[PPT]基樁完整性檢測(cè)技術(shù)及方法_ppt

1、基樁完整性檢測(cè)技術(shù)及方法第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)中遇到的有關(guān)問題運(yùn)動(dòng)方程 連續(xù)方程 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 5-1一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介桿單元受力如圖所示，(拉應(yīng)力、拉應(yīng)變?yōu)檎豿方向質(zhì)點(diǎn)速度為正，）5.1.1一

2、維波動(dòng)理論5-1一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介5.1.1一維波動(dòng)理論運(yùn)動(dòng)方程 (牛頓定律）連續(xù)方程 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 (5-4)二次偏微分方程波動(dòng)解的形式表示右行及左行波，以右向?yàn)樽鴺?biāo)軸方向。分析以下幾種情況下的波傳播情形，任意位置、時(shí)刻可看作這兩種行波的疊加。(5-5)(5-1)(5-2)(5-3)tx入射波反射波透射波121分別是桿的密度、縱波速、截面積5-1一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介當(dāng)阻抗變小時(shí)， 符號(hào)相同，即反射波的質(zhì)點(diǎn)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)速度相位相同當(dāng)阻抗變大時(shí)， 符號(hào)相反，即反射波的質(zhì)點(diǎn)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)速度相位相反5-1一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介5.1.2多次反射交界面反射波多次反射問題tx入射波第一次反射透射波12分別是

3、桿的密度、縱波速、截面積第二次反射應(yīng)力波在波阻抗不同的介質(zhì)交界面處會(huì)多次反射，反射波是等時(shí)距 。擴(kuò)徑縮徑第一次反射第二次反射第三次反射5-1一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介5.1.2多次反射第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)

4、中遇到的有關(guān)問題5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用敲擊樁端面產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在向下傳播過程在波阻抗變化交界面會(huì)發(fā)生反射、透射，根據(jù)反射波的走時(shí)及反射波質(zhì)點(diǎn)速度相位變化來確定反射面的位置及阻抗變化（增大、減少），該檢測(cè)方法也稱為敲擊回波法，由于樁體應(yīng)變很小，相對(duì)重錘敲擊，完整性檢測(cè)法也稱低應(yīng)變檢測(cè)法。樁在自由端5.2.1應(yīng)力波在自由端完整樁中的傳播入射脈沖樁底第一次反射樁底第二次反射自由或軟弱端(土體相對(duì)樁材料）的相鄰反射波相位相同5.2.2應(yīng)力波在固定端完整樁中的傳播TVL樁嵌巖入射脈沖樁底第一次反射樁底第二次反射堅(jiān)硬(土體相對(duì)樁材料）或固定端的相鄰反射波相位相反5.2.3應(yīng)力波在波阻抗減小樁

5、中的傳播TVL樁截面減小阻抗減小處的相鄰反射波相位相同5.2.4應(yīng)力波在波阻抗減小樁中的傳播TVL樁縮徑第一交界面反射第二交界面反射樁底反射5.2.5應(yīng)力波在波阻抗增大樁中的傳播TVL樁擴(kuò)徑第一交界面反射第二交界面反射樁底反射5.2.6反射波法的檢測(cè)原理 通過在樁頂施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過程中，遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面（即波阻抗發(fā)生變化）時(shí)，將產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值、相位和波形特征，得出樁缺陷的大小、性質(zhì)、位置等信息，最終對(duì)樁基的完整性給予評(píng)價(jià)。5.2.7 工程中樁體可能的異常第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法

6、）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)中遇到的有關(guān)問題5.3.1 傳感器加速度計(jì)、速度計(jì)5.3.2 振源5.3.3傳感器布置5-3 低應(yīng)變檢測(cè)方法（a）周邊壓縮式（b）中心壓縮式（c）倒置式中心壓縮式（d）環(huán)形剪切式（e）三角剪切式 s彈簧 M質(zhì)量塊P壓電片

