和龄期 增长曲线图,4.4 受检桩 1） 桩身强度应达到前面的要求； 2） 桩头的材质、强度、截面尺寸与桩身基本相同； 3） 桩顶面应平整、密实，并与桩轴向基本垂直； 4） 去除桩头破损，平整桩头，露出坚硬的混凝土表面； 5） 桩顶表面应平整干净且无积水； 6） 妨碍正常检测的桩顶外露主钢筋应割除；,7） 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，应采用电锯将桩头锯平。 8）

16、 当桩头与承台或垫层相连结时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响。因此，测试时桩头应与混凝土承台断开；当桩头侧面与垫层相连时，除非对测试信号没有影响，否则应断开。,4.5 测试参数 1） 时域信号记录的时间长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms，至少应能反映1-2次的反射长度。 2） 桩身波速可根据本地区同类型的测试值初步设定，需要分析时应按规范确定波速平均值Cm。 3） 采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频率分辨率合理选择，时域信号采样点数不宜少于1024点。 4） 传感器的设定值应按计量检定结果设定。,4.6 传感器的安装和激振操作 1） 传感器安装应与桩顶

17、面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度，降低因粘结产生的固有频率。 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90o，激振点和测量传感器位置宜为桩壁厚的1/2处。,R,R,传感器安装点,激振锤击点,传感器安装点、锤击点布置示意图,3） 激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼主筋影响，避免或减少外露主筋对测试产生干扰信号。 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，选择合适的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

18、冲获取桩身上部缺陷反射信号。可以使用不同的锤垫材质或使用不同材质的锤头来完成和实现激振信号的频率，已达到对不同要求提供相应的激振频率。,5 需要注意的问题,5.1 资料的收集 场地地质资料-对分析测桩信号大有帮助； 基桩的相关信息-桩型、桩长（？）、成桩工艺、施工记录； 广泛了解信息-从监理、甲方代表、以及施工的民工处都能了接到很多对分析有用的信息。,桩身缺陷实例： 一人工挖孔桩，开挖后为严重夹砂的桩身混凝土不连续。实测曲线 为连续、标准的 断桩信号，了解 甲方代表、监理 、民工等都说 -有护壁、 连续浇灌、 有人在场等等。,5.2 传感器的粘结 传感器的粘结好坏直接影响测桩的信号，安装必须牢

19、固，使传感器与桩体一起运动才能真实反映出桩身质点振动所传播的反射信息。 传感器视为一个质量，粘结剂视为一个弹簧，传感器在粘结于桩头的过程中，就成为了一个“质-弹”体系，其固有的频率将严重影响测桩的信号质量。,质-弹 体系固有频率： f0 k m,m,K,5.3 激振锤头材质 不同锤头材质，会产生不同的桩顶速度时域曲线，在实际检测过程中应准备多个不同材质的锤头，如：铁锤、铝头、尼龙头等。根据不同的目的和期望来选择对应的锤头，锤头越硬则产生的激振频率越高，对浅部的异常表现更为敏捷；锤头越软则产生的频率越低，其传播的深度更大，可以跨越缺陷、观察深部的问题。,铁,铝,尼龙,5.4 激振操作 能否获得正

20、确的桩顶振动曲线，与激振的好坏有很大的关系，激振能量要适当：对于浅部的缺陷，要求激振力的高频成分丰富-可以使用硬质和接触面小、质量小的锤头；对于深部缺陷，则要求激振力低频成分丰富-可以采用软质和接触面大、重量大的锤头。在大范围的工作开展之前，应对激振的锤头、能量进行试验，确保激振信号清晰、桩底反射明显。,5.5 土质变化对桩顶速度曲线的影响 在前面的基本概念所涉及的是无桩周介质参与的纯杆件反射理论曲线，实测中桩周有土质，应力波将通过折射的方式向土中散失和反射回来，这种反射可能会误判为桩的缺陷。 分析时，注意是否存在普遍性、缺陷与桩型和施工工艺是否吻合、查看地勘资料。,5.6 特别注意桩头的处理

