基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)

1、基樁低應(yīng)變 動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)1基樁完整性檢測(cè)目的（*）低應(yīng)變反射波法適用范圍: 檢測(cè)混凝土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷程度及位置。推斷： 1）校核樁長、混凝土相對(duì)強(qiáng)弱； 2）檢測(cè)灌注樁樁底沉渣、樁端巖土狀。2講解分五個(gè)部分第一部分 波動(dòng)理論第二部分 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)第三部分 常見缺陷及特征數(shù)據(jù).第四部分 室內(nèi)數(shù)據(jù)分析第五部分 局限性及探究3第一部分 波動(dòng)理論第1節(jié).波動(dòng)基礎(chǔ)(4)第2節(jié).反射波法檢測(cè)原理4第1節(jié) 波動(dòng)基礎(chǔ) 1 振動(dòng) 波動(dòng)振動(dòng)： 質(zhì)點(diǎn)受激振-在平衡位置運(yùn)動(dòng)(慣性力）-持續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波動(dòng)： 質(zhì)點(diǎn)受激振-平衡位置運(yùn)動(dòng)-周圍質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（彈性力）- 介質(zhì)傳遞5振動(dòng) 波動(dòng)（祥） 物體在一定位置附近作來

2、回重復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)，例如擺的運(yùn)動(dòng)、汽缸中活塞的運(yùn)動(dòng)、彈簧振子的運(yùn)動(dòng)等，這些是可以直接看到的振動(dòng)。又例如一切發(fā)聲體的運(yùn)動(dòng)、在高頻電壓激勵(lì)下壓電晶體的運(yùn)動(dòng)，這些是不易或不能直接看到的振動(dòng)。 相互間由彈性力聯(lián)系著的質(zhì)點(diǎn)所組成的物質(zhì)，稱為彈性介質(zhì)。需要進(jìn)行超聲檢驗(yàn)的大量固體構(gòu)件都是彈性介質(zhì)。彈性介質(zhì)是由相互間用小彈簧聯(lián)系著的質(zhì)點(diǎn)所組成。如圖1-1所示。若這種介質(zhì)中任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)離開了平衡位置，則會(huì)產(chǎn)生使它恢復(fù)到平衡位置的力，這就是彈性力。6 波動(dòng)種類 波動(dòng)是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)形式，波動(dòng)可分為兩大類： 一類是機(jī)械波，它由于機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中引起的波動(dòng)過程，例如；水波、聲波、超聲波等； 另一類是電磁波，它是由

3、于電磁振蕩所產(chǎn)生的變化電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)在空間的轉(zhuǎn)播過程，例如無線電波、紅外線、紫外線、可見光、雷達(dá)波等。72 相關(guān)參數(shù)(4參數(shù))振幅（A） ：物體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)離開平衡位置的最大位移。周期（T） ：質(zhì)點(diǎn)激發(fā)受振動(dòng)開始重復(fù)的最小間距。頻率（F） ：單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)（f=1/T)。波長（）：一周期時(shí)間內(nèi)通過介質(zhì)的距離(m）。 =c/f=cT83、應(yīng)力波的產(chǎn)生與傳播 在彈性介質(zhì)中，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)時(shí)，因?yàn)檫@個(gè)質(zhì)點(diǎn)與其鄰近的質(zhì)點(diǎn)間有相互作用的彈性力聯(lián)系著，所以它的振動(dòng)將傳遞給與之相鄰近的質(zhì)點(diǎn),使鄰近的質(zhì)點(diǎn)也同樣地發(fā)生振動(dòng)，然后振動(dòng)又傳給下一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，依次類推。這樣，振動(dòng)就由近及遠(yuǎn)向各個(gè)方向以一定速度傳

4、播出去，從而形成了機(jī)械波。 從上述可知，機(jī)械波的產(chǎn)生，首先要有做機(jī)械振動(dòng)的波（聲）源，其次要有傳播這種機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)。例如，把石子投入平靜的水中，在水面上可以看到一圈圈向外擴(kuò)展的水波。94、機(jī)械波據(jù)質(zhì)點(diǎn)、波傳播方向的分類 波的種類是根據(jù)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向的關(guān)系來區(qū)分的。它主要分為縱波、橫波、表面波等。(1) 縱波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，這種波稱為縱波，例如空氣、水中傳播的聲波就是縱波,如下圖所示?？v波又常稱“ P”波。 10縱波圖11 (2) 橫波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，這種波稱為橫波，例如繃緊的繩子上傳播的波就是橫波，如下圖所示。橫波又常稱“ S

5、”波。 橫波的傳播是使介質(zhì)產(chǎn)生剪切變形時(shí)引起的所以液體、氣體不能傳播橫波，只有固體才能傳播橫波。在氣體、液體中只有縱波存在。12橫波圖13（3）表面波：固體介質(zhì)表面受到交替變化的表面張力，使介質(zhì)表面的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)，結(jié)果使質(zhì)點(diǎn)作這兩種振動(dòng)的合成振動(dòng)，即繞其平衡位置作橢圓振動(dòng)。橢圓振動(dòng)又作用于相鄰的質(zhì)點(diǎn)而在介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ@種波稱表面波，常以“ R”表示。 14表面波圖表面波只能在固體中傳播。15縱、橫波實(shí)例 彈性橫波：手握繩子一端上下振動(dòng)，可以看到左圖的波向前傳播的過程，這就是彈性橫波。 彈性縱波：用手迅速而有節(jié)奏地推拉彈簧的一端,可以看到右圖彈簧上有部分密集，部分稀疏，部份疏

