低應(yīng)變發(fā)射波法樁基檢測(cè)講義

XX局滬昆客專XX段X標(biāo)基樁檢測(cè)培訓(xùn)低應(yīng)變反射波法

二○一一年四月國(guó)內(nèi)低應(yīng)變法遵循的規(guī)范、規(guī)程1、鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程（TB10218-2008）2、公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程（JTG/TF81-01-2004）3、建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2003）目錄一、適用范圍（目的）二、理論基礎(chǔ)三、儀器設(shè)備四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)五、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定六、檢測(cè)報(bào)告七、工程實(shí)例低應(yīng)變反射波法

一、適用范圍（目的）

本方法是通過分析實(shí)測(cè)樁頂速度響應(yīng)信號(hào)的特征來檢測(cè)樁身的完整性，判定樁身缺陷性質(zhì)、位置及影響程度，判斷樁端嵌固情況。

基本原理：在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿樁身向下傳播。當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴(kuò)頸）部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來自不同部位的反射信息，據(jù)此計(jì)算樁身波速、判斷樁身完整性及混凝土質(zhì)量，還可以根據(jù)視波速偏高對(duì)樁的實(shí)際長(zhǎng)度加以核對(duì)。

通過反射波相位特征來判斷樁身缺陷的具體類型具有一定困難。因此本方法在應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)資料、施工技術(shù)資料（異常情況）、樁型、施工工藝等資料，通過綜合分析來對(duì)樁身的缺陷及類型作出定性判定。二、理論基礎(chǔ)

基樁質(zhì)量是波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的，根據(jù)基本假定條件，將樁簡(jiǎn)化為一維彈性直桿建立力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。1、假設(shè)條件：（1）視樁為一維彈性直桿；（2）假定基樁為均質(zhì)材料構(gòu)成，其各物理參數(shù)如彈性模量、質(zhì)量密度為常數(shù)（及向同性），且橫截面在受力時(shí)保持平面（剛體）；（3）忽略了樁的內(nèi)外陰尼和表面摩擦力的影響，樁周土對(duì)樁的約束和支承作用，集中由樁底的一個(gè)彈簧代替。2、建立波動(dòng)方程（略）3、波動(dòng)方程的解△f=fn+1－fn=Vc/2L（n=0,1,2,…）根據(jù)頻率和周期的關(guān)系得到：

Vc=2L·△f=2L/△T瞬態(tài)動(dòng)測(cè)法，就是根據(jù)一維彈性桿縱向振動(dòng)的這一特性，利用傳播周期△T或各階頻率間隔△f、縱應(yīng)力波Vc和樁長(zhǎng)L三個(gè)參數(shù)之間的固定關(guān)系，作為樁基質(zhì)量檢驗(yàn)的重要依據(jù)之一。三個(gè)參數(shù)之中，只要知道兩個(gè)就可以確定出第三個(gè)。三、儀器設(shè)備1．檢測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)采集及處理儀、傳感器、激振設(shè)備和專用附件。2．信號(hào)采集及處理儀規(guī)定（1）數(shù)據(jù)采集裝置的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器不得低于12位。（2）采樣間隔宜為10～500μs,可調(diào)。（3）單通道采樣點(diǎn)不少于1024點(diǎn)。（4）放大器增益宜大于60dB，可調(diào)，線性度良好。（5）多通道采集系統(tǒng)具有一致性，基振幅偏差應(yīng)小于3%，相位偏差應(yīng)小于0.1ms。

3．傳感器的性能規(guī)定（1）傳感器宜選用壓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(yīng)覆蓋整個(gè)測(cè)試信號(hào)的頻帶范圍。 （2）加速度傳感器的電壓靈敏度應(yīng)大于100mV/g，量程不小于50g。速度傳感器的靈敏度不小于300mV/cm·s-130Hz，傳感器靈敏度選擇原則在滿足頻響范圍的前提下，盡可能地選擇靈敏度較高的傳感器。 （3）加速度傳感器的安裝諧振頻率應(yīng)大于10kHz，速度傳感器的安裝諧振頻率應(yīng)大于1.5kHz。