21、 桩头附近的缺陷将严重干扰实测波形，应引起足够的重视，测桩时确保桩头处理已经达到下一步工序，是真正的工程桩。 一旦实测信号的类型发生变化、判读困难、桩底信号模糊不清时、曲线频率变低、低频背景上载有高频反射等，则有可能是桩头的缺陷所致！ 确保桩头传感器粘结在密实、完整的混凝土上，对于将传感器直接粘结在预应力管桩的法兰盘上的测桩方法应引起足够的重视！,工程桩,不同类型缺陷和土阻力分布的低应变曲线,P 72,超 声 波,P74,反 射 波 2,三个基本概念,1、质点振动速度（原位的来回摆动）。高应变时v=1-3m/s;低应变v=10-2m/s。 2、波速c= ，状态的传播速度c=n103m/s,只与

22、介质本身的特性有关。 3、力P与质点振动速度v的关系: p=A=AE( /x)=(AE/C)v p=zv（振动的两种表现形式） 其中：z=AE/c=Ac2/c=Ac（广义波阻抗）,X,x,第3章 基桩检测技术,3.1 桩身完整性试验 一 、 低应变实验 反射波法又称时域法，即在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后，研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。瞬态激振最简便的方法就是用手锤或力棒敲击桩顶，同时通过安置在桩顶的速度（或加速度）传感器，获得上述振动曲线。由于这种方法比较简便，成本低，所以在工程界中应用较广泛。 一般来说，凡是在桩身中引起小的变形的动力检测方法称

23、为低应变法，而在在桩身中引起大的应变（土的弹限2.5mm,高应变的贯入度宜在2-6mm之间）的方法称为高应变法。,（一）基本原理 要掌握反射波的原理，首先要了解桩身完整性和质量对脉冲波有什么影响。此时，可将桩视为一维弹性杆，当其一端受瞬态脉冲力作用时，则有应力波以波速c的速度沿着杆的轴线向另一端传播，如在传播中遇到杆件截面的波阻抗Z（ZcA）发生变化时，即在波阻抗Z改变的界面上，产生反射波。换言之，入射的应力波在变阻抗的界面上，有一部分透过界面继续沿着杆往下传播（称为透射波），而另一部分则从界面上反射回来（称为反射波）。 如果杆的界面上段阻抗Z1，界面下段阻抗Z2，因杆在界面处是连续的，则边界

24、条件为：,位移,速度,力,根据F=z.v 并规定力的作用方向下为“+”上为“-”（与高应变的规定相同）则有： Fi=Z1.vi Fr=-Z1.vr Ft=Z2.vt (1) 再根据界面处有连续的边界条件 vi+vr=vt Fi+Fr=Ft (2) （1）、（2）联解有： Rr=（Z1-Z2）/（Z1+Z2）,+,-,界面,2-3-1-7从速度来分析反射波的相位,速度反射系数,缩径类、扩径类,（1）桩的质量和完整性都无变化，波阻抗不变。此时，d1，即Z1Z2，故Rr0，无反射波，Rt1，即全部应力波均透射过界面传至下段； （2）桩身有离析、断裂、二次浇灌面、夹泥或沉渣等，使下段的阻抗变小。此时，

25、Z1Z2，d1，Rr0，反射波与入射波同相； （3）桩身有扩颈（桩身土阻力很大时），使扩颈处的阻抗变小。此时，Z2Z1，d1，且Rr0，故反射波与入射波反相； （4）桩底落在微风化基岩上（如嵌岩桩）。如桩身混凝土的、Vc比基岩的小，则Z1Z2，反射波与入射波同向；如混凝土的、Vc与基岩的相近，则无桩底的反射波出现。只有在理想的状态下可能有表现，绝大多数还是低阻抗的表现，清理不能达到理想的状态，实为一个二次浇灌面。,请检查你的报告中类似2-3-1-9公式或常用的公式有没有写错？,传感器。传感器可以采用速度传感器或加速度传感器，若用后者则需在放大器或采集系统或传感器本身中另加积分线路。无论用何种传