6、密相間，且這種疏密間的狀態(tài)沿著彈簧向前傳播，這就是彈性縱波。16縱波聲速（質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)傳播速度） VP橫波聲速（質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)傳播速度）VS面波聲速（質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)傳播速度）VR可見VP VSVR縱波、橫波及面波的時(shí)序關(guān)系混凝土的 0.2 0.23 ，以錘擊作振源反射波法所測(cè)聲速（一維桿的縱波聲速）比超聲波法所測(cè)混凝土要低5% 7%.17質(zhì)點(diǎn)振速V、應(yīng)力波波速C（*）樁身質(zhì)點(diǎn)約束力平衡（激振）-質(zhì)點(diǎn)偏離原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)-最終回到原點(diǎn) (高應(yīng)變V=13.0 m/s ,低應(yīng)變V10-5 m/s)質(zhì)點(diǎn)激振后（附加彈性力）使周圍質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)波動(dòng) (鋼C5120m/s 砼C3000-4500m/s)18第2節(jié) 反射波法檢測(cè)原理 當(dāng)

7、在樁頂垂直施加一瞬時(shí)作用力后，樁頂面上的質(zhì)點(diǎn)受力后產(chǎn)生振動(dòng)，而振動(dòng)的傳播就形成了波動(dòng)，此時(shí)彈性波就會(huì)沿著樁身進(jìn)行傳播。 根據(jù)惠更斯菲涅爾原理、費(fèi)瑪原理和波的疊加原理，即波傳播到空間每一點(diǎn)都可以看成一個(gè)新的點(diǎn)震源。在空間任一點(diǎn)上觀測(cè)到的波動(dòng)是在此相遇的各個(gè)波所引起振動(dòng)的合成。191 基本原理1一維波動(dòng)方程將樁身看作為一根一維彈性桿，由應(yīng)力波理論知，在軸向動(dòng)荷載的作用下樁身任一截面的軸向位移隨時(shí)間的關(guān)系可以表示為一維波動(dòng)方程 （4-1） 式中 u樁身截面的軸向位移； C應(yīng)力波在樁身中的傳播速度，； E和分別為樁身材料的彈性模量和質(zhì)量密度。202廣義波阻抗及波阻抗界面（媒質(zhì)）設(shè)樁身某段為一分析單元，

8、其樁身介質(zhì)密度、彈模、彈性波波速、截面面積分別用、E、C、A表示，則令 Z=CA=EA/C (4-2)稱Z為廣義波阻抗。波阻抗的物理含義為：F=ZV式中，F(xiàn)為波陣面所受的力，V為波陣面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。21 當(dāng)樁身的幾何尺寸或材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，則相應(yīng)的、C、A發(fā)生變化，其變化發(fā)生處稱為波阻抗界面。界面上 下的波阻抗比值為: 稱n為波阻抗比。223應(yīng)力波在阻抗界面處的反射與透射（將界面處的力、速度分解為入射、反射、透射）設(shè)一維平面應(yīng)力波沿樁身傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一與傳播方向垂直的波阻抗界面（圖4-2）時(shí)。根據(jù)應(yīng)力波理論，由連續(xù)性條件和牛頓第三定律有VI+VR=VT （4-3）A1（I+R）=A2

9、T （4-4）式中，V、分別表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度和產(chǎn)生的應(yīng)力，下標(biāo)I、R、T分別表示入射波、反射波和透射波。23由 (4-4），得1C1A1（VIVR）=2C2A2VT （4-5）聯(lián)立式（4-3）和（4-5），求得 VR=FVI （ 4-6a） VT=nTVI (4-6b) 式中F稱為反射系數(shù) (4-7)T稱為透射系數(shù) 兩者關(guān)系 1+F=T24最簡式變?yōu)椋?（4-8）式（4-8）是反射波法中利用反射波與入射波的速度量的相位關(guān)系進(jìn)行分析的重要關(guān)系式。2526實(shí)測(cè)波形274、討論 樁身 不同狀況下反射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的關(guān)系281）縮徑。n= Z1/Z2= A1/A21 可得F0。于

10、是有：VR與VI同號(hào)，而VT恒與VI同號(hào)。表現(xiàn)為反射波相位與初始入射波同向，但在縮徑的下界面,由于，VR和VI為反向，故后續(xù)反射波的相位與初始入射波相反。典型的波形如圖(4-3)(4-4)所示。假定C為已知，則樁長和樁截面減小的位置可以確定.292）樁身夾泥、離析、孔洞、蜂窩=(膠結(jié))四種情況及相應(yīng)的應(yīng)力波傳遞過程，見圖(4-5)。30夾泥、離析、孔洞、蜂窩：31特別地:缺陷的具體類型,須經(jīng)下面三點(diǎn)綜合判定： 根據(jù)地質(zhì)資料和施工記錄以及樁型區(qū)分； 根據(jù)波形分析； 根據(jù)同場(chǎng)地波速區(qū)分。323）樁身局部斷裂（裂紋）。如圖4-7，典型V（t）曲線如圖4-8。Ll處反射信號(hào)與L處（樁底）反射信號(hào)的強(qiáng)弱

11、，隨著裂紋的嚴(yán)重程度而不同。334）樁身徹底斷裂 樁身某處完全斷開。如圖4-9，Z2相當(dāng)于空氣的波阻抗，有Z20，于是得n= Z1/Z2= A1/A2由式（4-7）得F=1，T=0代入式（4-6a）和（4-6b），可得VR=VI ，VT=0即應(yīng)力波在斷開處發(fā)生全反射，由于透射波為零，故應(yīng)力波僅在上部多次反射而到不了樁底。典型的實(shí)測(cè)曲線如圖4-10所示。斷裂的位置可按下式確定：3435深部斷樁 深部斷裂，近似于摩擦樁或沉渣樁樁底反射，有高幅值的樁間反射，反射波相位與初始入射波相同,最多可見2次反射，但按平均波速算樁長卻遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)樁長要短，或按設(shè)計(jì)樁長算波速遠(yuǎn)大于一般樁的波速，如按常規(guī)公式2L/t計(jì)

