鉆孔樁低應變反射波法上課用1課件

第十一章鉆孔灌注樁檢測鉆孔灌注樁的檢測內容（一）施工前的檢測

（原材料檢驗、配合比檢驗、施工機具檢驗）（二）施工過程檢測（檢測筑島、檢測護筒、泥漿檢驗、混凝土質量檢驗）（三）樁完整性檢測（樁完整性檢驗、承載力檢驗）補充：灌注樁的施工（一）設計分類：

1、摩擦樁：（1）承載原理：主要考慮樁周土體摩擦承載。（2）影響因素：樁周土層土質、設計樁長及樁徑，樁底承載力一般僅考慮10%左右。

2、端承樁：（1）承載原理：主要考慮樁底巖體支撐。（2）影響因素：樁底巖層強度及嵌入深度、樁體自身強度、剛度。澆筑工藝：1、水下澆筑：

水中內置導管，導管內首盤砼料封住至一定埋深，砼通過導管逐步注入，使孔中水及沉渣由導管外溢出，至樁頂。（見圖1）2、干孔灌注：

砼通過導管連續(xù)灌入，直至灌滿。（見圖3）補充：灌注樁的施工常見缺陷：

1、水下灌注：

（1）斷樁（全斷面夾泥或夾砂）（2）局部截面夾泥或縮頸（圖2）（3）集中性氣孔（4）分散性泥團及“蜂窩”狀缺陷（圖2）（5）樁底沉渣或泥漿沉渣層過厚（6）樁頭低強區(qū)（7）樁孔深度不夠2、干孔灌注：

（1）因地下水漏入而形成的砼層狀離析，嚴重時成斷樁（2）砼局部嚴重離析（3）因護筒滲漏而形成的局部夾泥或“蜂窩”狀缺陷（4）樁底沉渣（圖3）補充：灌注樁的施工（二）施工過程檢測

成孔質量檢驗及質量標準一、孔徑檢測（１）必須在樁孔成孔后、下鋼筋籠前進行．（２）檢測方法：用制作好籠式井徑器入孔二、孔形檢測（１）檢測方法開挖檢測和超聲波檢測（2）開挖檢測一般在工程試樁結束，直接觀察樁身形狀的相應土層中的變化。三、孔深和孔底沉渣檢測（1）采用標準測錘檢測四、樁孔豎直度檢測（1）采用鉆桿測斜法五、樁位檢測（二）施工過程檢測

清孔的質量要求和檢測方法一、質量要求摩擦樁：孔底沉淀土的厚度不大于設計規(guī)定;清孔后的泥漿性能指標滿足規(guī)定要求；支承樁：灌注混凝土前，孔底沉淀土的厚度不大于設計規(guī)定；二、沉淀土厚度的檢測方法沉淀土厚度的測算基準面：（1）用平底鉆錐和沖擊、沖抓錐時，沉淀土厚度從錐頭或沖抓錐底部所到達的孔底平面算起；（2）用底部帶圓錐的籠式錐頭時，沉淀土厚度從錐頭下端的圓錐體高度中點標高算起．檢測方法：；（１）取樣盒檢測法；（２）測錘法；（３）聲納法；（４）電阻率法（５）電容法

（二）施工過程檢測

泥漿性能指標檢測—粘度檢測粘度η定義：液體或混合液體運動時各分子或顆粒之間產生的內摩阻力（frictionresistance）。檢測方法：用標準漏斗粘度計測定，用兩端開口量杯分別量取200mL和500mL泥漿，通過濾網(wǎng)濾去大砂礫后，將泥漿700mL均注入漏斗，然后使泥漿從漏斗流出，流滿500mL量杯所需時間（s），即為所測泥漿的粘度。校正方法：漏斗中注入700mL清水，流出500mL，所需時間應是15s，其偏差如超過±1s，測量泥漿時應校正。（二）施工過程檢測