26、感器，频带宽度愈宽愈好，但至少为101000HZ。速度型的传感器的灵敏度应大于200mV/cml，加速度传感器的灵敏度应大于100mV/g。 放大器。要求放大器的增益高、噪声低、频带宽。对速度传感器用电压放大器；对加速度传感器则采用电荷放大器。放大器的增益应大于60dB，折合到输入端的噪声则应低于3dB，频带宽不窄于105000Hz，滤波频率应可调。近来出现的内装式集成电路压电加速度计，由于其体积小、重量轻、密封好、性能稳定，可在恶劣环境中使用，故具有较好的应用前景。,多道信号采集分析仪。要求仪器体积小、重量轻、性能稳定，便于野外使用，同时具备数据采集、记录贮存、数字计算和信号分析的功能。至少

27、有两个以上的通道，各通道一致性好，振幅偏差应小于3%，相位偏差小于0.1ms，采样频率各通道不应低于20kHz，并可分档进行调整。模数转换器的位数不低于12bit。目前荷兰TNO、IFCO以及美国的PIT均为专用的一体化仪器，并在无外接电源的情况下，可连续工作816小时。 2、测试要求 反射波法虽然比较简单，测试结果比较直观，曲线易于分析，但是要获得可靠的时域曲线，还必须注意以下几方面：,做好准备工作。这里包括了解场地资料、桩型、桩长、成桩工艺及施工记录等，并进行桩头处理。为此，应去掉浮浆和疏松混凝土部分至坚实的混凝土面，当桩径较大时，至少应保持在激振部位和传感器安置的地方能整平，但不要在混凝

28、土表面抹水泥砂浆找平层，以免砂浆与混凝土结合不好而造成误判。 安置好传感器。传感器必须安装牢固，使它与桩体一起运动，能真实反映出桩顶的振动。目前有预埋螺丝或通过黄油、橡皮泥或石膏粘接等，但前者硬连接易产生高频干扰，后者软连接易产生隔振，故要求压紧、密帖、使粘接剂尽量薄以保证同步。此外，传感器必须垂直安置。当桩径超过0.6m时，宜对称地安装两个或两个以上的传感器。,质-弹体系固有频率 =2f=,传感器为m，粘接剂相当于弹簧。,速度传感器的频响曲线,谐振频率f0,(mv/cm/s),f(Hz),激振要适当。能否获得正确的桩顶振动曲线，与激振的好坏有很大关系。应根据实际情况选择激振能量和锤头的材质，

29、而并不是能量愈大愈好。对于浅部的缺陷，要求激振力的高频成分丰富，故采用硬质锤头和质量小的锤；而对深部缺陷，要求激振力的低频成分丰富，故采用重量大的锤或力棒，棒头材料选用软质的为宜，因为高频力波方向性好，能探测的缺陷精度高，但衰减快，故对长桩和深层缺陷就无能为力；而低频力波则相反，衰减慢，但探测的精度不高。几种锤头材料的脉冲时间见表2-3-1-1。,铝,尼龙,橡皮,激振点一般应选择在桩顶的中心。 保证试验曲线的可靠性。为此，宜在正式试验前先进行试测，如发现问题，及时调整，以确定最佳的激振方式、仪器参数的选择和测试条件。测试曲线的幅度要适中，曲线光滑、无杂波且缺陷或桩底反射信号明显。每根桩应有三次

30、重复性好的实测曲线。如出现异常波形，应在现场及时分析研究解决。为了分析判断的需要，应使时域信号采集到一个完整的波形，在波形中能看到桩底反射信号。为了保证时域分析的精度，保证试验曲线的可靠性，可适当提高采样频率。,据第一节的基本原理可得知，第一个波峰为敲击时桩顶的入射波（t0）。此波向下经历l1到达第一个界面后，一部分透射过去继续下传，另一部分则反射到桩顶被传感器记录下来，形成第二个波峰（t2l1/Vc），由于波是从阻抗Z1小处往阻抗Z2大处传播，故此波峰与入射波是反相的。透射波下传经过l2到达第二个界面，同样有一部分透射过去继续下传，而另一部分则又反射到桩顶被记录下来，形成第三个波峰（t2L1