12、算后得到的Vp達(dá)到4300m/s以上，這時(shí)就應(yīng)該考慮到可能是樁基未打到設(shè)計(jì)的深度，或者是樁在深部有斷樁現(xiàn)象 中部斷樁36 表現(xiàn)在反射波曲線的多次等周期衰減，反射曲線、反射子波的第一子波相位由于是高阻抗材料傳向低阻抗的水、空氣或充泥材料，故其相位與樁的初始入射波同相位，而后續(xù)波由于從低阻抗的軟材料進(jìn)入高阻抗的硬材料，故其相位表現(xiàn)為與初始入射波相反。我們可以從各反射波的等距峰峰t值來計(jì)算斷裂處的度。淺部斷樁 樁淺部斷裂， 是指樁的斷裂部位在5m內(nèi)，這往往是由于機(jī)械開挖或開挖旁堆土所致,它的反射波曲線表現(xiàn)形式與樁中間斷相似，但峰峰很密，t較小，有多次反射;有時(shí)好像疊加了一個(gè)低頻的波,且波形的衰減也很

13、慢.375）擴(kuò)徑。如圖4-10，可知在Ll處n= Z1/Z2= A1/A20。可得結(jié)論：截面積增大處，VR與VI反號(hào)，第一反射波與初始入射波相反號(hào);當(dāng)應(yīng)力波進(jìn)入擴(kuò)徑的第二界面即底界面時(shí)，VR和VI同號(hào)，反射波的后續(xù)波與初始入射波表現(xiàn)為同方向，但由于擴(kuò)徑的形態(tài)各有不同,其反射波的表現(xiàn)也將有差異，在嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑時(shí),也會(huì)見到多次反射，而往往下界面的同向反射波表現(xiàn)得更清晰一些。而VT恒與VI同號(hào)。典型的波形如圖4-11所示。樁長和樁截面變化的位置可以確定如下：3839樁底 不同狀況下反射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與入射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的關(guān)系401）摩擦樁樁底 因?yàn)?C1A12C2A2，所以n= Z1/Z21，代入式（4

14、-7）得F0）由式（4-6）可知，在樁底處，速度量的反射波與入射波同號(hào)，體現(xiàn)在V（t）時(shí)程曲線上，同向反射。典型的完好摩擦樁的實(shí)測(cè)波形如圖4-13。由圖4-12、圖4-13分析可得激振信號(hào)從觸發(fā)到返回樁頂所需的時(shí)間t1、縱波波速C、樁長L三者之間的關(guān)系為 41此時(shí)，僅在樁底存在界面，速度波沿樁身的傳播情況如圖4-12所示。422）嵌巖樁樁底如圖4-14。Z1Z2，n1，VR與VI反號(hào)，實(shí)測(cè)波形如圖4-15。433）樁底擴(kuò)大頭如圖4-16所示。典型的測(cè)試曲線如圖4-17。444）端承摩擦、摩擦端承型 需綜合考慮，判斷。5）沉渣 同摩擦樁。6)無樁底反射 Z1Z2，n1，F(xiàn)0，VR接近為零，此時(shí)樁

15、底基本不產(chǎn)生反射信號(hào)，反映在波形圖上，則看不見樁底反射信號(hào)。45小結(jié) ： 完整樁1短樁：樁底反射R與入射波頻率相近，振幅略小(與土層有關(guān)) 。2長樁：樁底反射振幅小，頻率低(與土層有關(guān))。3 摩擦樁: 樁底反射與入射波同相位，4 端承樁: 樁底反射與入射波反相位。46縮徑1 曲線較規(guī)則，縮徑第一反射波與入射波同相位。反射子波的振幅大小與縮徑尺寸正相關(guān)。2縮徑不嚴(yán)重時(shí),一般可見樁底反射。47離析(膠結(jié))1 曲線不規(guī)則，缺陷嚴(yán)重時(shí),一般見不到樁底反射。2 離析的第一反射波與入射波同相位，幅值視離析程度呈正相關(guān),但頻率明顯降低。3中、淺部嚴(yán)重離析，可見到多次反射波。48斷樁1 淺部斷裂（2m:周期性

16、鋸齒狀子波疊加或大低頻背景上的脈沖子波。(與振源有關(guān))2 中部斷裂為一多次反射子波等距出現(xiàn)，振幅逐次下降。3 深部斷裂似樁底反射曲線，但所計(jì)算的波速遠(yuǎn)大于正常波速。49斷樁波形50擴(kuò)徑 曲線規(guī)則，擴(kuò)徑第一反射波與入射波反相位；反射波與入射波反向，反射波的振幅與擴(kuò)徑尺寸正相關(guān)。51樁底沉渣 樁底沉渣:樁底反射與入射波同相位，其幅值大小與沉渣的厚度和物理力學(xué)性質(zhì)呈正相關(guān)52第二部分 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù) 應(yīng)力波反射法動(dòng)測(cè)基樁質(zhì)量是以一維連續(xù)桿件的振動(dòng)為理論基礎(chǔ),當(dāng)樁頂受到一瞬態(tài)激勵(lì)后,應(yīng)力波沿樁身往下傳播,遇到樁身某一波阻抗界面時(shí),其部分能量反射回到樁頂,人們利用樁頂安裝的傳感器接收速度響應(yīng)信號(hào),借助相應(yīng)

