第9章 樁身完整性檢測(cè)

1、第9章 樁身完整性檢測(cè)9.1低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性v方法定義： 采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測(cè)樁頂部的速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過波動(dòng)理論分析或頻域分析，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定的檢測(cè)方法。v試驗(yàn)過程及測(cè)試信號(hào)的評(píng)判傳感器 數(shù)據(jù)采集 計(jì)算機(jī) 軟件分析 試樁應(yīng)力波發(fā)射圖t=2L/C低應(yīng)變法測(cè)試設(shè)備北京康科瑞武漢巖海北京康科瑞1 樁頭應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行處理： （1） 鑿去樁頂浮漿、清除松散或破損砼，使樁頂露出堅(jiān)硬的混凝土表面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無(wú)積水，最好采用便攜式砂輪機(jī)等工具磨平； （2) 樁頂?shù)牟馁|(zhì)、強(qiáng)度、截面尺寸應(yīng)與原樁身基本等同。 (3) 對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)法蘭盤與樁身混凝土

2、之間結(jié)合緊密時(shí)，可不進(jìn)行處理，否則，應(yīng)采用電動(dòng)鋸將樁頭鋸平。 (4) 妨礙正常測(cè)試的樁頂外露主筋應(yīng)割掉。9.1.19.1.1測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)2 應(yīng)仔細(xì)檢查和準(zhǔn)備儀器，使測(cè)試系統(tǒng)各部分之間匹配良好。采用交流電源檢測(cè)時(shí)，應(yīng)有接地措施，嚴(yán)禁電源零線帶電。3 應(yīng)通過對(duì)比測(cè)試，選擇適當(dāng)?shù)腻N型、錘重、錘墊材料、傳感器安裝方式。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)1 傳感器安裝在樁頂面。安裝完畢后的傳感器必須與樁頂面保持垂直，且緊貼樁頂表面，在信號(hào)采集過程中不得產(chǎn)生滑移或松動(dòng)。2 傳感器可用黃油、橡皮泥、石膏等材料作為耦合劑與樁頂面粘接，或采取沖擊鉆打眼安裝方式，不應(yīng)采用手扶方式。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)傳感器安裝3 對(duì)于鋼筋混凝土灌

3、注樁，傳感器安裝時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定： (1) 傳感器安裝點(diǎn)及其附近的表面應(yīng)平整，其周圍不得有缺損或裂縫； (2) 當(dāng)錘擊點(diǎn)在樁頂中心時(shí)，傳感器安裝點(diǎn)與樁中心的距離宜為樁半徑的三分之二左右。 (3) 當(dāng)錘擊點(diǎn)不在樁頂中心時(shí)，傳感器安裝點(diǎn)與錘擊點(diǎn)的距離不應(yīng)小于樁半徑的二分之一。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)4 對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，傳感器安裝點(diǎn)、錘擊點(diǎn)與樁頂面圓心構(gòu)成的平面夾角宜為900左右。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)RRR23 1檢測(cè)時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置采樣時(shí)間間隔、采樣點(diǎn)數(shù)、增益、傳感器靈敏度、模擬濾波、觸發(fā)方式等，其中增益應(yīng)結(jié)合激振方式通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)確定。2 檢測(cè)時(shí)用錘沖擊樁頂面，必須沿樁軸向激振。3錘的質(zhì)量的選擇。 測(cè)

4、試技術(shù)測(cè)試技術(shù)測(cè)試要求沖擊錘型大小對(duì)波形的影響沖擊錘型大小對(duì)波形的影響（）（） 沖擊錘型不合適沖擊錘型不合適 （）（） 沖擊錘型合適沖擊錘型合適3 每根樁的檢測(cè)信號(hào)數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定： (1)根據(jù)樁直徑大小，樁心對(duì)稱布置24個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)記錄的有效信號(hào)數(shù)不宜少于3個(gè)； （2） 不同測(cè)點(diǎn)所得到的信號(hào)一致性差時(shí)，應(yīng)分析原因，增加檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)4 檢測(cè)時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢查采集信號(hào)的質(zhì)量，可根據(jù)缺陷所在位置的深淺，及時(shí)改變錘擊脈沖寬度。當(dāng)檢測(cè)長(zhǎng)樁的樁底反射信息或深部缺陷時(shí)，沖擊入射波脈沖應(yīng)較寬；當(dāng)檢測(cè)短樁或樁的淺部缺陷時(shí)，沖擊入射波脈沖應(yīng)較窄，同時(shí)采樣時(shí)間間隔應(yīng)較小。5 對(duì)檢測(cè)信號(hào)宜作疊加平均