31、/Vc+2L2/Vc），由于波是从阻抗大处向阻抗小处传播，故此波峰与入射波同相。最后，剩余的透射波又继续传至第三个界面（桩底），又有一部分反射到桩顶，形成第四个波峰（t2L/Vc），由于桩材料的阻抗总是大于土的阻抗，故此波峰必然与入射的初始波峰同相。,2、桩的缺损率对桩顶速度曲线的影响（需要关注） 根据反射波出现的时间可以确定界面的位置，但是无法确定阻抗变化的程度（或缺损率）。图2-3-1-3为三根材质相同（即E、Vc一样），但具有不同缺损率A2/A1的桩的实测桩顶速度时域曲线，由此图再次表明，缺损率愈大，界面上下阻抗变化愈大，其反射波愈明显，因此，可以根据反射波峰与初始入射波峰的幅值之比 /

32、 大致判断其缺损率。即,用反射波的速度幅值比基本上能代替面积比,0.66,0.41,0.29,锤,渐变的判断难度加大，存在风险,这是理论分析的结果，实际检测中，只能看到的是实测波形，反分析和判断可能失误！,有关“盲区”的问题,波长=c/f： C=3500-4000米/秒： f=n100-n1000Hz： 则=n-n10米 根据长期的经验，在基桩检测中，1.0米左右内的缺陷是无法准确测定的，则这一区段就称之为“盲区”。 但盲区也是相对的，决定激发的频率和激振的能量。,对于浅部的缺陷应使用能产生较高频率的锤头，如：铁头。,实际工作中：一看是否存在普遍性，二是查看地勘资料。,反射波虽然简单，但应慎重

33、对待，特别要结合地质和施工工艺分析,高,中,低,这些不同条件下的时域速度曲线，是理论基础，更是进行实际分析的前提。必须深刻的理解和记忆。,图2-3-1-9显示了土阻力和裂纹深度的变化情况，以及计算出的桩顶程度响应。土阻力从上到下分为高、中、低三类。裂纹深度与桩径之比，从左到右分别为24%、49%和70%。在图2-3-1-10中，土阻力均属中等水平，除（g）和（l）外，如图2-3-1-9的例子一样都是从桩头到桩尖线性增加的。图中描绘了各种不同缺陷，除横截面减小的情况外，还有横截面的增大，横截面减小与增大的联合，横截面逐渐减小，不同长度和位置的横截面增大或减小等。其中横截在变化的长度取为1/6，1

34、/3，2/3，4/3和3倍的脉冲宽度。 图2-3-1-9和图2-3-1-10中的图例非常直观地显示了桩横截面或波阻抗的变化引起的桩头速度响应。从前面分析可知，波阻抗的减小将引起反射的拉伸波，且其质点速度方向与入射波一致。而当波阻抗增加时产生反射压缩波，其质点速度方向与入射波的相反。图中的速度曲线清楚地显示出，当一裂纹出现时，桩顶反射波波形表现为正负循环，且随着裂纹深,度的增加，也就是波阻抗的减小，反射脉冲峰值增高。对横截面的增大，波形呈现负正的循环。 对于在桩头和桩尖附近出现的缺陷，由于桩顶入射波和桩尖反射波叠加到由缺陷引起的反射波上，反射波波形发生畸变，这给正确判断缺陷类型和估计损坏程度造成

35、困难。 分析充分，请认真领会 图2-3-1-10中，（d）的桩顶速度响应没有反映出桩头附近出现的严重的缺陷存在，其波形却类似于由于波阻抗的增加或土阻力引起的反射波波形。（k）也有类似的情况。（e）中桩头附近出现了扩颈，然而从速度曲线却容易错判为缺陷。在（h）的反射脉冲解释中也会夸大缺陷的严重程度。 在桩尖附近出现的缺陷，例如图2-3-1-10中的（f）和（i）往往被桩尖反射波所掩盖，比较难于识别。 图2-3-1-10中的（c）描绘了一个横截面逐渐连续减小的例子。正如上节所分析的，严格地讲，对这种情况使用通过解波动方程进行速度曲线拟合的方法是不合适的。对这种变截面的桩，波动方程已不适用。在波的传

36、播过程中会发生弥散，且不会产生反射波。,对大范围内的扩颈，例如（g）和（j）也容易被解释为阻抗的减小。 比较图2-3-1-8中的（c），（f），（i）可以清楚地看出，随着土阻力的增加，相同深度的裂纹所引起的反射脉冲峰值相应地减小。这表明土阻力的存在“减弱”了真实损坏的严重程度。特别对于高土阻力的土层，应注意土阻力的这种干扰。 在图2-3-1-10（l）中，土阻力的剧烈变化也会产生像缩颈或砼离析那样的反射波形，在试验结果的解释中应进行综合分析。 正如前节中所分析的，仅从反射波来判断缺陷的类型是困难的。它往往是多解的，必须补充其他约束条件，进行综合分析判断。一般来说，在同一施工现场中进行低应变检测