17、的軟件判別樁身完整性和樁身缺陷位置及性質(zhì)。53第1節(jié)、檢測(cè)工作流程圖（*） 54接受委托調(diào)查、資料收集制定檢測(cè)方案前期準(zhǔn)備（設(shè)備、儀器檢定）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)計(jì)算分析和結(jié)果評(píng)價(jià)（重新檢測(cè)、驗(yàn)證、擴(kuò)大檢測(cè)）檢測(cè)報(bào)告55檢測(cè)工作流程(總)接收檢測(cè)任務(wù)委托-委托要求、檢測(cè)數(shù)量、檢測(cè)方法.調(diào)查、資料收集-收集被檢測(cè)工程的巖土工程勘察資料、樁基設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄；了解施工工藝和施工中出現(xiàn)的異常情況。進(jìn)一步明確委托方的具體要求。檢測(cè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的可行性。制定檢測(cè)方案-包含以下內(nèi)容：工程及地質(zhì)概況、基樁參數(shù)和設(shè)計(jì)要求、施工工藝、檢測(cè)方法和數(shù)量、受檢樁選取原則、檢測(cè)周期以及所需的機(jī)械或人工配合。 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-樁頭處理、場(chǎng)

18、地開挖、道路、供電、照明等要求。 計(jì)算機(jī)分析和結(jié)果評(píng)價(jià)-檢測(cè)報(bào)告及報(bào)告歸檔56檢測(cè)工作流程(祥)（1）被檢工程項(xiàng)目名稱及建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工監(jiān)理單位名稱；（2）工程項(xiàng)目地點(diǎn)、規(guī)模、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、樁基礎(chǔ)型式、設(shè)計(jì)對(duì)檢測(cè)要求等工程概況（3）被檢工程的巖土工程勘察資料(地層分層、持力層、研算承載力)；周圍環(huán)境：有無暗湖、暗河。（4） 設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)施工樁位圖、樁徑、樁長、施工記錄、護(hù)筒高度、直徑、鋼筋籠規(guī)格和長度、砼標(biāo)號(hào)等級(jí)、充盈系數(shù)、砼砂石組分。；57（5）施工機(jī)械、成樁工藝、施工的程序、打樁方式、會(huì)否引起擠壓，會(huì)否傷害其樁頭，有否在施工中產(chǎn)生故障（如停電事故、丟鉆頭）、施工速度等。；（6）施工過程中

19、成樁質(zhì)量檢查資料； 成樁質(zhì)量檢查是樁基施工過程中，施工方在監(jiān)理方監(jiān)督指導(dǎo)下，對(duì)各施工工序過程的質(zhì)量檢查。成樁質(zhì)量檢查資料，是樁基檢測(cè)前必須了解的重要資料，不同樁型的檢查有： a）灌注樁的成樁檢查主要包括成孔及清孔、鋼筋籠制作及安裝、混凝土攪制及灌注等三個(gè)工序過程的質(zhì)量檢查資料。58 b）預(yù)制樁和鋼樁成樁質(zhì)量檢查主要包括制樁、打入（靜壓）深度、停錘標(biāo)準(zhǔn)、樁位及垂直度檢查資料。 c）沉管灌注樁及其他具有上述灌注樁和預(yù)制樁施工工序的質(zhì)量檢查，按上述一、二、有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行的質(zhì)量檢查資料。（7）試樁樁頂處理方法、處理前后的標(biāo)高、齡期等； （8）進(jìn)一步明確委托方的具體要求；（9）檢測(cè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的可行性；（

20、10）其他。59第二節(jié)、檢測(cè)方案的編寫1）委托方、設(shè)計(jì)單位的要求，即檢測(cè)目的2）工程概況、樁基工程概況3）工程地質(zhì)概況4）檢測(cè)方法及檢測(cè)方法選用依據(jù)5）檢測(cè)依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范606）試驗(yàn)樁處理要求7）受檢樁抽樣方案8）檢測(cè)部署：設(shè)備、人員配置；水電要求、檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)配合；檢測(cè)時(shí)間安排9）試驗(yàn)過程10）試驗(yàn)報(bào)告涵蓋內(nèi)容簡述61第三節(jié) 規(guī)范要求當(dāng)采用低應(yīng)變法或聲波透射法檢測(cè)樁身完整性時(shí)，受檢樁的混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70 且不少于15MPa 。1）柱下三樁或三樁以下的承臺(tái)抽檢樁數(shù)不得少于1根。2）設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，或地質(zhì)條件復(fù)雜、成樁質(zhì)量可靠性較低的灌注樁，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不

21、得少于20根；其他樁基工程的抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不得少于10根；623）對(duì)端承型大直徑灌注樁，應(yīng)在上述兩款規(guī)定的抽檢樁數(shù)范圍內(nèi)，選用鉆芯法或聲波透射法對(duì)部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%。 4）地下水位以上且終孔后樁端持力層已通過核驗(yàn)的人工挖孔樁，以及單節(jié)混凝土預(yù)制樁，抽檢數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%，且不應(yīng)少于10根。5）工程有特殊需要時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大抽檢數(shù)量，尤其是低應(yīng)變法檢測(cè)具有速度快、成本低的特點(diǎn)，擴(kuò)大檢測(cè)數(shù)量能更好了解整個(gè)工程基樁的樁身完整性情況。63第四節(jié) 、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖2-1 反射波法的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖64單樁測(cè)試流程圖651、現(xiàn)場(chǎng)檢