4．激振設(shè)備的規(guī)定定根據(jù)樁型和檢測(cè)目目的，激振設(shè)備采采用不同材質(zhì)和質(zhì)質(zhì)量的力錘或力棒棒，以獲得所需的的激振頻率和能量量。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)術(shù)1．檢測(cè)前準(zhǔn)備工作作（1）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，，搜集工程地質(zhì)資資料、基樁設(shè)計(jì)圖圖紙和施工記錄、、監(jiān)理日志等，了了解施工工藝及施施工過程中出現(xiàn)的的異常情況，明確確被檢測(cè)樁號(hào)。①搜集工程地質(zhì)資資料了解樁和樁周周土的剛度比大小小、樁側(cè)土阻尼大大小、影響波形特特征、影響檢測(cè)深深度，采取適當(dāng)?shù)牡拇胧瑤椭_確地進(jìn)行波行分析析。②基樁設(shè)計(jì)圖紙：：了解樁型、設(shè)計(jì)計(jì)砼強(qiáng)度、承載力力、基礎(chǔ)類型，分分析缺陷影響程度度時(shí)參考。③施工記錄和監(jiān)理理日志：了解施工工藝及施施工過程中出現(xiàn)的的異常情況，做到到有的放矢，最終終盡可能正確地分分析出缺陷的類型型。④明確被檢測(cè)樁號(hào)號(hào)：不能張冠李戴戴，造成被動(dòng)。（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情情況選擇合適的激激振設(shè)備、傳感器器及檢測(cè)儀，檢查查測(cè)試系統(tǒng)各部分分之間是否連接良良好，確認(rèn)整個(gè)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)處于正常常工作狀態(tài)。①激振設(shè)備：力錘錘、力棒；錘頭頭或錘墊材料選用用工程塑料、高強(qiáng)強(qiáng)度尼龍、鋁、銅銅、鐵、錘墊用橡橡皮；錘的質(zhì)量從從幾百克到幾十千千克。②激振設(shè)備選擇：：根據(jù)檢測(cè)對(duì)象，，短樁和淺部缺陷陷的樁，選用剛度度較大的錘，產(chǎn)生生的入射波的脈沖沖較窄，頻率較高高，分辨率高。缺缺點(diǎn)：能量衰減快快，檢測(cè)深度小。。長(zhǎng)樁和深部缺陷陷的樁，選用剛度度較小的錘，入射射波的脈沖較寬，，頻率較低，傳播播距離較大，檢測(cè)測(cè)深度大。缺點(diǎn)：：分辨率較低，較較小缺陷發(fā)現(xiàn)不了了。（3）樁頂應(yīng)鑿至新鮮鮮混凝土面，并用用打磨機(jī)將測(cè)點(diǎn)和和激振點(diǎn)磨平。樁頂面條件的好壞壞直接影響測(cè)試信信號(hào)的質(zhì)量和對(duì)樁樁身完整性判定的的準(zhǔn)確性，要求被被檢樁的樁頂面混混凝土質(zhì)量、截面面尺寸與樁身設(shè)計(jì)計(jì)條件基本相同，，并且干凈無積水水。①灌注樁有低強(qiáng)度度的浮漿將直接影影響到傳感器的安安裝及錘擊所產(chǎn)生生的彈性波在樁頂頂部分的傳播，因因此必須清除干凈凈，以露出干凈的的混凝土表面為準(zhǔn)準(zhǔn)。②預(yù)應(yīng)力管樁：當(dāng)當(dāng)法蘭盤與樁身混混凝土之間結(jié)合密密實(shí)時(shí)，可不進(jìn)行行處理，若有松動(dòng)動(dòng)和破損現(xiàn)象，必必須用電鋸截除，，不可鑿除；③檢測(cè)前將被檢測(cè)測(cè)樁頂部與相鄰的的墊層或承臺(tái)斷開開，避免因墊層或或承臺(tái)連接造成波波的散射，使波形形復(fù)雜化。④測(cè)點(diǎn)和激振點(diǎn)磨磨平問題。（4）應(yīng)測(cè)量并記錄樁樁頂截面尺寸。①確定檢測(cè)點(diǎn)數(shù)目的②幫助分析判斷（5）混凝土灌注樁的的檢測(cè)宜在成樁14d以后進(jìn)行。建設(shè)部和鐵道部規(guī)規(guī)定：至少達(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不小于15MPa.（6）打入或靜壓式預(yù)制制樁的檢測(cè)應(yīng)在相相鄰樁打完后進(jìn)行行。