37、的桩数是比较多的。在这些低应变试验中可以找出一完整桩的响应曲线。它包含了土阻力的影响，参照它可以排除有缺陷桩的土阻力效应，从而可以比较准确地估计桩损坏的严重程度。 实测中的严重质量问题你能发现吗？对于不同施工工艺的桩，其最易出现质量问题的症结点是否知道？,标准的断桩信号，但施工、监理、业主现场人员都说没有任何问题，并且全程护壁，没有停电，没有二次浇灌等。两次进场检测，确保检测数据的万无一失！在出具速报时，用词委婉，“检测时发现异常，建议甲方配合作开挖验证”,超 声 波 检 测,超声波的基础知识： 超声波是超声振动在弹性介质中传播的机械波。与声波和次声波在弹性介质中传播类似，区别在于超声波的频率

38、高于20kHz。 可听声波：20-20000Hz，人耳可以听到的声波范围。 次声波：20000Hz。 工业超声检测常用的工作频率为0.5-10MHz。较高的频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测，较低的频率用于衰减较大和粗晶材料（1MHz以下）。,超声波的特点： 超声波波长很短，这决定了超声波就有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测之中。 1 方向性好 超声波具有像光波一样定向束射特性。 2 穿透能力强 对于大多数介质而言，在金属中穿透能力可达数米。 3 能量高 超声检测的工作频率远高于声波频率，超声波的能量远大于声波的能量。 4 遇到界面将产生反射、折射和波型的转换 利用超声波在介质中传播时这

39、些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度等都得以大幅度提高。 5 对人体无害。,二、 声波透射法 （一）基本原理: 由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波（波长很短，视为直线传播并能发现更小的缺陷），并用高精度的接收系统记录该脉冲波 在砼内传播过程中表现的波动特性；当使接收到的透射波能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内桩身结构质量。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内部是否存在缺陷以及缺陷的大小及空间位置。,超声脉

40、冲透射法（又称声波透射法）是在桩内预埋纵向声测管道，将超声探头通过声测管直接伸入桩身内部逐段探测。因此，超声脉冲透射法对桩身混凝土缺陷的判断，更为直观可靠。此外，它还能比反射波法等低应变动力法更确切地给出桩身混凝土不同高程处的估算强度值，以及混凝土质量的均匀性，并可参照混凝土强度检验评定标准（GBJ109-87）评定混凝土的施工质量。因此，在工程实践中，人们越来越认识到它的优越性，并获得了广泛的应用。,（二）检测方式 1. 双孔检测 这是工作中最常用的方法！ 在桩内预埋两根以上的管道，把发射探头和接收探头分别置于两根管道中，检测时超声脉冲穿过两管道之间的混凝土，这种检测方式的实际有效范围，即为

41、超声脉冲从发射探头到接收探头所通过的范围。随着两探头沿桩的纵轴方向同步升降，使超声脉冲透扫过桩的整个纵剖面，从而可得到各项声参数沿桩的纵剖面的变化数据。由于实测时是沿纵剖面逐点移动换能器、逐点测读各项声参数，因此，测点间距应视要求而定。通常当用手动提拉探头时，测点间距一般采用2040cm，若遇到缺陷可疑区，应加密测点。为了避免水平断缝被漏测，可采用斜测方法，即两探头之间有一定高差，其水平测可取300400。双孔测量时，根据两探头相对高程的变化，可分为平测、斜测、扇形扫测等方式-细测，在检测时视实际需要灵活运用。,2. 单孔检测 在某些特殊情况下（例如，在钻孔取芯后）需进一步了解芯样周围混凝土的