22、測(cè)前應(yīng)做到1) 核查受檢樁的樁位，檢查休止時(shí)間是否達(dá)到檢測(cè)規(guī)范要求(或?qū)嵅煸囼?yàn))；2) 檢查儀器是否正常以及準(zhǔn)備全套工作設(shè)備;3) 主機(jī)、連接線、電池（充電）、激振源、傳感器;4)對(duì)周圍環(huán)境情況（如振動(dòng)、地下降水等）作好檢查與記錄。662、檢測(cè)過程中1) 嚴(yán)格按檢測(cè)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)；2) 遵循國家有關(guān)安全生產(chǎn)的規(guī)定；3) 數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，立即查找原因，確定是否重新檢測(cè)；4) 當(dāng)需要進(jìn)行驗(yàn)證或擴(kuò)大檢測(cè)時(shí)，驗(yàn)證方法的選擇、擴(kuò)大檢測(cè)的樁數(shù)及抽樣方法.673、受檢樁要求（*）1 、受檢樁樁身混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70 且不少于15MPa 。 2 、 樁頭的材質(zhì)、強(qiáng)度、截面尺寸應(yīng)與樁身基本等同。、樁頂面

23、應(yīng)平整、密實(shí)，并與樁軸線基本垂直。 4、樁頭平整，鑿表浮漿，露出新鮮砼面，干凈且無積水 5 、樁頂外露主筋影響測(cè)試時(shí)應(yīng)割掉。否則： 1、影響測(cè)試信號(hào)質(zhì)量 2、應(yīng)力波不能正常傳遞 3、樁頂砼不能代表樁身砼質(zhì)量68樁頭差時(shí)波形694 信號(hào)采集和篩選1) 低應(yīng)變法信號(hào)采集時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁徑大小。樁心對(duì)稱布置24個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄存放信號(hào)數(shù)不宜少于3 個(gè)。2)各測(cè)點(diǎn)的重復(fù)檢測(cè)次數(shù)不應(yīng)少于3次，且檢測(cè)波形具有良好的一致性。3)不同檢測(cè)點(diǎn)及多次實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)一致性較差，應(yīng)分析原因，增加檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量。4)當(dāng)干擾較大時(shí)，為提高信噪比可采用信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行多次重復(fù)激振，提高信噪比；當(dāng)信號(hào)一致性差時(shí)，應(yīng)分析原因，排

24、除人為和檢測(cè)儀器等干擾因素，重新檢測(cè)。5)對(duì)存在缺陷的樁應(yīng)改變檢測(cè)條件重復(fù)檢測(cè)，相互驗(yàn)證。70一致性7172信號(hào)測(cè)試要求 、不同檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)各自有好的一致性，不含零漂，不含高頻干擾 、檢測(cè)時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢查采集信號(hào)的質(zhì)量，當(dāng)有缺陷時(shí)應(yīng)據(jù)缺陷位置的深淺，及時(shí)改變錘擊脈沖寬度和采樣頻率73第五節(jié) 儀器設(shè)備（*）要求：應(yīng)具有信號(hào)顯示、儲(chǔ)存和處理分析功能。A/D轉(zhuǎn)換器（分辨率、單通道采樣頻率）加速度測(cè)量字系統(tǒng)（頻率響應(yīng)，幅值非線性，沖擊測(cè)量時(shí)零漂，傳感器安裝諧振頻率）速度測(cè)量子系統(tǒng)（頻率響應(yīng)，幅值非線性，傳感器安裝諧振頻率）7475測(cè)試參數(shù)設(shè)定（5*）1)時(shí)域信號(hào)記錄的時(shí)間段長度應(yīng)在2L/c時(shí)刻后延續(xù)不少于5m

25、s；幅頻信號(hào)分析的頻率范圍上限不應(yīng)小于2000Hz。2)設(shè)定樁長應(yīng)為樁頂測(cè)點(diǎn)至樁底的施工樁長，設(shè)定樁身截面積應(yīng)為施工截面積。3)樁身波速可根據(jù)本地區(qū)同類型樁的測(cè)試值初步設(shè)定。4)采樣時(shí)間間隔或采樣頻率應(yīng)根據(jù)樁長、樁身波速和頻域分辨率合理選擇；時(shí)域信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)不宜少于1024點(diǎn)。5)傳感器的設(shè)定值應(yīng)按計(jì)量檢定或校準(zhǔn)結(jié)果設(shè)定。7677第六節(jié) 振源（激振工具要求*)要求:瞬態(tài)激振應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)敲擊試驗(yàn)，選擇合適重量的激振力錘和軟硬適宜的錘墊；宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號(hào)，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號(hào)。 瞬態(tài)激振通過改變錘的重量及錘頭材料，可改變沖擊入射波的脈沖寬度及頻率成分。錘頭質(zhì)量較

26、大或剛度較小時(shí)，沖擊入射波脈沖較寬，以低頻成分為主；當(dāng)沖擊力大小相同時(shí)，其能量較大，應(yīng)力波衰減較慢，適合于獲得長樁樁底信號(hào)或下部缺陷的識(shí)別。錘頭較輕或硬度較大時(shí)，沖擊入射波脈沖較窄，含高頻成分較多；當(dāng)沖擊力大小相同時(shí)，雖其能量較小并加劇大直徑樁的尺寸效應(yīng)影響，但較適宜于樁身淺部缺陷的識(shí)別及定位。 78 常用激振設(shè)備:激振設(shè)備有手錘或力棒,其作用是產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。一般地，手錘產(chǎn)生的信號(hào)頻率較高，可用于檢測(cè)短、小樁或樁身的淺部缺陷；力棒的重量和棒頭可調(diào)，增加力棒的重量和使用軟質(zhì)棒頭（如尼龍、橡膠）可產(chǎn)生低頻信號(hào)，可用于檢測(cè)長、大樁和測(cè)試樁底信號(hào)。激振的部位宜位于樁的中心，但對(duì)于大樁也可變換位置以確定