1、會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生不不同程度的擠土效效應(yīng)，嚴(yán)重的將會(huì)會(huì)引起土體隆起和和接樁部分脫焊；；①基坑開挖造成土土體應(yīng)力釋放、土土體2、基坑開挖后檢測(cè)測(cè)位移樁樁傾斜、斷斷裂；②開挖過程中，機(jī)機(jī)械對(duì)樁的破壞。。①避免超灌部分的的質(zhì)量3、應(yīng)在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高檢測(cè)問問題造成誤判②后期開挖樁頭處處理對(duì)樁身的破壞壞2．傳感器安裝規(guī)定定（1）傳感器的安裝可可采用石膏、黃油油、橡皮泥等耦合合劑，粘結(jié)應(yīng)牢固固，并與樁頂面垂垂直。傳感器安裝的好壞壞對(duì)采集信息的影影響很大，粘結(jié)層層應(yīng)可能薄。傳感感器底面與樁頂應(yīng)應(yīng)緊密接觸，不得得用手接觸傳感器器，在信號(hào)采集過過程中不得產(chǎn)生滑滑移或松動(dòng)。（2）對(duì)混凝土灌注樁樁，傳感器宜安裝裝在距樁中心2/3半徑處，傳感器與與激振點(diǎn)的距離樁樁不宜小于1/2半徑，且避開鋼筋筋籠主筋的影響。。（3）當(dāng)樁徑D≤800mm時(shí)應(yīng)設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)；當(dāng)樁徑800＜D≤1250mm時(shí)應(yīng)設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)；當(dāng)樁徑1250＜D＜2000mm時(shí)應(yīng)設(shè)置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。（4）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土土管樁應(yīng)在兩條相相互垂直的直徑上上各布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。3．激振時(shí)的規(guī)定（1）混凝土灌注樁、、混凝土預(yù)制樁的的激振點(diǎn)宜在樁頂頂中心部位；預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝土管樁的的激振點(diǎn)和傳感器器安裝點(diǎn)與樁中心心連線的夾角應(yīng)為為90°。（2）激振錘和激振參參數(shù)宜通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)對(duì)比試驗(yàn)選定。短短樁或淺部缺陷樁樁的檢測(cè)宜采用輕輕錘短脈沖激振；；長(zhǎng)樁、大直徑樁樁或深部缺陷樁的的檢測(cè)宜采用重錘錘寬脈沖激振，也也可采用不同的錘錘墊來調(diào)整激振脈脈沖寬度。（3）采用力棒激振時(shí)時(shí)，應(yīng)自由下落；；采用力錘敲擊時(shí)時(shí)，應(yīng)使其作用力力方向與樁頂面垂垂直。4．檢測(cè)工作規(guī)定（1）采樣頻率和最小小的采樣長(zhǎng)度應(yīng)根根據(jù)樁長(zhǎng)和波形分分析確定。采樣點(diǎn)數(shù)不少于1024點(diǎn)，采樣間隔為10-500μs。對(duì)于時(shí)域信號(hào)，采采樣頻率越高，則則采集數(shù)字信號(hào)越越接近模擬信號(hào)，，越有利于缺陷位位置的判別。時(shí)域域記錄的時(shí)間段長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)不小于2L/C+5ms，幅頻信號(hào)分析的的頻率范圍上限不不應(yīng)小于2000Hz。（2）各測(cè)點(diǎn)的重復(fù)檢檢測(cè)次數(shù)不應(yīng)少于于3次，且檢測(cè)波形具具有良好的一致性性。（3）當(dāng)干擾較大時(shí)，，可采用信號(hào)增強(qiáng)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行重復(fù)激激振，提高信噪比比；當(dāng)信號(hào)一致性性差時(shí)，應(yīng)分析原原因，排除人為和和檢測(cè)儀器等干擾擾因素，重新檢測(cè)測(cè)。