42、质量，以扩大钻探检测的观察范围。这时，只有一个孔道可供检测使用，可采用单孔测量方式。单孔检测方式需专用的一发两收探头，即把一个发射压电体和两个接收压电体装在一个探头内，中间以隔声体隔离。声波从发射振子发出经耦合水穿过混凝土表层，再经耦合水到达上下两个接收压电体，从而测出超声脉冲沿孔壁混凝土传播时的各项声参数。运用这一检测方式时，必须运用信号处理分析技术，以排除管中的混响干扰以及各种反射信号叠加的影响。当孔道中有钢质套管时，由于钢管影响超声波在孔壁混凝土中的绕行，故不能使用此法检测。,3.桩外孔检测 当桩的上部结构已施工，或桩内未预埋声测管时，可在桩外的土层中钻一孔作为检测通道。由于超声在土中衰

43、减很快，因此桩外的孔应尽靠近桩身，使土层较薄。检测时在桩顶上放置一发射功率较强的低频平探头，沿桩的轴向下发射超声脉冲，接收探头从桩外孔中慢慢入下，超声脉冲沿桩身混凝土向下传播，并穿过桩与测孔之间的土层，通过孔中的耦合水进入接收换能器，逐点测出声时、波高等参数，当遇到桩或夹层时，该处以下各点声时明显增大，波高急剧下降，以此作为判断依据。这种方式的可测桩长受仪器发射功率的限制，一般只能测到48cm,而且只能只能判断平层、断桩、缩颈、凸肚等缺陷。 以上 3 种方式中，双孔检测是灌注桩超声脉冲检测法的基本形式。其它两种方式在检测和结果分析上都比较困难，只能作为特殊情况下的补救措施加以使用。,（三）用于

44、判断缺陷的基本物理参量 超声脉冲穿过桩体混凝土后，被接收换能器所接收。该接收信号带有混凝土内部的许多信息，如何把这些信息离析出来，予以定量化，并建立这些物理参量与混凝土内部缺陷、强度等级和均匀性等质量指标的定量关系，是当前采用超声脉冲检测法中的关键问题。目前已被用于灌注桩混凝土内部缺陷判断的物理参量有以下4 项：,(1)声时：即超声脉冲穿过混凝土所需的时间。 由发射探头激发的声波，首先是一个球面波，经过在水、测管、桩身砼介质的复杂结构体之中的传播之后，由于声波在不同介面上的各种作用现象，将在发射点与接收点之间形成一个非常复杂的声场，因此，接收探头输出的信号是一个十分复杂的波形，其中，还包含有换

45、能器物理特性形成的因素。在上述的复杂声场中，声波将分别沿不同的复杂路径传播，最终到达接收点，其声波走时都不相同。但是，在所有传播路径之中，总是存在一条最短路径，声波走时最短，接收探头最早接收到，形成信号波形的初始起跳，一般称之为“初至”。当桩身完好时，一般可认为这个最短路径就是发射探头与接收探头的直线距离，是已知量；,而初至对应的声时(ti) 扣去声波在测管、水之中的传播时间以及换能器及信号采集仪的时间延迟()，则可得声波传播经过两侧管外壁之间的砼介质的实际声时(tci)，,即tci=ti-t0-t 。 如果两声测管基本平行，则当混凝土质量均匀、没有内部缺陷时，在各横截面所测得的声时值基本相同

46、；但当存在缺陷时，由于缺陷区的泥、水、空气等内含物的声速远小于完好混凝土的声速，所以穿越时间明显增大，而且当缺陷中物质的声阻抗与混凝土的声阻抗不同时，界面透过率很小，根据惠更斯原理，声波将绕过缺陷继续传播，波线呈折线状。由于绕行声程比直达声程长，因此，声时值也相应增大。声时值用仪器精确测量，以微秒(s)计。声时值沿桩的纵剖面的变化状况形象直观，其结果绘成“声时深度”曲线。超声脉冲传播单位声程所需要的声时即为声速。因此，也可将声时值变换成声速值作为判断的依据。,(2)幅值：它是超声脉冲穿过混凝土后的衰减程度的指标之一。接收波幅值越低，混凝土对超声脉冲的衰减就越大。根据混凝土中超声波衰减的原因可知

