PPT基樁完整性檢測技術(shù)及方法

基樁樁完完整整性性檢檢測測技技術(shù)術(shù)及及方方法法第五章基樁樁完完整整性性檢檢測測（（敲敲擊擊回回波波法法、、低低應應變變法法））第五五章章主主要要內(nèi)內(nèi)容容：：§5-1一維維波波動動理理論論簡簡介介介紹紹入入射射波波、、反反射射波波、、透透射射波波質(zhì)質(zhì)點點速速度度、、應應力力間間關(guān)關(guān)系系§5-2波動動理理論論在在基基樁樁檢檢測測中中應應用用主要要介介紹紹波波在在不不同同情情形形下下反反射射波波特特征征§5-3低應應變變檢檢測測方方法法主要要介介紹紹測測試試傳傳感感器器、、安安裝裝、、振振源源等等§5-4完整整性性分分析析影影響響因因素素介紹紹多多次次反反射射波波、、阻阻抗抗緩緩變變、、樁樁土土相相互互作作用用對對分分析析的的影影響響§5-5波形形匹匹配配分分析析方方法法介紹紹波波形形匹匹配配分分析析意意義義、、方方法法及及應應用用§5-6基樁樁完完整整性性分分析析有有關(guān)關(guān)問問題題介紹紹在在檢檢測測中中遇遇到到的的有有關(guān)關(guān)問問題題運動動方方程程連續(xù)續(xù)方方程程應力力—應變變關(guān)關(guān)系系§5-1一維維波波動動理理論論簡簡介介桿單單元元受受力力如如圖圖所所示示，，(拉應應力力、、拉拉應應變變?yōu)闉檎?，，沿沿x方向向質(zhì)質(zhì)點點速速度度為為正正，，））5.1.1一維維波波動動理理論論§5-1一維維波波動動理理論論簡簡介介5.1.1一維維波波動動理理論論運動動方方程程(牛頓頓定定律律））連續(xù)續(xù)方方程程應力力—應變變關(guān)關(guān)系系(5-4)二次次偏偏微微分分方方程程波波動動解解的的形形式式表示示右右行行及及左左行行波波，，以以右右向向為為坐坐標標軸軸方方向向。。分分析析以以下下幾幾種種情情況況下下的的波波傳傳播播情情形形，，任任意意位位置置、、時時刻刻可可看看作作這這兩兩種種行行波波的的疊疊加加。。(5-5)(5-1)(5-2)(5-3)tx入射射波波反射射波波透射射波波121分別別是是桿桿的的密密度度、、縱縱波波速速、、截截面面積積§5-1一維維波波動動理理論論簡簡介介當阻阻抗抗變變小小時時，，符號號相相同同，，即反反射射波波的的質(zhì)質(zhì)點點速速度度與與入入射射波波質(zhì)質(zhì)點點速速度度相相位位相相同同當阻阻抗抗變變大大時時，，符號號相相反反，，即反反射射波波的的質(zhì)質(zhì)點點速速度度與與入入射射波波質(zhì)質(zhì)點點速速度度相相位位相相反反§5-1一維維波波動動理理論論簡簡介介5.1.2多次次反反射射交界界面面反反射射波波多多次次反反射射問問題題tx入射波波第一次次反射射透射波波12分別是是桿的的密度度、縱縱波速速、截截面積積第二次次反射射應力波波在波波阻抗抗不同同的介介質(zhì)交交界面面處會會多次次反射射，反反射波波是等等時距距。。擴徑縮徑第一次次反射射第二次次反射射第三次次反射射§5-1一維波波動理理論簡簡介5.1.2多次反反射第五章基樁完完整性性檢測測（（敲敲擊回回波法法、低低應變變法））第五章章主要要內(nèi)容容：§5-1一維波波動理理論簡簡介介紹入入射波波、反反射波波、透透射波波質(zhì)點點速度度、應應力間間關(guān)系系§5-2波動理理論在在基樁樁檢測測中應應用主要介介紹波波在不不同情情形下下反射射波特特征§5-3低應變變檢測測方法法主要介介紹測測試傳傳感器器、安安裝、、振源源等§5-4完整性性分析析影響響因素素介紹多多次反反射波波、阻阻抗緩緩變、、樁土土相互互作用用對分分析的的影響響§5-5波形匹匹配分分析方方法介紹波波形匹匹配分分析意意義、、方法法