7、 C導(dǎo)線 B基座加速度計(jì)加速度傳感器質(zhì)量較小，且彈簧剛度較高，因而傳感器固有頻率較高固有頻率速度計(jì)速度傳感器質(zhì)量較大，因而固有頻率較低速度傳感器加速度傳感器加速度傳感器y x 測(cè)試體 從傳感器的幅頻特性似乎可以使用無限頻率，但實(shí)際上除了傳感器本身的振動(dòng)特性外，還要考慮傳感器與被測(cè)體安裝形成的諧振問題。這是由于傳感器與被測(cè)體因有一定的連接剛度（不是剛性連接）又形成二階的質(zhì)量彈簧阻尼振動(dòng)系統(tǒng)。其安裝諧振頻率直接影響到傳感器的使用最高頻率。速度傳感器的質(zhì)量較大，因而其安裝諧振頻率較低，這就影響到速度傳感器測(cè)量頻率范圍（1000Hz);加速度傳感器質(zhì)量較小，因而其安裝諧振頻率較高，一般可以得到幾千Hz

8、甚至幾十千Hz.螺栓固定（31kHz）用蠟粘接固定（29kHz） 用膠合劑固定（28kHz）用螺栓加絕緣墊圈固定（28kHz）用永久磁鐵固定（27kHz）采用探針式接觸方法（24kHz）傳感器安裝方式影響 傳感器用耦合劑粘結(jié)時(shí)，粘結(jié)層應(yīng)盡可能薄必要時(shí)可采用沖擊鉆打孔安裝方式傳感器安裝面應(yīng)與樁頂面緊密接觸 測(cè)點(diǎn)位置、頻率影響 測(cè)點(diǎn)位置、頻率影響 3/4R1/2R1/4R樁頂傳感器樁中心激振樁側(cè)傳感器樁側(cè)信號(hào)樁頂信號(hào)數(shù)值計(jì)算及以上實(shí)驗(yàn)表明：只要錘擊脈沖各頻率成份的波長(zhǎng)與樁徑比；傳感器放置在距樁中心2/3R3/4R的位置，測(cè)試的信號(hào)從某種程度可以近似用一維波動(dòng)理論來分析，這為通過波形匹配來對(duì)樁身完整

9、性定量分析提供的依據(jù)。傳感器放置距樁心2/3 R處且安裝位置平整盡可能使傳感器垂直與樁頭平面樁頂面應(yīng)平整、密實(shí)、并與樁軸線基本垂直PITDEMO第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)中遇到的有關(guān)問題5-4 完整性

10、分析影響因素 5.4.1 應(yīng)力波多次反射5.4.2 波阻抗?jié)u變變化5.4.3 樁土相互作用應(yīng)力波在波阻抗不同的介質(zhì)交界面處會(huì)多次反射，反射波是等時(shí)距 擴(kuò)徑縮徑第一次反射第二次反射第三次反射5.4.1 應(yīng)力波多次反射擴(kuò)徑的第二次反射（同相）與縮徑的第一次反射（同相）疊加， 這樣容易將縮徑處的反射波忽略或?qū)⒌诙畏瓷湔`作為縮徑的反射。在多次反射波的影響下，測(cè)試的反射波信號(hào)判讀有一定難度。漸變波阻抗反射波是連續(xù)的，波形狀發(fā)生變化 即使?jié)u變波阻抗變化區(qū)域最大的波阻抗或最小波阻抗與突變相同，漸變波阻抗反射波峰明顯偏小。突變漸變5.4.2 波阻抗?jié)u變變化1、同一位置、同一程度，樁土相互作用會(huì)導(dǎo)致幅值減小無

11、樁土作用先縮后擴(kuò)有樁土作用先擴(kuò)后縮5.4.3 樁土相互作用2、同一程度、不同位置，幅值比較波阻抗變化距樁頂近波阻抗變化距樁頂遠(yuǎn)3、樁土相互作用會(huì)產(chǎn)生上行壓力波 樁土相互作用產(chǎn)生上行壓力波4、樁周土分層 分層的變化也會(huì)導(dǎo)致反射波形變化，這種變化很容易與樁身波阻抗變化混淆土層剛度變化土層剛度變化第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁

12、土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)中遇到的有關(guān)問題在現(xiàn)行的基樁規(guī)范中對(duì)如何處理三類樁并沒有明確規(guī)定,只有知道樁的缺損程度及響應(yīng)的位置、范圍，設(shè)計(jì)部門才可能根據(jù)其對(duì)樁豎直向抗壓強(qiáng)度、水平向抗剪強(qiáng)度的影響，對(duì)樁進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行相應(yīng)的處理。但現(xiàn)行樁的缺損程度的確定方法有一定的局限性：（1） 鉆孔取芯局部性，要客觀缺損處的缺損程度就必須有多處取芯，這導(dǎo)致樁如蜂窩煤，之后又需灌漿，耗時(shí)、耗力5-5 波形匹配分析方法5.5.1 波形匹配分析（定量分析）意義（2） 高應(yīng)變完整性測(cè)量 高應(yīng)變是利用缺損處反射的拉力波對(duì)F、

13、ZV曲線的影響來確定完整系數(shù)。但由于高應(yīng)變信號(hào)頻率成份較低，阻抗形式變化復(fù)雜（突變、漸變、范圍大小）會(huì)導(dǎo)致反射波疊加，同時(shí)又要考慮土阻力的影響，分析精度不高。（3） 聲波測(cè)試聲波測(cè)試可以提供CT圖，對(duì)測(cè)管區(qū)間進(jìn)行定量描述，但必須事先埋管;在激振點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)及激振頻率滿足一定的要求時(shí)，樁的動(dòng)測(cè)信號(hào)可近似用一維應(yīng)力波理論來分析。對(duì)入射、反射波峰值分析或通過對(duì)實(shí)測(cè)波形分析進(jìn)行擬合分析，可確定波阻抗變化位置、程度、范圍，從而為樁的完整性分類提供科學(xué)定量化依據(jù)。通過對(duì)波形的擬合分析，不僅可定量分析波阻抗變化，而且還可幫助分析者了解波的多次反射、相互迭加及樁土相互作用對(duì)波傳播影響。具體的講，應(yīng)力波在波阻抗變化

14、處總是有多次反射，反射波的能量與波阻抗變化程度有關(guān)，相鄰反射波的相位變化與波阻抗增大或縮小有關(guān)。通過波形擬合便可識(shí)別那些信號(hào)是波阻抗第二次反射甚至第三次反射，那些是首次反射。首次反射波對(duì)應(yīng)著波阻抗變化，而二次及二次以上的反射波會(huì)與其它反射波迭加，導(dǎo)致信號(hào)加強(qiáng)或信號(hào)削弱。5.5.2 定量分析結(jié)果通過定量分析我們可以得到以下一些結(jié)果：（1）損傷的范圍（2）損傷的程度（3）得到樁身波阻抗（cA）與樁底土等效波阻抗的比值，同一場(chǎng)地，不同樁底該參數(shù)的比較可以了解沉渣相對(duì)情況。5-5 波形匹配分析方法將樁體離散化，每個(gè)離散單元材料特性、截面認(rèn)為是均勻的樁土相互作用用阻尼壺來模擬 基于一維波動(dòng)理論，不斷調(diào)整

15、單元的波阻抗，使計(jì)算的樁表面響應(yīng)與實(shí)測(cè)波形達(dá)到最佳匹配 阻尼壺模擬樁土作用樁單元5.5.1 波形匹配分析模型對(duì)完整樁實(shí)測(cè)波形進(jìn)行擬合分析得到阻尼壺阻尼系數(shù)，擬合時(shí)只須調(diào)整與各單元相連的阻尼壺阻尼系數(shù)；將阻尼壺阻尼系數(shù)與各單元所在土層土性參數(shù)相聯(lián)系，阻尼壺阻尼與土性的剪切波速有關(guān)。實(shí)測(cè)信號(hào)或多或少有些失真，樁體波阻抗或多或少有變化，因此，第一種方法使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，甚至與實(shí)際土層情況相反。將阻尼系數(shù)與土性參數(shù)結(jié)合起來，物理定義清晰，即樁周土越密實(shí)，樁土作用越強(qiáng)烈，應(yīng)力波衰減越明顯，它不受實(shí)測(cè)信號(hào)失真等影響。5.5.2 樁土的參數(shù)確定 5.5.3完整性分類 根據(jù)缺損處最小波阻抗與正常部分