泥漿性能指標檢測—失水量失水量（mL/30min）和泥皮厚（mm）定義：泥漿在鉆孔內受內外水頭壓力差的作用在一定時間內滲入地層的水量，以mL/30min為單位。檢測方法：（1）失水量檢測：用一張120mm×120mm的濾紙（filterper），置于水平玻璃板上，中央畫一個直徑30mm的圓圈，將2mL的泥漿滴于圓圈中心，30min后，量算濕潤圓圈的平均半徑，減去泥漿坍平成為泥餅的平均半徑（mm）即失水量。（2）泥皮厚檢測：在濾紙上量出泥餅厚度（mm）即為泥皮厚。泥皮愈平坦、愈薄，則泥漿質量愈高，一般不宜厚于2～3mm。（二）施工過程檢測

鉆孔灌注樁的混凝土質量檢測１．樁身混凝土抗壓強度符合設計規(guī)定；每根樁取混凝土抗壓強度試件組數(shù)為2-4組，檢測結果應滿足混凝土質量檢驗要求２．檢驗方法和數(shù)量應符合設計要求（三）樁完整性檢測樁基礎檢測方法：（一）直觀檢測主要檢驗樁身完整性（二）輻射能檢測主要檢測樁身完整性（三）靜力檢驗主要估算單樁承載力（四）動力檢測具有檢驗樁身完整性和單樁承載力的功能（三）樁完整性檢測-應力波反射法基樁動力檢測：

通過對樁的應力波傳播特性的測定和分析來評價樁的完整性，推算樁的承載力、樁側和樁端巖土阻力及打樁應力的檢測方法；樁身完整性：

反映樁身長度和截面尺寸、樁身材料密實性和連續(xù)性的綜合狀況；樁身缺陷：

指樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥、離析、蜂窩、松散等現(xiàn)象；低應變反射波法：

在樁頂施加低能量沖擊荷載，實測加速度響應時程曲線，運用一維性波動理論的時域和頻域分析，對被檢樁的完整性進行評價的檢測方法。頻率域主要參數(shù)：頻率、相位、周期、幅值時間頻主要參數(shù)：波速、走時、力值、阻抗

周期T

相位相同的相鄰的波之間所經歷的時間。頻率f

周期的倒數(shù)，Hz?；炷脸暀z測使用頻率20~200kHz。振幅A

波動的幅度，表征波的強弱，以屏幕上波高度的毫米數(shù)、輸出電壓值或分貝（dB）表示。波長λ

聲波波動一次所傳播的距離。波速v

單位時間波傳播的距離，m/s。1.2.2波形參數(shù)（三）樁完整性檢測-應力波反射法

二、基本原理反射波法源于應力波理論。基本原理是在樁頂進行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，在樁身存在明顯波阻抗界面（如樁底、斷樁或嚴重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位，將產生反射波。一、適用范圍：1、實測樁頂速度響應信號的特征來檢測樁身混凝土的完整性2、判定樁身缺陷位置及影響程度3、推定缺陷類型及在樁身中的位置4、可以對樁長進行校核5、對樁身混凝土強度等級做出估計6、判斷樁端嵌固情況適用于混凝土灌注樁和預制樁等剛性材料樁的樁身完整性檢測三、特點：

便捷、價廉、便于普查縱波(P波)

介質質點的振動方向與波的傳播方向一致?？v波的傳播是依靠介質時疏時密（即時而拉伸，時而壓縮）使介質的容積發(fā)生變形引起壓強的變化而傳播的，和介質的容變彈性有關。任何彈性介質（固體、液體、氣體）在容積變化時都能產生彈性力，縱波可以在任何固體、液體、氣體中傳播。橫波的傳播是使介質產生剪切變形時引起的剪切應力變化而傳播，和介質切變彈性有關。由于液體、氣體無一定形狀，其形狀發(fā)生變化時不產生切變應力，所以液體、氣體不能傳播橫波,橫波只能在固固體中傳播。2、橫波(S波)

介質質點的振動方向與波的傳播方向垂直。（三）波速與各彈性模量之間的關系波長的定義是彈性波在一個振動周期T內所傳播的距離，如果波速為C則波長λ有反射波法測樁所用的頻率低，滿足λ＞D，及D＜L（D為樁徑，L為樁長），所以這時所測的是桿狀的拉伸波（縱波）波速。