47、，当混凝土中存在低强度区、离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，将产生吸收衰减和散射衰减，使接收波波幅明显下降。 幅值或衰减与混凝土质量紧密相关，它对缺陷区的反应比声时值更为敏感，所以它也是缺陷判断的重要数之一。,(3)频率：超声脉冲是复频波，具有多种频率成分。当它们穿过混凝土后，各频率成分的衰减程度不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接收信号的主频率向低频端漂移。其漂移的多少取决于衰减因素的严重程度。所以，接收频率实质上是衰减值的一个表征量，当遇到缺陷时，由于衰减严重，使接收频率降低。接收频率的测量一般以首波第一个周期为准，可直接在接收波的示波图形上作简易测量。频率也可采用频谱分析的方法求

48、取。,(4)接收波形：由于超声脉冲在缺陷界面的反射和折射，形成波线不同的波束。这些波束由于传播路径不同，或由于在界面上产生波型转换而形成横波等原因，使得到达接收换能器的时间不同，因而使所接收的波成为许多同相位或不同相位波束的叠加波，导致波形畸变。实践证明，凡超声脉冲在传播过程中遇到缺陷，其接收波形往往产生畸变。所以，波形畸变可作为判断缺陷的参考依据。波形畸变由于不易量化，需要测试人员具有较强的理论基础，更要有丰富的实测经验。,综上所述，当桩身某一段存在缺陷时，接收声波信号的特征将有如下变化： 、波速降低（声时延长） 、振幅减小 、波形畸变 、可能引起信号主频变化 对以上四个特征的获取与识别，就

49、是直管声波透射法检测基桩完整性的基本方法要领。,（四）.声测管的预埋 声测管是进行超声脉冲法检测时换能器进入桩体的通道。它是灌注桩超声脉冲检测系统的重要组成部分，它在桩内的预埋方式及其在桩的横截面上的布置形式，将直接影响检测结果。因此，需检测的桩应在设计时将声测管的分布和埋置方式标入图纸，在施工时应严格控制埋置的质量，以确保检测工作顺利进行。,1. 声测管的选择 声测管材质的选择，以透声率较大、便于安装及费用较低为原则。目前常有的管子多为钢管。钢管的优点是便于安装，可用电焊焊在钢筋骨架上，可代替部分钢筋截面，而且由于钢管刚度较大，埋置后可基本上保持其平行度和平直度，目前许多大直径灌注桩均采用钢

50、管作为声测管。声测管的直径，通常比径向换能器的直径大 10mm （保证换能器顺利畅通，更是减少测量认为误差的重要保证。因为所有的计算是设定换能器在管子的正中，管子内经越大，则误差越大！）即可，常用规格是内径5060mm。管子的壁厚对透声率的影响较小， 所以原则上对管壁厚度不作限制，但从节省用钢量的角度而言，管壁只要能承受新浇混凝土的侧压力，则越薄越省。,具体要求参见106-2003规范的附录H,公路规范JTG/T F81-01-2004,声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。,1,2,3,3.声测管的安装方法 声测管可直接固定在钢筋笼内侧上。

51、固定方式可采用焊接或绑扎，管子之间应基本上保持平等。若检测结果需对各测点混凝土的强度作出评估，则不平行度应控制在1以下。钢筋笼放入桩孔时应防止扭曲。管子一般随钢筋笼分段安装，每段之间的接头可采用反螺纹套筒接口或套管焊接方案。若采用波纹管则可利用大一号的波纹管套接，并在套按管的两端用胶布缠绕密封。无论哪一种接头方案都必须保证在较高的静水压力下不漏浆，接口内壁应保持平整，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍探头的自如移动，声测管的底部也应密封，安装完毕后应将上口用木塞堵住，以免浇灌混凝土时落入异物，致使孔道堵塞。,检测前的声测管检查,用一个与传感器相同大小和形状的钢棒，放入声测管中，检查是否上下运行

52、畅通，避免传感器被卡的情况发生。,4.声测管的其它用途 声测管除了用作检测通道及取代一部分钢筋截面外，还可作为桩底压浆的管道。试验证明，经桩底压浆处理的灌注桩，可大幅度提高其承载力。同时声测管还可作为事故桩缺陷冲洗与压浆处理的管道，这时需采取措施把需压浆的缺陷部位的管道打穿。,注意问题一：有关超声仪系统延时的问题,方法之一：,方法之二：,方法之三： 将两根声测管平行置于水中，再在声测管中放置径向换能器，实测结果视为“系统延时+声测管和耦合水层修正值,即为t0+t ”，看似很有道理！,至采样系统,超声仪系统延时测定方法,根据106-2003，标定法测定仪器系统延时时间的方法是： 将发射、接收换能