5、處理，參與疊加平均處理的信號(hào)應(yīng)不失真、無(wú)零漂現(xiàn)象，且信號(hào)數(shù)量不宜少于5個(gè)。測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)（1） 采用加速度傳感器時(shí)，可選擇小于10Hz的高通濾波和大于2000Hz的低通濾波對(duì)積分后的速度信號(hào)進(jìn)行處理。（2） 采用速度傳感器時(shí)，可選擇小于20Hz的高通濾波和大于1000Hz的低通濾波對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行處理。9.1.2檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與判斷1信號(hào)處理（3） 當(dāng)樁底信號(hào)較弱時(shí)，可采用指數(shù)放大，指數(shù)放大倍數(shù)以230倍為宜，被放大的信號(hào)幅值不應(yīng)大于入射波的幅值，進(jìn)行指數(shù)放大后的波形應(yīng)基本回零。（4）當(dāng)需要時(shí)，可使用旋轉(zhuǎn)處理功能，使測(cè)試波形尾部基本位于零線附近。 2應(yīng)根據(jù)應(yīng)力波理論對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析。 （1）

6、信號(hào)分析前，首先應(yīng)確定樁基工程的縱波波速平均值。對(duì)工程地質(zhì)條件相近、成樁工藝相同、同一單位施工的樁基，確定其樁基工程的縱波波速平均值時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定： 參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算的樁應(yīng)為一類樁，數(shù)量不應(yīng)少于5根；縱波波速時(shí)域計(jì)算示意圖縱波波速頻域計(jì)算示意圖 縱波波速值與平均值之差的絕對(duì)值大于平均值的5者，不得參與統(tǒng)計(jì)。 縱波波速平均值Cm按下式計(jì)算： CmCin 式中:n一統(tǒng)計(jì)縱波波速平均值所用的被檢測(cè)樁的數(shù)量；所檢測(cè)樁的測(cè)試信號(hào)符合下列要求，判為一類樁： （1）有明確的樁底反射信號(hào)； （2）除沖擊入射波和樁底反射波外，在樁底反射波到達(dá)前，基本無(wú)反射波發(fā)生； （3）實(shí)測(cè)縱波波速在正常的范圍內(nèi)。 (4)樁底

7、諧振峰排列整齊等間距f=c/2L擴(kuò)頸樁應(yīng)判為一類樁。樁身某部分阻抗增大（強(qiáng)度增加或截面積增大），會(huì)產(chǎn)生與入射波相位相反的反射波。（a）單界面擴(kuò)頸反射波示意圖(b)擴(kuò)頸-還原反射波示意圖4 樁底反射波與入射波相位相同，且能判定為樁底存在虛土或沉渣時(shí)，應(yīng)判為三類樁或四類樁。5 檢測(cè)信號(hào)顯示樁身存在缺陷時(shí)，應(yīng)根據(jù)缺陷反射波的幅值和相位、缺陷的深度位置、施工資料、工程地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)資料，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)綜合分析缺陷嚴(yán)重程度，確定樁的類別。6 樁身缺陷位置可按下式估算： LiCmti2 式中:Li一測(cè)點(diǎn)至樁身第i個(gè)缺陷的距離； ti樁身第i個(gè)缺陷的反射波波峰與入射波波峰對(duì)應(yīng)的時(shí)差）。樁身缺陷位置也可用振幅譜上峰