1．反射定律入射線、反射線和法線在同一個平面內，入射波P、反射波P1、透射波P2PP1P2x=nP1C2P2C2圖5.6垂直入射的反射、透射2．形成反射波的條件 當R=0時，即Z2=Z1，不產生反射——均勻介質； 當R≠0時，即Z2≠Z1，產生反射——非均勻介質，此時存在著差異波阻抗的反射界面（產生反射波的條件）。R---應力反射系數(shù)

Z---樁身截面力學阻抗

3．透射定律 當入射波通過反射界面形成透射波時，由于分界面兩側波傳播的速度不同，透射波的射線要改變入射波射線的方向而發(fā)生偏折，偏折程度的大小決定于透射定律：入射線、透射線位于界面的兩側；入射線、透射線、法線在同一個射線平面內；入射角的正弦與透射角的正弦之比等于入射波和透射波速度之比。 基樁檢測中，如基樁樁頭截面傾斜且存在二至三層非水平的波阻抗面（即缺陷有兩至三個），并假設波速是遞增的，即C1＜C2＜C3，透射波射線逐層偏折，直至樁邊，然后在樁內垂直于樁頭方向反復反射，這種現(xiàn)象稱透射損失。此時難以觀測到樁底的反射波。聲波在介質界面的反射和折射聲波在傳播過程中，由一種介質到達另一種介質，在兩種介質的分界面（界面）上，聲波會發(fā)生方向和能量的變化：一部分聲波被反射回到原來介質中，稱為反射波；另一部分聲波透過界面在另一種介質中繼續(xù)傳播，稱為折射波。反射系數(shù)與透射系數(shù)的大小取決于兩種介質的聲學特性，具體來說取決于介質的特性阻抗Z。特性阻抗Z表征介質的聲學特性，其值為介質的密度和波速的乘積，即Z=ρ×v1.5聲波在介質界面的反射和折射

項目

材料

楊氏彈性模量（104MPa）泊松比σ密度（g/cm3）聲速（m/s）特性阻抗ρv(104g/cm2.s)vPvS鋼21.00.297.859403220470玻璃7.00.252.558003350129陶瓷5.90.232.453003100130混凝土3.00.282.445002756108石灰石7.20.312.761303200166淡水

20℃——0.998148114.8空氣20

℃——0.00123430.004IRTZ1=ρ1×v1Z1=ρ2×v2R+T=1，符合能量守恒定律；Z1=Z2時，R=0，T=1，即當兩種介質特性阻抗相等時，聲波全部透過界面，無反射；兩種介質特性阻抗相差懸殊時（Z1>>Z2或Z1<<Z2），R→1，T→0，即聲波能量在界面絕大部分被反射，難于進入第二種介質。

聲波在介質界面的反射和折射？為什么換能器和被測體之間需要耦合介質（黃油、水等）？超聲波為什么可以探測裂縫！鋼、混凝土一類固體介質特性阻抗較大，液體一類介質次之，空氣的特性阻抗最小，因此，在空氣與固體介質界面上，聲波很難通過，絕大部分被反射。1.5聲波在介質界面的反射和折射檢測儀器與設備

檢測系統(tǒng)包括信號采集及處理儀、傳感器、激振設備和專用附件（一）信號采集及處理儀應符合下列規(guī)定：1、數(shù)據(jù)采集裝置的模－數(shù)轉換器不得低于12bit，2、采樣間隔宜為10-500μs，可調3、單通道采樣點不少于1024點4、放大器增益大于60dB，可調，線性度良好，其頻響范圍應滿足5HZ-5KHZ（三）樁完整性檢測-應力波反射法（三）樁完整性檢測-應力波反射法（二）傳感器的性能要求：選用電式加速度傳感器或磁電式速度傳感器，頻響曲線的有效范圍應覆蓋整個測試信號的頻帶范圍（三）根據(jù)樁型和檢測目的，選擇不同材料和質量的力錘，以獲得所需的激振頻率和能量（三）樁完整性檢測-應力波反射法1、檢查設備（激振設備、傳感器等）是否連接完好，處于正常工作狀態(tài)；2、樁頭處理：