53、器平行悬于清水中，逐次改变点源距离并测量相应声时，记录若干点的声时数据并作线性回归的时距曲线。 据公路工程基桩动测技术规程F81-01-2004，传感器边缘距从400mm左右开始，测点数不少于 5个。,操作示意图,l,水箱,400mm左右,至采样系统,径向传感器,移动传感器,一个非常重要的问题,在标定仪器系统延迟时间时，超声仪需要输入的系统延时和声测管及耦合水层声时修正值均应为0否则实测的t0将向小的方向变化！,t (us),l(mm),t0,t0,正确！,人为输入值,声测管及耦合水层声时修正值（us）,t=（d1-d2）/vt+（d2-d）/vw 式中： d1-声测管外经（mm）; d2-声

54、测管内经（mm）; d-径向换能器外径（mm）； vt-钢管声速5.8（km/s）; vw-耦合水声速（km/s）。 注意：钢的应力波速度5200m/s,d1,d2,d,水,传 感 器,声 测 管,注意的问题二,需要检定合格的辅助计量器具：长度测量工具，温度计（特别注意小计量器具的检定）。 水温与水声速的关系,静 载,3.2 单桩承载力试验 一 、 静载试验 （一）单桩竖向抗压静载荷试验 1、试验目的 （1）确定单桩竖向承载力；图2-3-2-1 垂直静载试验装置示意 （2）当埋设有桩底反力和桩身应力、应变量测元件时，尚可直接测定桩侧各土层的极限摩阻力和端承力。,60cm。 （3）当采用锚桩反力

55、装置时，试桩与锚桩的中心距离不应小于2m，并大于3d（d为桩的直径或边长），基准桩与试桩和锚桩的中心距离均应大于3d。 3、试验设备 （1）加载装置：加载宜采用油压千斤顶，反力装置有下列几种： 锚桩反力装置（如图2-3-2-1）：锚桩的数量、长度和横梁尺寸均应按1.2-1.4倍预估试桩破坏荷载设计。当采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不应少于4根，并应对试验过程中锚桩上拔量进行检测。 堆载平台反力装置：堆载总重不应小于预估试桩破坏荷载的1.2倍。堆载平台的支承架与试桩的净距不应小于2.0m，且大于4d。 锚桩堆载联合反力装置：当试桩最大加载重量超过锚桩的抗拔能力时，可在反力架上再放置一定重物，以满足

56、试验荷载大于锚桩所能承受压力的试桩。,（2）量测装置：荷载可用放置在千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，或采用连于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算成荷载。试桩沉降一般采用百分表或位移计量测。对大直径桩应安设4个百分表，在桩的2个正交直径方向对称布置；小直径桩可布设2个或3个百分表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径。(106-2003规定桩顶0.2米以下),根据 106-2003的4.2.4条,4 基准梁应具有一定的刚度，梁的一端应固定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上。 5 固定和支撑位移计（百分表）的夹具及基准梁应避免气温、振动及其他外界因素的影响。,温度变化

57、对基准梁的影响试验,大棚温度试验,4、试验工作 试验方法可采用慢速维持荷载法、快速维持荷载法、多循环加载卸载法、等贯入速率法、平衡法等，为设计提供依据的竖向静载试验应采用慢速维持荷载法。慢速维持荷载法试验步骤采用逐级等量加载。 （1）加载分级：加载应分级进行，每分级荷载宜为最大加载量或预估极限荷载的1/10；其中第一级可取分级荷载的2倍。 （2）观测时间间隔：每级荷载加载后的第1小时内按5，15，30，45，60min测读一次，以后每隔30min测读一次。 （3）相对稳定标准：每1小时内的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，则认为已达到相对稳定，可加下一级荷载，每级荷载维持时间不应少于2h。 （4）试验终止条件：当出现下列情况之一时，试验即可终止。,（4）试验终止条件：当出现下列情况之一时，试验即可终止。 某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍。 某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定。 荷载已超过极限荷载两倍以上。 （5）卸载：每级卸载值为每级加载值的2倍，按