8、間頻差進(jìn)行估算： LiCmfi2缺陷位置計(jì)算示意圖缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（時(shí)域）缺陷位置計(jì)算示意圖缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（頻域）缺陷位置計(jì)算示意圖7 對(duì)于混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)測(cè)試信號(hào)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，宜判為四類樁： (1)未見到樁底反射，卻出現(xiàn)周期性的同相反射波； (2)未見到樁底反射，卻在2LC時(shí)刻前出現(xiàn)幅值較大的反射波，且反射波與入射波同相位。8 對(duì)于混凝土灌注樁，注意區(qū)分緩變形后阻抗突變處的反射和擴(kuò)經(jīng)突變處的二次反射。9對(duì)于堪巖樁，樁底反射時(shí)域信號(hào)為單一反射波且與錘擊脈沖信號(hào)同向時(shí)，應(yīng)采取其他方法核驗(yàn)。10 樁頭疏松或樁身有淺部缺陷時(shí)，宜處理后重新檢測(cè)。 11對(duì)于夯擴(kuò)樁，人

9、工挖孔、鉆孔擴(kuò)底樁，沉管灌注復(fù)打樁，應(yīng)考慮樁的截面變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，綜合分析波形，確定所檢測(cè)樁的類別。12 出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，樁身結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)應(yīng)結(jié)合其它檢測(cè)方法進(jìn)行： （1）反射信號(hào)復(fù)雜，無(wú)規(guī)律，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)； （2）樁身界面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁；低應(yīng)變測(cè)試信號(hào)解讀低應(yīng)變法適用條件和應(yīng)用中應(yīng)注意的問題v理論基礎(chǔ)： （振動(dòng)）平截面一維彈性均勻細(xì)長(zhǎng)桿樁徑限制不能過大 設(shè)計(jì)樁身截面宜基本規(guī)則 缺陷的難定量與類型難區(qū)分 最大有效檢測(cè)深度受限制 不能用波速推定樁身混凝土強(qiáng)度用波速只能估算不能校核樁長(zhǎng)復(fù)合地基中樁的檢測(cè)問題特別注意：特別注意：v土阻力影響土阻力影響v阻抗

10、漸變型阻抗?jié)u變型v多缺陷樁多缺陷樁9.2高應(yīng)變法檢測(cè)基樁完整性21ZZ212111FZZZZFmax12FFR樁身完整性判定txtamax12UFFRF 11 12xxRF tZV tUF 9.3聲波透射法檢測(cè)樁身完整性2.3.7 聲波透射法v方法定義： 在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射并接收聲波，通過實(shí)測(cè)聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時(shí)、頻率和波幅衰減等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化，對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)的方法。v測(cè)試原理與過程：n預(yù)埋聲測(cè)管24根n聲測(cè)管內(nèi)注水介質(zhì)n從下往上間隔1010Hz混凝土聲波透射法使用的主頻率一般為21041010 Hz縱波P橫波S 注：只有固體才能傳播橫波表面波R波類型波的形式：平面波、球面

11、波、柱面波蘭姆波、扭轉(zhuǎn)波等有關(guān)波的概念：波振面、波前、波線波面波線u波前（c）波動(dòng)方程v平面余弦波在理想介質(zhì)中的波動(dòng)方程)cos(0tAu)(cos0vxtAu 物理意義：tTA0 xAu x = x0處平面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律 t = t0時(shí)，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的位移 v影響聲波波速的主要因素：v縱波波速v橫波波速v表面波波速2111PEv2P11EvEv PGEv121SGv112. 187. 0RvPvSvR 彈性固體介質(zhì)中聲波在不同邊界下波速0.2 0.30.9(1.812.08)RSPRVVVVv（1）波長(zhǎng)和邊界條件v（2）聲波頻率v（3）測(cè)距反射波法與聲波透射波法波速的比較聲波在固體介質(zhì)中傳

12、播時(shí)的能量衰減 衰減的原因：v吸收衰減v散射衰減v擴(kuò)散衰減衰減系數(shù)：xeAxA00)(AAx00ln1AA00lg20)dB(分貝數(shù)的單位為NP/cm 衰減系數(shù)的單位為dB/cm 聲波在混凝土中傳播的特點(diǎn)v聲波能量衰減大v指向性差v聲波傳播路徑復(fù)雜v經(jīng)混凝土介質(zhì)特性調(diào)制后聲波的構(gòu)成復(fù)雜聲波信號(hào)的頻域分析v時(shí)域分析與頻域分析v頻域分析的特點(diǎn) 目的： 分析聲波穿越被測(cè)介質(zhì)后的頻譜變化情況，而不是被測(cè)介質(zhì)的自振特性。 截取時(shí)域波形長(zhǎng)度越長(zhǎng)，頻域分辨率越高，泄漏的信號(hào)越少，但由于波的疊加，主頻位置隨截取長(zhǎng)度增大而向低頻區(qū)漂移。符合采樣定理f = 1/ 2fc1/ffNN 頻率分辨率、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率