A、破除至新鮮堅硬砼；

B、頂面干凈，貼傳感器及擊振點，要求打磨平滑，必要時進行烘干；

C、準備2—4個傳感器貼點備用。

D、該檢測應在成樁后14天左右進行（三）樁完整性檢測-應力波反射法3、傳感器安裝（1）采用石膏黃油等結合劑，粘貼要牢固，并與樁頂垂直；（2）對于混凝土樁：安裝在距樁中心1/2～2/3半徑處，且距離樁的主筋不宜小于50mm，樁徑小于1000mm時，不少于2個測點，樁徑大于1000mm時，不少于4個測點（三）樁完整性檢測-應力波反射法4、激振：可備用不同重量和材料的擊錘擊振，用改變初始入射波脈沖寬度或頻率成分方式，采集所需波形。A、一般剛度較小的錘頭，入射波脈沖較寬，含低頻成分較多，加上激振能量大，波表減較慢，適合于獲取長樁深度缺陷或樁端反射信號。B、剛度較大的錘頭，入射波脈沖較窄，高頻成分較多，加上激振能量小，適合于樁身淺部缺陷的識別和定位。（1）混凝土灌注樁的激振點宜在樁頂中心部位；（2）激振錘和激振參數(shù)通過現(xiàn)場比對試驗選定；（3）采用力棒時，應自由下落；采用力錘敲擊時，作用力方向與樁頂面垂直。（三）樁完整性檢測-應力波反射法5、波形采集：A、每樁檢測次數(shù)不宜少于3次，必要時可增加測點，以確認檢測信號的真實性和一致性。B、對底返信號較弱波形可適當采取指數(shù)放大，以利于識別樁底。C、波形存盤要有清晰的樁號分類，以免混淆。D、對疑問樁要及時向施工一線當事人員了解異常情況，并調查施工鉆孔及澆筑原始記錄。（三）樁完整性檢測-應力波反射法6、數(shù)據(jù)分析：1、樁身波速確定：Cm—樁身波速平均值Ci—第i根樁的樁身波速計算值L—完整樁樁長N—樁的數(shù)量△f—幅頻曲線樁端相鄰諧振峰間的頻差，計算時不取第一和第二峰

2、樁身缺陷位置計算X—測點至樁身缺陷之間的距離

均勻樁不產生反射波，入射波以不變的波速和應力幅值與方向向下傳播。若在樁的頂端安裝加速度傳感器，則可測得各截面反射波加速度信號（或速度信號）為零。

當在樁頂檢測出的反射波速度或應力與入射波信號相位一致時，則表明在相應位置存在截面縮?。环粗?，當反射波信號與入射波初始信號相位相反時，則表明在相應位置存在擴頸。

7、各類樁基缺陷的時程曲線波形特征自然條件下，工程樁尖持力層剛度介于零與無窮之間，一般很難求得波速、樁長和土阻尼的關系式。但由于樁內傳播的應力波滿足波陣面的動量守恒和連續(xù)條件，而樁的缺陷主要由波阻抗差異面的反射波顯示，故可通過反射波傳播過程中波阻抗變化關系反映的實測反射波波形特征定性，半定量的判斷樁身缺陷。

（1）混凝土預制樁的樁身缺陷時程曲線波形特征混凝土預制樁樁身較常見的“裂”性缺陷顯示的反射波波形特征，一般淺部要較深部易于判斷。無論是摩擦樁還是端承樁，缺陷波形相位均與樁頭初始波、樁尖反射波同相。裂隙和裂縫缺陷反射波波形能量弱，高頻成分多，初相位與初始波相位一致，極少見到二次以上反射（能量已被衰減）；難以達到設計強度的樁尖，打入時遇到堅硬土層或障礙物造成的局部碎裂缺陷反射波，與樁尖反射疊合，表現(xiàn)出較高頻、能量弱、不規(guī)則擾動、相位不明的波形特征。

（二）混凝土灌注樁的樁身常見缺陷時程曲線波形特征如前所述，混凝土灌注樁種類較多，樁身成形條件隱蔽，并常用于高速公路橋梁、港口碼頭等重要工程的樁基。如施工時不符規(guī)范要求，現(xiàn)場記錄馬虎，難免不會出現(xiàn)各種類型樁身缺陷，筆者根據(jù)大量的實踐體會，將反映在混凝土灌注樁樁身缺陷的反射波波形特征總結如下：