（4）對(duì)存在缺陷的樁樁應(yīng)改變檢測(cè)條件件重復(fù)檢測(cè)，相互互驗(yàn)證。位置儀器人員五、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析析與判定1．樁身完整性分析析宜以時(shí)域曲線為為主，輔以頻域分分析，并結(jié)合施工工情況（工藝、成成孔及灌注記錄等等）、巖土工程勘勘察資料和波形特特征等因素進(jìn)行綜綜合分析判定。2．樁身波速平均值的的確定（1）當(dāng)樁長(zhǎng)已知、樁樁端反射信號(hào)明顯顯時(shí)，選取相同條條件下不少于5根Ⅰ類樁的樁身波速按按下式計(jì)算其平均均值：式中cm——樁身波速平均值(m/s);Ci——第i根樁的樁身波速計(jì)計(jì)算值（m/s）；L——完整樁樁長(zhǎng)（m）；ΔT——時(shí)域信號(hào)第一峰與與樁端反射波峰間間的時(shí)間差(ms)；Δf——幅頻曲線樁端相鄰鄰諧振峰間的頻差差（Hz），計(jì)算時(shí)不宜取第一一與第二峰；n——基樁數(shù)量（n≥5）。（2）當(dāng)樁身波速平均均值無法按上款確確定時(shí)，可根據(jù)本本地區(qū)相同樁型及及施工工藝的其他他樁基工程的測(cè)試試結(jié)果，并結(jié)合樁樁身混凝土強(qiáng)度等等級(jí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜綜合確定。不同混凝土強(qiáng)度等等級(jí)的反射波波速速經(jīng)驗(yàn)值注意：預(yù)制樁在空空氣中測(cè)得速度要要比在土中測(cè)得的的速度高。3．樁身缺陷位置按按下列公式計(jì)算式中x——測(cè)點(diǎn)至樁身缺陷之之間的距離（m）；Δtx——時(shí)域信號(hào)第一峰與與缺陷反射波峰間間的時(shí)間差（ms）；Δfx——幅頻曲線所對(duì)應(yīng)缺缺陷的相鄰諧振峰峰間的頻差（Hz）；C——樁身波速(m/s)，無法確定時(shí)用cm值替代。4．混凝土灌注樁采采用時(shí)域信號(hào)分析析時(shí)，應(yīng)結(jié)合有關(guān)關(guān)施工和巖土工程程勘察資料，正確確區(qū)分由擴(kuò)徑處產(chǎn)產(chǎn)生的二次同相反反射與因樁身截面面漸擴(kuò)后急速恢復(fù)復(fù)至原樁徑處的一一次同相反射，以以避免對(duì)樁身完整整性的誤判。注意意：土層影響會(huì)出出現(xiàn)此情況。5．對(duì)于嵌巖樁，當(dāng)當(dāng)樁端反射信號(hào)為為單一反射波且與與錘擊脈沖信號(hào)同同相時(shí)，應(yīng)結(jié)合巖巖土工程勘察和設(shè)設(shè)計(jì)等有關(guān)資料以以及樁端同相反射射波幅的相對(duì)高低低來推斷嵌巖質(zhì)量量，必要時(shí)采取其其他合適方法進(jìn)行行核驗(yàn)。6．樁身完整性的分分析當(dāng)出現(xiàn)下列情情況之一時(shí)，宜結(jié)結(jié)合其他檢測(cè)方法法：（1）超過有效檢測(cè)長(zhǎng)長(zhǎng)度范圍的超長(zhǎng)樁樁，其測(cè)試信號(hào)不不能明確反映樁身身下部和樁端情況況。（2）樁身截面漸變或或多變，且變化幅幅度較大的混凝土土灌注樁。（3）當(dāng)樁長(zhǎng)的推算值值與實(shí)際樁長(zhǎng)明顯顯不符，且又缺乏乏相關(guān)資料加以解解釋或驗(yàn)證。（4）實(shí)測(cè)信號(hào)復(fù)雜、、無規(guī)律，無法對(duì)對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的樁樁身完整性分析和和評(píng)價(jià)。（5）對(duì)于預(yù)制樁，時(shí)時(shí)域曲線在接頭處處有明顯反射，但但又難以判定是斷斷裂錯(cuò)位還是接樁樁不良。7．樁身完整性類別別判定的原則（1）Ⅰ類樁：2L/C時(shí)刻前無缺陷反射射波，有樁底反射射波；樁底諧振峰峰排列基本等間隔隔，其相鄰頻差Δf=C/2L。（2）Ⅱ類樁：2L/C時(shí)刻前出現(xiàn)輕微缺缺陷反射波，有樁樁底反射波；樁底底諧振峰排列基本本等間隔，輕微缺缺陷產(chǎn)生諧振峰之