16、波阻抗之比值，工程樁的完整性可大致分為四類：=1屬完整樁=0.81.0，輕微破損=0.60.8中等程度破損0.6斷裂。 5.5.4場(chǎng)地測(cè)試分析 樁帽影響缺損部位距樁頂較遠(yuǎn),受樁土作用影響反射微弱第五章 基樁完整性檢測(cè) （敲擊回波法、低應(yīng)變法）第五章主要內(nèi)容：5-1 一維波動(dòng)理論簡(jiǎn)介介紹入射波、反射波、透射波質(zhì)點(diǎn)速度、應(yīng)力間關(guān)系5-2 波動(dòng)理論在基樁檢測(cè)中應(yīng)用 主要介紹波在不同情形下反射波特征5-3低應(yīng)變檢測(cè)方法主要介紹測(cè)試傳感器、安裝、振源等5-4 完整性分析影響因素 介紹多次反射波、阻抗緩變、樁土相互作用對(duì)分析的影響5-5 波形匹配分析方法介紹波形匹配分析意義、方法及應(yīng)用5-6 基樁完整性分

17、析有關(guān)問題介紹在檢測(cè)中遇到的有關(guān)問題5-6基樁完整性分析有關(guān)問題5.6.1基樁完整性分類及樁的評(píng)價(jià)；5.6.2樁體的檢測(cè)長(zhǎng)度；5.6.3阻抗變化類別區(qū)分（離析、夾泥或縮徑）;5.6.4樁長(zhǎng)度檢測(cè)。5.6.5樁底反射波與波阻抗檢測(cè)5.6.6樁底沉渣及厚度檢測(cè)問題5.6.7帶平臺(tái)單樁或群樁檢測(cè)5.6.1 基樁完整性分類及樁的評(píng)價(jià)樁的完整性分類并不代表對(duì)樁的評(píng)價(jià)，樁是否合格最重要的參數(shù)是其水平及豎向承載力 同樣程度的缺損，位置不同，影響也不同由于反射波的強(qiáng)度受樁土相互作用、波阻抗變化位置、變化形式、范圍、多次反射波疊加等影響。根據(jù)波速及波形變化分類并不很科學(xué)。5.6.2 樁體的檢測(cè)長(zhǎng)度樁周土性：傳播

18、過程中不斷衰減，衰減程度與樁周土性有關(guān)樁長(zhǎng)徑比：同樣的土層，應(yīng)力波在傳播過程還受樁的長(zhǎng)徑比影響，樁的長(zhǎng)徑比越大，樁底反射波檢測(cè)難度越大。樁底土性：樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時(shí)，即使樁長(zhǎng)徑比不大，大部分能量在樁底向土體輻射，從而增加樁底反射波檢測(cè)難度；樁身材料粘性：即使沒有樁土相互作用，應(yīng)力波也會(huì)衰減的激振頻率、激振能量：激振頻率越低、激振能量越大，樁底反射就越明顯。激振點(diǎn)及傳感器安裝位置：激振點(diǎn)與傳感器安裝點(diǎn)越近，實(shí)測(cè)第一個(gè)波至峰值就越大，這樣，樁底反射波相對(duì)于第一個(gè)波至幅值就越小。綜上所述，我們不應(yīng)孤立地談樁的檢測(cè)長(zhǎng)度，而應(yīng)與樁周土層、樁的長(zhǎng)徑比、樁底持力層等因素結(jié)合起來5.6.3

19、阻抗變化類別區(qū)分反射波的相位、幅值與樁身波阻抗變化有關(guān)，即與樁材料的密度波速c及橫截面積A有關(guān)。低應(yīng)變完整性檢測(cè)方法，只能對(duì)波阻抗變化作出分析，即對(duì)樁橫截面的平均情況作出分析。至于詳細(xì)區(qū)分要借助于其它手段，如聲波等方法 。 樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速、樁長(zhǎng)三參數(shù)中的任二個(gè)參數(shù)便可確定另外一個(gè)參數(shù)。要估算樁長(zhǎng)，必須已知樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速。樁底反射波時(shí)間可從記錄信號(hào)中得到，而砼平均縱波速可從砼抗壓強(qiáng)度等級(jí)估算或參數(shù)該場(chǎng)地其它樁的波速，也可用聲波方法得到的樁端附近砼的縱波速作為樁身砼平均縱波速。用以上三種方法得到的波速與實(shí)際可能有10%左右相對(duì)誤差，因而，估算的樁長(zhǎng)也有10%左右的相對(duì)誤差，隨著樁的