及應應用§5-6基樁完完整性性分析析有關(guān)關(guān)問題題介紹在在檢測測中遇遇到的的有關(guān)關(guān)問題題§5-2波動理理論在在基樁樁檢測測中應應用敲擊樁樁端面面產(chǎn)生生應力力波，，應力力波在在向下下傳播播過程程在波波阻抗抗變化化交界界面會會發(fā)生生反射射、透透射，，根據(jù)據(jù)反射射波的的走時時及反反射波波質(zhì)點點速度度相位位變化化來確確定反反射面面的位位置及及阻抗抗變化化（增增大、、減少少），，該檢檢測方方法也也稱為為敲擊擊—回波法法，由由于樁樁體應應變很很小，，相對對重錘錘敲擊擊，完完整性性檢測測法也也稱低低應變變檢測測法。。樁在自由端端5.2.1應力波在在自由端端完整樁樁中的傳傳播入射脈沖沖樁底第一一次反射射樁底第二二次反射射自由或軟軟弱端(土體相對對樁材料料）的相相鄰反射射波相位位相同5.2.2應力波在在固定端端完整樁樁中的傳傳播TVL樁嵌巖入射脈沖沖樁底第一一次反射射樁底第二二次反射射堅硬(土體相對對樁材料料）或固定端端的相鄰鄰反射波波相位相相反5.2.3應力波在在波阻抗抗減小樁樁中的傳傳播TVL樁截面減小小阻抗減小小處的相相鄰反射射波相位位相同5.2.4應力波在在波阻抗抗減小樁樁中的傳傳播TVL樁縮徑第一交界界面反射射第二交界界面反射射樁底反射射5.2.5應力波在在波阻抗抗增大樁樁中的傳傳播TVL樁擴徑第一交界界面反射射第二交界界面反射射樁底反射射5.2.6反射波法法的檢測測原理通過在樁樁頂施加加激振信信號產(chǎn)生生應力波波，該應應力波沿沿樁身傳傳播過程程中，遇遇到不連連續(xù)界面面（如蜂蜂窩、夾夾泥、斷斷裂、孔孔洞等缺缺陷）和和樁底面面（即波波阻抗發(fā)發(fā)生變化化）時，，將產(chǎn)生生反射波波，檢測測分析反反射波的的傳播時時間、幅幅值、相相位和波波形特征征，得出出樁缺陷陷的大小小、性質(zhì)質(zhì)、位置置等信息息，最終終對樁基基的完整整性給予予評價。。5.2.7工程中樁樁體可能能的異常常第五章基樁完整整性檢測測（（敲擊回回波法、、低應變變法）第五章主主要內(nèi)容容：§5-1一維波動動理論簡簡介介紹入射射波、反反射波、、透射波波質(zhì)點速速度、應應力間關(guān)關(guān)系§5-2波動理論論在基樁樁檢測中中應用主要介紹紹波在不不同情形形下反射射波特征征§5-3低應變檢檢測方法法主要介紹紹測試傳傳感器、、安裝、、振源等等§5-4完整性分分析影響響因素介紹多次次反射波波、阻抗抗緩變、、樁土相相互作用用對分析析的影響響§5-5波形匹配配分析方方法介紹波形形匹配分分析意義義、方法法及應用用§5-6基樁完整整性分析析有關(guān)問問題介紹在檢檢測中遇遇到的有有關(guān)問題題5.3.1傳感器——加速度計計、速度度計5.3.2振源5.3.3傳感器布布置§5-3低應變檢檢測方法法（a）周邊壓縮縮式（b）中心壓縮縮式（c）倒置式中中心壓縮縮式（d）環(huán)形剪切切式（e）三角剪切切式s——彈簧M——質(zhì)量塊P——壓電片C——導線B——基座加速度計計加速度傳傳感器質(zhì)質(zhì)量較小小，且彈彈簧剛度度較高，，因而傳傳感器固固有頻率率較高固有頻率率速度計速度傳感感器質(zhì)量量較大，，因而固固有頻率率較低速度傳感感器加速度傳傳感器加速度傳傳感器yx測試體從傳感器器的幅頻頻特性似似乎可以以使用無無限頻率率，但實實際上除除了傳感感器本身身的振動動特性外外，還要要考慮傳傳感器與與被測體體安裝形形成的諧諧振問題題。這是是由于傳傳感器與與被測體體因有一一定的連連接剛度度（不是是剛性連連接）又又形成二二階的質(zhì)質(zhì)量——彈簧——阻尼振動動系統(tǒng)。。其安裝裝諧振頻頻率直接接影響到到傳感器器的使用用最高頻頻率。