27、缺陷的平面位置。激振的地點(diǎn)應(yīng)打磨平整，以消除樁頂雜波的影響。另外，力棒激振時(shí)應(yīng)保持棒身豎直，手錘激振時(shí)錘底面要平，以保持力的作用線豎直。7980振源說明材質(zhì)軟硬材料過硬，將激發(fā)出高頻脈沖波，高頻波可提高缺陷處的分辨率，對(duì)探測(cè)樁身淺部缺陷有利，但高頻波易衰減，不易獲取長樁的樁底反射；材料過軟，激發(fā)出的初始脈沖太寬，低頻波有利于檢測(cè)樁底反射，但會(huì)降低樁身上部缺陷的分辨率81上圖:鐵錘 下圖:尼龍頭力棒 82振源說明沖擊能量 錘重及落錘速度的大小決定了能量的大小。敲擊時(shí)能量應(yīng)適中，能量小，則應(yīng)力波會(huì)很快衰減，從而看不見樁下部缺陷和樁底的反射。因此，檢測(cè)大直徑長樁時(shí)應(yīng)選擇較重的力錘并加大捶擊速度，大幅

28、度提高敲擊力度，但錘過重又將造成微小缺陷被掩蓋。錘重的選擇應(yīng)在樁身沒有缺陷情況下而盡量有明顯的樁底反射為原則83振源說明接觸面積對(duì)于大直徑灌注樁，除應(yīng)選擇重錘加大能量沖擊外，相應(yīng)地要加大錘的直徑使錘與樁頭的接觸面積增大。若使用小錘檢測(cè)大直徑灌注樁，需要多點(diǎn)激振、多點(diǎn)接收，以便了解樁身橫向的不均勻性，而使用大錘，選擇合適的接收點(diǎn)，可獲得樁的整體響應(yīng)，有利于判斷樁身局部缺陷84振源說明脈沖寬度 寬脈沖，有利于長樁及深部缺陷檢測(cè)，但相應(yīng)的波長增大，由于波具有繞射能力，若入射波波長比樁身中缺陷的特征尺寸大得多時(shí)，波大部分可以繞射過去，反射波強(qiáng)度降低，識(shí)別樁內(nèi)小缺陷的能力就差，也就是分辨率低。若減小脈沖

29、寬度、減小波長，則不能滿足將樁視作一維彈性桿件的要求，會(huì)出現(xiàn)速度及波形的畸變。因此應(yīng)依據(jù)樁的特點(diǎn)，激發(fā)合適寬度的入射波脈沖。有時(shí)在同一根樁上，按照不同的檢測(cè)目的，需要產(chǎn)生不同的脈沖寬度。85激發(fā)樁底-低頻大能量86淺部缺陷-高頻低能量87激振點(diǎn)的選擇（5*）1)實(shí)心樁的激振點(diǎn)位置應(yīng)選擇在樁中心，檢測(cè)點(diǎn)宜在距樁中心2/3半徑處；2)空心樁的激振點(diǎn)和傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成的夾角宜為90，激振點(diǎn)宜為樁壁厚的1/2處。 3)瞬態(tài)激振應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)敲擊試驗(yàn)，選擇合適重量的激振力錘和軟硬適宜的錘墊；宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號(hào)，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號(hào)。88激

30、振點(diǎn)的選擇4) 激振點(diǎn)應(yīng)避開鋼筋籠的主筋影響。其目的是減少外露主筋對(duì)測(cè)試產(chǎn)生干擾信號(hào)。若外露主筋過長而影響正常測(cè)試時(shí)，應(yīng)將其割短。5) 激振方向應(yīng)沿樁軸線方向。目的是為了有效減少敲擊時(shí)的水平分量。89903 傳感器安裝要求（6*）1 、安裝傳感器部位的混凝土不得凹凸不平,不平時(shí)應(yīng)磨平，2 、傳感器安裝應(yīng)與樁頂面垂直；3 、用耦合劑粘結(jié)時(shí)，應(yīng)具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度,粘結(jié)層應(yīng)盡可能薄,傳感器安裝底面與樁頂面之間不得留有縫隙。（耦合劑要求） 4 、傳感器安裝點(diǎn)應(yīng)避開鋼筋籠的主筋，其目的是減少外露主筋對(duì)測(cè)試產(chǎn)生干擾信號(hào)。若外露主筋過長而影響正常測(cè)試時(shí)，應(yīng)將其割短。5、傳感器安裝點(diǎn)宜為距樁中心三分之二半徑處

31、；空心樁傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。6、樁徑大于350mm的樁應(yīng)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試或安裝（樁徑1200mm時(shí)每根樁不少于4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)）91傳感器要求（7*）總要求: 選擇量程范圍寬, 諧振頻率較高, 頻率相應(yīng)范圍寬, 阻尼特性好, 靈敏度較好的傳感器. 要有寬的動(dòng)態(tài)范圍要有寬的頻率響應(yīng)范圍:在10%幅頻誤差內(nèi)，加速度計(jì)幅頻線性段的高限不宜小于5000Hz，同時(shí)也應(yīng)避免在樁頂敲擊處表面凹凸不平時(shí)用硬質(zhì)材料錘（或不加錘墊）直接敲擊。 高阻尼磁電式速度傳感器固有頻率在1020Hz之間時(shí)，幅頻線性范圍（誤差10%時(shí)）約在201000Hz內(nèi)，高頻窄脈沖沖擊響應(yīng)測(cè)量不宜使用速度傳感器。92盡量選用安裝