13、三者之間的關(guān)系采樣頻率一定，增加采用點(diǎn)數(shù)，頻率分辨率提高；采樣點(diǎn)數(shù)一定，增加采樣頻率，頻率分辨率降低。聲波透射法的儀器設(shè)備（1） 檢測(cè)儀器：聲波儀的組成：計(jì)算機(jī)、高壓發(fā)射與控制、程控放大與衰減、A/D轉(zhuǎn)換與采集 混凝土聲波儀的功能：向待測(cè)的結(jié)構(gòu)混凝土發(fā)射聲波脈沖， 頻率在20250kHz范圍內(nèi)，使其穿過混凝土，然后接收穿過混凝土的脈沖信號(hào)。儀器顯示聲脈沖穿過混凝土所需時(shí)間、接收信號(hào)的波形、波幅等。根據(jù)聲脈沖穿越混凝土的時(shí)間和距離，可計(jì)算聲波在混凝土中的傳播速度；波幅可反映聲脈沖在混凝土中的能量衰減狀況，根據(jù)所顯示的波形，經(jīng)過適當(dāng)處理后可對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程（CS

14、21：2000）對(duì)聲波儀的要求：聲時(shí)最小分度為0.1s 、接收放大器的頻響范圍10500kHz （2）換能器：v功能： 發(fā)射換能器實(shí)現(xiàn)電能向聲能的轉(zhuǎn)換； 接收換能器實(shí)現(xiàn)聲能向電能的轉(zhuǎn)換。一般可互換，但增設(shè)前置放大器，不能互換 主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率；指向性v技術(shù)要求：a沿徑向（水平方向）無(wú)指向性。 b 徑向換能器的諧振頻率宜采用2060kHz、有效工作面軸向長(zhǎng)度不大于150mm。c實(shí)測(cè)主頻與標(biāo)稱頻率相差應(yīng)不大于10%，其水密性應(yīng)在1MPa水壓下不滲漏。v(3)聲測(cè)管 鋼管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管 要求內(nèi)徑比換能器直徑大12cm埋設(shè)數(shù)量：1 2 1 3 2 1 2 3 4 D800mm 800mm2

15、000mm 北京康科瑞廣東汕頭超聲儀器研究所武漢中科創(chuàng)新國(guó)內(nèi) 90多種型號(hào)聲波透射法測(cè)試裝置與設(shè)備聲波透射法的檢測(cè)技術(shù)v測(cè)試前的準(zhǔn)備：v檢測(cè)步驟：首先采用平測(cè)法進(jìn)行普查，找出聲學(xué)參數(shù)異常的測(cè)點(diǎn)。然后，采用加密測(cè)試、斜測(cè)或扇形掃測(cè)等方法進(jìn)一步檢測(cè)一方面可以驗(yàn)證普查結(jié)果，另一方面可以進(jìn)一步確定異常部位的范圍。 平測(cè)（1）將多根聲測(cè)管以兩根為一個(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，進(jìn)行剖面編碼。（2）將發(fā)、收換能器分別置于某一剖面的兩聲測(cè)管中，并放至樁的底部，保持相同標(biāo)高。（3）自下而上將發(fā)、收換能器以相同的步長(zhǎng)（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，進(jìn)行一次測(cè)試，實(shí)時(shí)顯示和記錄測(cè)點(diǎn)的聲波信號(hào)的時(shí)程曲線，讀