速度傳感感器的質(zhì)質(zhì)量較大大，因而而其安裝裝諧振頻頻率較低低，這就就影響到到速度傳傳感器測測量頻率率范圍（（<1000Hz);加速度傳傳感器質(zhì)質(zhì)量較小小，因而而其安裝裝諧振頻頻率較高高，一般般可以得得到幾千千Hz甚至幾十十千Hz.螺栓固定定（31kHz）用蠟粘接接固定（（29kHz）用膠合劑劑固定（（28kHz）用螺栓加加絕緣墊墊圈固定定（28kHz）用永久磁磁鐵固定定（27kHz）采用探針針式接觸觸方法（（24kHz）傳感器安安裝方式式影響傳感器用用耦合劑劑粘結(jié)時時，粘結(jié)結(jié)層應盡盡可能薄薄必要時可可采用沖沖擊鉆打打孔安裝裝方式傳感器安安裝面應應與樁頂頂面緊密密接觸測點位置置、頻率率影響測點位置置、頻率率影響3/4R1/2R1/4R樁頂傳感感器樁中心激激振樁側(cè)傳感感器樁側(cè)信號號樁頂信號號數(shù)值計算算及以上上實驗表表明：只只要錘擊擊脈沖各各頻率成成份的波波長與樁樁徑比；；傳感器器放置在在距樁中中心2/3R~3/4R的位置，，測試的的信號從從某種程程度可以以近似用用一維波波動理論論來分析析，這為為通過波波形匹配配來對樁樁身完整整性定量量分析提提供的依依據(jù)。傳感器放放置距樁樁心2/3R處且安裝位置置平整盡盡可能使使傳感器器垂直與與樁頭平平面樁頂面應應平整、、密實、、并與樁樁軸線基基本垂直直PITDEMO第五章基樁完整整性檢測測（（敲擊回回波法、、低應變變法）第五章主主要內(nèi)容容：§5-1一維波動動理論簡簡介介紹入射射波、反反射波、、透射波波質(zhì)點速速度、應應力間關(guān)關(guān)系§5-2波動理論論在基樁樁檢測中中應用主要介紹紹波在不不同情形形下反射射波特征征§5-3低應變檢檢測方法法主要介紹紹測試傳傳感器、、安裝、、振源等等§5-4完整性分分析影響響因素介紹多次次反射波波、阻抗抗緩變、、樁土相相互作用用對分析析的影響響§5-5波形匹配配分析方方法介紹波形形匹配分分析意義義、方法法及應用用§5-6基樁完整整性分析析有關(guān)問問題介紹在檢檢測中遇遇到的有有關(guān)問題題§5-4完整性分分析影響響因素5.4.1應力波多多次反射射5.4.2波阻抗?jié)u漸變變化化5.4.3樁土相互互作用應力波在在波阻抗抗不同的的介質(zhì)交交界面處處會多次次反射，，反射波波是等時時距擴徑縮徑第一次反反射第二次反反射第三次反反射5.4.1應力波多多次反射射擴徑的第第二次反反射（同同相）與與縮徑的的第一次次反射（（同相））疊加，，這樣樣容易將將縮徑處處的反射射波忽略略或?qū)⒌诘诙畏捶瓷湔`作作為縮徑徑的反射射。在多多次反射射波的影影響下，，測試的的反射波波信號判判讀有一一定難度度。漸變波阻阻抗反射射波是連連續(xù)的，，波形狀狀發(fā)生變變化即使?jié)u變變波阻抗抗變化區(qū)區(qū)域最大大的波阻阻抗或最最小波阻阻抗與突突變相同同，漸變變波阻抗抗反射波波峰明顯顯偏小。。突變漸變5.4.2波阻抗?jié)u漸變變化化1、同一位位置、同同一程度度，樁土土相互作作用會導導致幅值值減小無樁土作作用先縮后擴擴有樁土作作用先擴后縮縮5.4.3樁土相互互作用2、同一程程度、不不同位置置，幅值值比較波阻抗變變化距樁樁頂近波阻抗變變化距樁樁頂遠3、樁土相相互作用用會產(chǎn)生生上行壓壓力波樁土相互互作用產(chǎn)產(chǎn)生上行行壓力波波4、樁周土土分層分層的變變化也會會導致反反射波形形變化，，這種變變化很容容易與樁樁身波阻阻抗變化化混淆土層剛度度變化土層剛度度變化第五章基樁完整整性檢測測（（敲擊回回波法、、低應變變法）第五章主主要內(nèi)容容：§5-1一維波動動理論簡簡介介紹入射射波、反反射波、、透射波波質(zhì)點速速度、應應力間關(guān)關(guān