32、諧振頻率較高的加速度傳感器。傳感器的可用上限頻率在其安裝諧振頻率的1/5以下時(shí)，可保證較高的沖擊測(cè)量精度，且在此范圍內(nèi)，相位誤差幾乎可以忽略。阻尼特性好靈敏度較好的傳感器要有少的失真度 要有較小的受非振動(dòng)環(huán)境影響.針對(duì)不同測(cè)試目的選擇不同傳感器，當(dāng)檢測(cè)長樁的樁底反射和深部缺陷時(shí)，應(yīng)選擇低頻性能好的傳感器，當(dāng)檢測(cè)短樁或淺部缺陷時(shí)，應(yīng)選用寬頻帶的加速度傳感器和速度傳感器。93大直徑灌注樁振蕩曲線94消除大直徑灌注樁振蕩方法1)降低振源頻寬(用低頻錘);2)觀察傳感器安裝位置的合理性;3)耦合劑是否恰當(dāng);4)傳感器是否松動(dòng).95傳感器阻尼系數(shù)影響a阻尼系數(shù)較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)一共振峰b阻尼系數(shù)過大時(shí)使低頻的

33、非線性程度加劇96兩傳感器測(cè)試信號(hào)比較（優(yōu)劣）：一般情況下兩者一致，但速度計(jì)L2m ， L40m時(shí)難加速度計(jì)：安裝不好，激振差，則高頻或漂移，但長大樁深淺部均適宜 97傳感器安裝剛度影響耦合程度影響高頻部分測(cè)試結(jié)果：安裝剛度 底座質(zhì)柔性固結(jié)：接觸諧振 固體耦合：效果好9899100 應(yīng)力波反射法對(duì)傳感器頻響要求 （樁：深、淺處頻率所需帶寬）據(jù)分析：測(cè)試系統(tǒng)各部分頻率上限f上=1.5（C/2b） 例： b=2m C=4000m/s 則 f 上=1500HZ進(jìn)行頻域分析時(shí)，設(shè)定上限f上=2.5(C/2b) 例： b=2 m C=4000m/s 則 f上=2500HZ低頻截頻率不得低于f=0.25(

34、C/2L) 例： L=40m C=4000m/s 則 f 下=1015HZ101測(cè)試系統(tǒng)相互關(guān)系或測(cè)試信號(hào)的綜合影響：1、樁身頻響P（w） 2、傳感器頻響B(tài)（w）3、振源頻響F（w） 4、儀器頻帶寬A（w）5、環(huán)境干擾H（w）即：V（w）=P（w）*B（w）*F（w）*A（w）*H（w）V（f）=P（f）B（f）F（f）A（f）H（f）102第三部分常見缺陷及特征數(shù)據(jù)103常見缺陷類型與典型缺陷曲線（一）預(yù)制樁常見缺陷接縫 斷裂 裂紋 內(nèi)部裂紋 缺損 離析104（二）灌注樁常見缺陷(*)蜂窩 疏松 夾泥 縮頸 裂紋 彎曲 浮漿 沉渣105灌注樁常見質(zhì)量問題沉管灌注樁:1)斷樁(振斷,拉斷) 2

35、)縮徑3)混凝土密實(shí)度差(離析.夾泥,空洞) 4)吊腳樁泥漿護(hù)壁灌注樁:1)斷樁(停電或?qū)Ч苓B接不密封或其他原因) 2)鋼筋籠上浮3)樁底沉渣 4)樁身離析106（三）樁身缺陷與典型記錄曲線107模型樁108109（四）傳感器安裝不良在波形上的反應(yīng) 口香糖+手扶傳感器安裝下實(shí)測(cè)波形110兩種傳感器同樁同錘作用下波形1 上面加速度計(jì)積分后速度波形優(yōu)于下面速度計(jì)測(cè)試波形111三只傳感器同樁同錘作用下波形2 上面加速度計(jì)積分后速度波形優(yōu)于最下面純速度計(jì)測(cè)試波形112同一根樁不同振源敲擊下的波形1 淺部存在缺陷時(shí)大錘測(cè)試信號(hào)易漏判113同一根樁不同振源敲擊下的波形2小錘測(cè)試樁底不清晰114同一根樁不同

36、振源敲擊下的波形3大小錘測(cè)試均有樁底反射但小錘測(cè)試信號(hào)有振蕩115樁頭差時(shí)波形的反應(yīng)1 灌注樁齡期不夠時(shí)在波形上的反應(yīng)116樁頭差時(shí)波形的反應(yīng)3 樁頭浮漿影響下波形117樁頭差時(shí)波形的反應(yīng)4 樁頭破損時(shí)實(shí)測(cè)波形的反應(yīng)118樁頭差時(shí)波形的反應(yīng)5 樁頭清理不干凈時(shí)實(shí)測(cè)波形的反應(yīng)119樁頭有帽6120大樁徑時(shí)實(shí)測(cè)波形的反應(yīng) 面波影響下波形121振源敲擊不合適時(shí)實(shí)測(cè)波形1 波形漂移(垃圾信號(hào))122振源敲擊不合適時(shí)實(shí)測(cè)波形2 可見樁底反射,但信號(hào)漂移,不歸零123失真波形124正常波形 摩擦樁實(shí)測(cè)波形1125正常波形 嵌巖樁波形2126正常波形 嵌入微分化花崗巖一定深度的基樁3127正常波形 擴(kuò)底樁波

37、形4128動(dòng)測(cè)抽芯對(duì)比129芯樣130第四部分 室內(nèi)數(shù)據(jù)分析總的原則：應(yīng)依據(jù)波列圖中的入射波和反射波的波形，相位、振幅，頻率及波的到達(dá)時(shí)間特征，推定單樁的完整性 同時(shí)應(yīng)堅(jiān)持：獨(dú)立、客觀、公正的原則信號(hào)處理原則：（a）頻譜分析（FFT）； （b）低通濾波頻；（c）積分處理； （d）指數(shù)放大；（e）歸一化處理。131第一節(jié) 樁身波速平均值的確定 當(dāng)樁長已知、樁底反射信號(hào)明確時(shí)，在地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝相同的基樁中，選取不少于5根類樁的樁身波速值按下式計(jì)算其平均值：132波速確定式中 cm樁身波速的平均值（m/s）； ci 第i根受檢樁的樁身波速值（m/s），且cicm/cm不宜大于5%； L