1．離析，ρ1＞ρ2，C1＞C2，A1=A2，同相，波形不規(guī)則，頻率較低，第一反射波與初始波同相，后續(xù)反射信號雜亂，能量較弱，一般不掩蓋缺陷下部樁身出現(xiàn)的較大的第二缺陷信號，但如果本身是第二缺陷，則信號易被第一缺陷掩蓋；樁深部出現(xiàn)，則不易分辨。

2．斷裂或夾層，ρ1＞ρ2，C1＞C2，A1=A2，同相，近水平斷裂或夾泥缺陷嚴重時，反射波波形尖銳，相位與初始相位同相，且能量強，主頻率單一夾高頻成份似正弦波形，下半幅稍弱，在樁身可連續(xù)追蹤二次以上等距多次反射波，難以判定樁底反射。多次反射能量逐步衰減，易于掩蓋樁身第二缺陷。角度較大的斜形斷裂除具上述特征外，波形呈斜狀非正弦形。若二個以上斷裂并存時，波形畸變，能量相互干涉，除第一斷裂位置易于判斷外，難以判定第二斷裂位置，且出現(xiàn)若干個小振幅，不規(guī)則高頻率波形。另外，單一的斷裂或夾泥缺陷較微時，定義為裂縫，則反射振幅小，能量弱。

3．樁底沉渣過厚，ρ1＞ρ2，C1＞C2，A1=A2，同相，在端承樁情況下，若采集到較強的清晰樁尖響應信號，并與初始波同相位，此時，應判定樁底沉渣較厚，超過規(guī)范要求，因為正常情況下的端承樁，通常樁尖響應幾乎無反映或微弱反映。如樁底沉渣清除特別干凈，且和基巖接觸，此時樁尖響應相位與初始波反相。

4．擴頸，ρ1=ρ2，C1=C2，A1＜A2，反相，波阻抗面反射波與初始相位反相，波形較規(guī)則，一般似正弦形，上半幅較小，偶爾僅見下半幅半波。如擴頸下緊接小于樁橫截面的縮頸時，縮頸反射波形與初始波反向，之后出現(xiàn)不規(guī)則、中頻率反射波，無明顯縮頸特征波出現(xiàn)。這是由于，下行的壓縮應力波行程遇到突縮的位置時，擴頸處的積聚的能量形成樁間反射，有少量于縮頸波阻抗面反射到樁頭，另一小部分則透射到縮頸以下介質中。擴縮頸波阻抗面波阻抗互消，且能量相互干涉，故無法追蹤到倍程信號的反射波。第三缺陷更不易分辨。

5．縮頸，ρ1=ρ2，C1=C2，A1＞A2，同相，波阻抗面反射波相位與初始波同相，波形一般比較規(guī)則，主頻突出單一，較緩，似正弦波形，下半幅能量相對較弱，偶僅見上半幅半波。振幅能量隨縮頸程度大小相應強弱。如果作為某樁身的第一缺陷，只要有足夠的能量顯示，無論位于淺部或深部，一般均易于判斷。如果縮頸下緊接一擴頸缺陷，此時，縮頸的程度被削弱，擴頸也不易分辨。另外，縮頸若為的樁單側部位，樁頭傳感器和敲擊位于完好一側時，反射波形上雖有反映，但能量也明顯變弱，因此，當采集到某工程樁的縮頸信號時，必須移動傳感器和變換敲擊位置，再行采樣。圖6-1不同樁身阻抗變化情況時的樁頂速度響應波形(a)圖6-1不同樁身阻抗變化情況時的樁頂速度響應波形(b)圖6-1不同樁身阻抗變化情況時的樁頂速度響應波形(c)（三）樁完整性檢測-應力波反射法測試系統(tǒng)：（三）樁完整性檢測-應力波反射法完好樁：（三）樁完整性檢測-應力波反射法縮、擴徑樁：（三）樁完整性檢測-應力波反射法斷樁：（三）樁完整性檢測-應力波反射法短樁：（三）樁完整性檢測-應力波反射法較長樁：（三）樁完整性檢測-應力波反射法現(xiàn)場檢測及注意事項（1