)系§5-2波動理論論在基樁樁檢測中中應用主要介紹紹波在不不同情形形下反射射波特征征§5-3低應變檢檢測方法法主要介紹紹測試傳傳感器、、安裝、、振源等等§5-4完整性分分析影響響因素介紹多次次反射波波、阻抗抗緩變、、樁土相相互作用用對分析析的影響響§5-5波形匹配配分析方方法介紹波形形匹配分分析意義義、方法法及應用用§5-6基樁完整整性分析析有關(guān)問問題介紹在檢檢測中遇遇到的有有關(guān)問題題在現(xiàn)行的的基樁規(guī)規(guī)范中對對如何處處理三類類樁并沒沒有明確確規(guī)定,只有知道道樁的缺缺損程度度及響應應的位置置、范圍圍，設(shè)計計部門才才可能根根據(jù)其對對樁豎直直向抗壓壓強度、、水平向向抗剪強強度的影影響，對對樁進行行進一步步的實驗驗或進行行相應的的處理。。但現(xiàn)行行樁的缺缺損程度度的確定定方法有有一定的的局限性性：（1）鉆孔孔取芯局部性，，要客觀觀缺損處處的缺損損程度就就必須有有多處取取芯，這這導致樁樁如蜂窩窩煤，之之后又需需灌漿，，耗時、、耗力§5-5波形匹配配分析方方法5.5.1波形匹配配分析（（定量分分析）意意義（2）高應應變完整整性測量量高應變是是利用缺缺損處反反射的拉拉力波對對F、ZV曲線的影影響來確確定完整整系數(shù)。。但由于于高應變變信號頻頻率成份份較低，，阻抗形形式變化化復雜（（突變、、漸變、、范圍大大?。е路捶瓷洳ǒB疊加，同同時又要要考慮土土阻力的的影響，，分析精精度不高高。（3）聲波波測試聲波測試試可以提提供CT圖，對測測管區(qū)間間進行定定量描述述，但必必須事先先埋管;在激振點點，測點點及激振振頻率滿滿足一定定的要求求時，樁樁的動測測信號可可近似用用一維應應力波理理論來分分析。對對入射、、反射波波峰值分分析或通通過對實實測波形形分析進進行擬合合分析，，可確定定波阻抗抗變化位位置、程程度、范范圍，從從而為樁樁的完整整性分類類提供科科學定量量化依據(jù)據(jù)。通過對波波形的擬擬合分析析，不僅僅可定量量分析波波阻抗變變化，而而且還可可幫助分分析者了了解波的的多次反反射、相相互迭加加及樁土土相互作作用對波波傳播影影響。具具體的講講，應力力波在波波阻抗變變化處總總是有多多次反射射，反射射波的能能量與波波阻抗變變化程度度有關(guān)，，相鄰反反射波的的相位變變化與波波阻抗增增大或縮縮小有關(guān)關(guān)。通過過波形擬擬合便可可識別那那些信號號是波阻阻抗第二二次反射射甚至第第三次反反射，那那些是首首次反射射。首次次反射波波對應著著波阻抗抗變化，，而二次次及二次次以上的的反射波波會與其其它反射射波迭加加，導致致信號加加強或信信號削弱弱。5.5.2定量分析析結(jié)果通過定量量分析我我們可以以得到以以下一些些結(jié)果：：（1）損傷的的范圍（2）損傷的的程度（3）得到樁樁身波阻阻抗（ρcA）與樁底土土等效波波阻抗的的比值，，同一場場地，不不同樁底底該參數(shù)數(shù)的比較較可以了了解沉渣渣相對情情況?！?-5波形匹配配分析方方法將樁體離離散化，，每個離離散單元元材料特特性、截截面認為為是均勻勻的樁土相互互作用用用阻尼壺壺來模擬擬基于一維維波動理理論，不不斷調(diào)整整單元的的波阻抗抗，使計計算的樁樁表面響響應與實實測波形形達到最最佳匹配配阻尼壺模模擬樁土土作用樁單元5.5.1波形匹配配分析模模型對完整樁樁實測波波形進行行擬合分分析得到到阻尼壺壺阻尼系系數(shù)，擬擬合時只只須調(diào)整整與各單單元相連連的阻尼尼壺阻尼尼系數(shù)；；將阻尼壺壺阻尼系系數(shù)與各各單元所所在土層層土性參參數(shù)相聯(lián)聯(lián)系，阻阻尼壺阻阻尼與土土性的剪剪切波速速有關(guān)。。