38、 測(cè)點(diǎn)下樁長（m）； T 速度波第一峰與樁底反射波峰間的時(shí)間差（ms）； f 幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差（Hz）； n 參加波速平均值計(jì)算的基樁數(shù)量（n5）。2 當(dāng)無法按上款確定時(shí)，波速平均值可根據(jù)本地區(qū)相同樁型及成樁工藝的其他樁基工程的實(shí)測(cè)值，結(jié)合樁身混凝土的骨料品種和強(qiáng)度等級(jí)綜合確定。133計(jì)算波速事例 地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)樁型,成樁工藝相同的10根樁,完整性類別均為類,樁身波速分別為:3800m/s, 3600m/s, 3700m/s, 3950m/s, 3900m/s ,4000m/s, 3750m/s, 4050m/s ,3900m/s, 3950m/s ,請(qǐng)計(jì)算樁身波速平均值.計(jì)算

39、:要求Ci取值的離散性不能太大, cicm/cm5%；3667m/sCi4053m/s.剔除3600m/s,n=95,經(jīng)計(jì)算平均值Cm=3889m/s134第二節(jié) 資料解釋1 樁身完整性類別應(yīng)結(jié)合缺陷出現(xiàn)的深度、測(cè)試信號(hào)衰減特性以及設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝、地質(zhì)條件、施工情況，按規(guī)范表3.5.1的規(guī)定和表8.4.3（樁身完整性判斷）所列實(shí)測(cè)時(shí)域或幅頻信號(hào)特征進(jìn)行綜合分析判定。要求： 一、收集地質(zhì)資料：為更好地對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行分析和判斷，必須對(duì)測(cè)試工地的有關(guān)資料進(jìn)行全面的收集和了解，其中包括收集工地的地質(zhì)資料，查閱巖土的土工和力學(xué)指標(biāo)；弄清土層的分布和走向，詳細(xì)閱讀地質(zhì)報(bào)告，特別要了解在樁長度范圍各地層

40、的含水量、孔隙比、壓縮模量、容重、內(nèi)摩擦角、地基承載力以及側(cè)壁摩阻和端阻的建議值。135資料解釋2 二、查閱本工程樁的施工資料，詳細(xì)了解樁的施工順序，核準(zhǔn)樁機(jī)型號(hào)、錘重、落距和貫入度。 三、了解混凝土的配合比，鋼材的規(guī)格，鋼筋籠的長度，水泥、骨料規(guī)格以及試塊的抗壓強(qiáng)度。 四、查閱打樁記錄，特別應(yīng)了解工地內(nèi)打樁過程中曾出現(xiàn)的故障及處理過程，并參閱測(cè)試樁的充盈系數(shù)、塌落度和齡期等。 五、收集工地在施工過程中進(jìn)行井徑和沉渣測(cè)試的資料，以便分析樁的擴(kuò)徑和縮頸與地層和施工的關(guān)系136資料解釋3分析原始信號(hào)。初步判斷樁身完整性進(jìn)行時(shí)域分析。對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波（平滑）、指數(shù)放大等處理，以便去掉無關(guān)信號(hào)，將樁

41、身完整性的各種反映充分展現(xiàn)出來，便于準(zhǔn)確分析深入的頻域分析。由組成信號(hào)的頻率成分更能全面的分析樁身完整性。 野外的動(dòng)測(cè)時(shí)域信息，盡管它具有較優(yōu)越的真實(shí)性，但許多曲線不可避免地夾雜著許多干擾信號(hào)，這給人們的分析帶來一些困難，因此對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行頻域分析是很必要的137資料解釋4 樁周土阻力對(duì)波形曲線的影響： 導(dǎo)致應(yīng)力波迅速衰減，使有效測(cè)試深度減?。?影響缺陷反射幅值，造成利用幅值進(jìn)行缺陷定量分析的誤差增大；在軟硬土層交界附近產(chǎn)生土阻力波，干擾樁身反射信號(hào)。例如，若樁周土某一段為軟弱土層，而上、下層土質(zhì)均較硬，則會(huì)產(chǎn)生類似縮頸的假缺陷138第三節(jié) 樁身完整性判定139第四節(jié)、檢測(cè)報(bào)告檢測(cè)報(bào)告應(yīng)包含以

42、下內(nèi)容：1）委托方名稱，工程名稱、地點(diǎn)，建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位，基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)型式，層數(shù)，設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)目的，檢測(cè)依據(jù)，檢測(cè)數(shù)量，檢測(cè)日期；2）地質(zhì)條件描述；3）受檢樁的樁型、尺寸、樁號(hào)、樁位、樁頂標(biāo)高和相關(guān)施工記錄；4）檢測(cè)方法，檢測(cè)儀器設(shè)備，檢測(cè)過程敘述；5）受檢樁的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)與計(jì)算分析曲線、表格和匯總結(jié)果；6）與檢測(cè)內(nèi)容相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)論。7）樁身波速取值；8）樁身完整性描述、缺陷的位置及樁身完整性類別；9）時(shí)域信號(hào)時(shí)段所對(duì)應(yīng)的樁身長度標(biāo)尺、指數(shù)或線性放大的范圍及倍數(shù)；或幅頻信號(hào)曲線分析的頻率范圍、樁底或樁身缺陷對(duì)應(yīng)的相鄰諧振峰間的頻差。140第五部分、局限性及探究 1、不能量化 2、樁的長徑比5 LD40 3、樁底測(cè)不出，樁長，砼強(qiáng)度？141測(cè)試盲區(qū)傳感器頻響不夠振源或入