16、取聲時(shí)、首波幅值和周期值（模擬式聲波儀），宜同時(shí)顯示頻譜曲線和主頻值（數(shù)字式儀器）。重點(diǎn)是聲時(shí)和波幅，同時(shí)也要注意實(shí)測(cè)波形的變化。（4）在同一樁的各檢測(cè)剖面的檢測(cè)過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。TTRR對(duì)可疑點(diǎn)的細(xì)測(cè)（加密平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃測(cè)） v1) 局部缺陷：在平測(cè)中發(fā)現(xiàn)某測(cè)線測(cè)值異常，進(jìn)行斜測(cè)，在多條斜測(cè)線中，如果僅有一條測(cè)線測(cè)值異常，則可以判斷這只是一個(gè)局部的缺陷，位置就在兩條實(shí)線的交點(diǎn)處。v2) 縮頸或聲測(cè)管附著泥團(tuán)：在平測(cè)中發(fā)現(xiàn)某些測(cè)線測(cè)值異常，進(jìn)行斜測(cè)。如果斜測(cè)線中、通過異常平測(cè)點(diǎn)發(fā)收處的測(cè)線測(cè)值異常，而穿過兩聲測(cè)管連線中間部位的測(cè)線測(cè)值正常，則可判斷樁中心部位是正

17、?；炷?，缺陷應(yīng)出現(xiàn)在樁的邊緣，聲測(cè)管附近，有可能是縮頸或聲測(cè)管附著泥團(tuán)。 v3) 層狀缺陷（斷樁）：平測(cè)中發(fā)現(xiàn)某（些）測(cè)線值異常，進(jìn)行斜測(cè)。如果斜測(cè)線中除通過異常平測(cè)點(diǎn)發(fā)收處的測(cè)線測(cè)值異常外，所有穿過兩聲測(cè)管連線中間部位的測(cè)線測(cè)值均異常，則可判定該聲測(cè)管間缺陷連成一片。如果三個(gè)測(cè)試面均在此高程處出現(xiàn)這樣情況，如果不是在樁的底部，測(cè)值又嚴(yán)重偏低，則可判定是整個(gè)斷面的缺陷，如夾泥層或疏松層，既斷樁。 斜測(cè)有兩面斜測(cè)和一面斜測(cè)。最好進(jìn)行兩面斜測(cè)，以便相互印證，特別是那種縮頸或包裹聲測(cè)管的缺陷，兩面斜測(cè)可以避免誤判。樁身缺陷在樁橫截面上的分布狀況 v對(duì)單一檢測(cè)剖面的平測(cè)、斜測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，我們只能得

18、出缺陷在該檢測(cè)剖面上的投影范圍，樁身缺陷在空間的分布是一個(gè)不規(guī)則的幾何體，要進(jìn)一步確定缺陷的范圍，則應(yīng)綜合分析各個(gè)檢測(cè)剖面在同一高程或鄰近高程上的測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，如圖所示，一灌注樁樁身存在缺陷，在三個(gè)檢測(cè)剖面的同一高程上通過細(xì)測(cè)，確定了該樁身缺陷在三個(gè)檢測(cè)剖面上的投影范圍，綜合分析樁身缺陷的三個(gè)剖面投影可大致推斷樁身缺陷在樁橫截面上的分布范圍。v鉆孔樁成像技術(shù)鉆孔樁成像技術(shù)Crosshole Tomography (CT)脈沖發(fā)射端接收端小缺陷嚴(yán)重缺陷樁外缺陷PVC 或 鋼管T = 174 us 無(wú)信號(hào)T = 230 usT = 174 us DSoft Bottom ConditionPier 2 Tubes 4 - 5聲波透射法檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析v聲學(xué)參數(shù)的計(jì)算和波形聲學(xué)參數(shù)的計(jì)算和波形記錄記錄 0cttttiiiitlvcw21wvddtp13pvddt聲測(cè)管壁延時(shí) 耦合介質(zhì)（水）中的延遲 系統(tǒng)延時(shí)時(shí)距法波幅檢測(cè) 0lg20aaAipi波幅是測(cè)點(diǎn)首波幅值，它有兩種表示方式。一種是用分貝（dB）數(shù)表示，即用測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)首波幅值與某一基準(zhǔn)幅值比較得出的分貝數(shù)；另一種是直接以示波屏上首