實測信號號或多或或少有些些失真，，樁體波波阻抗或或多或少少有變化化，因此此，第一一種方法法使用時時可能會會出現(xiàn)較較大的誤誤差，甚甚至與實實際土層層情況相相反。將將阻尼系系數(shù)與土土性參數(shù)數(shù)結(jié)合起起來，物物理定義義清晰，，即樁周周土越密密實，樁樁土作用用越強烈烈，應力力波衰減減越明顯顯，它不不受實測測信號失失真等影影響。5.5.2樁土的參數(shù)數(shù)確定5.5.3完整性分類類根據(jù)缺損處處最小波阻阻抗與正常常部分波阻阻抗之比β值，工程樁樁的完整性性可大致分分為四類：：β=1屬完整樁β=0.8～1.0，輕微破損β=0.6～0.8中等程度破破損β<0.6斷裂。5.5.4場地測試分分析樁帽影響缺損部位距樁頂較遠,受樁土作用用影響反射微微弱第五章基樁完整性性檢測（（敲擊回回波法、低低應變法））第五章主要要內(nèi)容：§5-1一維波動理理論簡介介紹入射波波、反射波波、透射波波質(zhì)點速度度、應力間間關(guān)系§5-2波動理論在在基樁檢測測中應用主要介紹波波在不同情情形下反射射波特征§5-3低應變檢測測方法主要介紹測測試傳感器器、安裝、、振源等§5-4完整性分析析影響因素素介紹多次反反射波、阻阻抗緩變、、樁土相互互作用對分分析的影響響§5-5波形匹配分分析方法介紹波形匹匹配分析意意義、方法法及應用§5-6基樁完整性性分析有關(guān)關(guān)問題介紹在檢測測中遇到的的有關(guān)問題題§5-6基樁完整性性分析有關(guān)關(guān)問題5.6.1基樁完整性性分類及樁樁的評價；；5.6.2樁體的檢測測長度；5.6.3阻抗變化類類別區(qū)分（（離析、夾夾泥或縮徑徑）;5.6.4樁長度檢測測。5.6.5樁底反射波波與波阻抗抗檢測5.6.6樁底沉渣及及厚度檢測測問題5.6.7帶平臺單樁樁或群樁檢檢測5.6.1基樁完整性性分類及樁樁的評價樁的完整性性分類并不不代表對樁樁的評價，，樁是否合合格最重要要的參數(shù)是是其水平及及豎向承載載力同樣程度的的缺損，位位置不同，，影響也不不同由于反射波波的強度受受樁土相互互作用、波波阻抗變化化位置、變變化形式、、范圍、多多次反射波波疊加等影影響。根據(jù)據(jù)波速及波波形變化分分類并不很很科學。5.6.2樁體的檢測測長度樁周土性：傳播過程程中不斷衰衰減，衰減減程度與樁樁周土性有有關(guān)樁長徑比：同樣的土土層，應力力波在傳播播過程還受受樁的長徑徑比影響，，樁的長徑徑比越大，，樁底反射射波檢測難難度越大。。樁底土性：樁底土的的等效波阻阻抗與樁身身波阻抗接接近時，即即使樁長徑徑比不大，，大部分能能量在樁底底向土體輻輻射，從而而增加樁底底反射波檢檢測難度；；樁身材料粘粘性：即使沒有有樁土相互互作用，應應力波也會會衰減的激振頻率、、激振能量量：激振頻率率越低、激激振能量越越大，樁底底反射就越越明顯。激振點及傳傳感器安裝裝位置：激振點與與傳感器安安裝點越近近，實測第第一個波至至峰值就越越大，這樣樣，樁底反反射波相對對于第一個個波至幅值值就越小。。綜上所述，，我們不應應孤立地談談樁的檢測測長度，而而應與樁周周土層、樁樁的長徑比比、樁底持持力層等因因素結(jié)合起起來5.6.3阻抗變化類類別區(qū)分反射波的相相位、幅值值與樁身波波阻抗變化化有關(guān)，即即與樁材料料的密度ρ波速c及橫截面積積A有關(guān)。低應變完整整性檢測方方法，只能能對波阻抗抗變化作出出分析，即即對樁橫截截面的平均均情況作出出分析。至至于詳細區(qū)區(qū)分要借助助于其它手手段，如聲聲波等方法法。樁底反射波波走時、砼砼平均縱波波速、樁長長三參數(shù)中中的任二個個參數(shù)便可可確定另外外一個參數(shù)數(shù)。要估算算樁長，必必須已知樁樁底反射波波走時、砼砼平均縱波波速。樁底底反射波時時間可從記記錄