低应变桩身完整性检测【行业严选】.ppt

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1、建筑基桩低应变检测技术,化学工业部（郑州）基础工程研究检测中心 杜思义,1,一类特制,低应变法检测桩身完整性,定义： 采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。 试验过程及测试信号的评判,应力波发射图,t=2L/C,2,一类特制,桩身完整性检测,基本技能： 一 掌握现场测试技术； 二 能够正确分析判断桩身完整性。,3,一类特制,一 现场测试技术,1.1熟悉仪器设备的原理、构造和操作 1.2正确安装传感器 1.3选择正确的敲击方式 1.4掌握不同敲击方式下出现的不同情况,4,一类特制,二 分析判断桩

2、身完整性,2.1熟悉一维波动理论； 2.2熟悉各种桩型的施工工艺及具体施工情况； 2.3熟悉地质条件； 2.4了解现场测试情况。,5,一类特制,1.1仪器设备的原理、构造和操作,北京康科瑞,武汉岩海,北京康科瑞,6,一类特制,加速度传感器,速度传感器,or,电荷放大器,A/D转换,显示器,存储器,输出,滤波、放大等,仪器结构原理图,7,一类特制,现场检测流通图,8,一类特制,压电传感器构造,9,一类特制,传感器灵敏度：mv/g mv/（m/s） 特点：加速度传感器高频响应好、体积小、重量轻 影响因素：温度、湿度、横向灵敏度、电缆噪声、接地回路噪声,10,一类特制,激振工具,力锤、力棒 工程塑料

3、、高强尼龙、橡胶锤、铝锤、铁锤等 重量：几百克几百千克 锤垫 橡胶垫,11,一类特制,1.2传感器的安装,12,一类特制,桩头应按下列规定进行处理： （1） 凿去桩顶浮浆、清除松散或破损砼，使桩顶露出坚硬的混凝土表面，桩顶表面应平整干净且无积水，最好采用便携式砂轮机等工具磨平； （2) 桩顶的材质、强度、截面尺寸应与原桩身基本等同。 (3) 对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电动锯将桩头锯平。 (4) 妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。,测前准备：桩头处理,13,一类特制,1） 传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。 2）

4、实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3 半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2 处。,传感器安装,14,一类特制,15,一类特制,3 ）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。 4） 激振方向应沿桩轴线方向。 5 ）瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。 6） 稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小。

5、7）避免共振，加速度传感器谐振频率510Hz,16,一类特制,8） 对于钢筋混凝土灌注桩，传感器安装时应符合下列规定： (1) 传感器安装点及其附近的表面应平整，其周围不得有缺损或裂缝； (2) 当锤击点不在桩顶中心时，传感器安装点与锤击点的距离不应小于桩半径的二分之一。,17,一类特制,激振设备,瞬态激振操作应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲；工程塑料、尼龙、铝、铜、铁、橡胶 锤头的软硬或锤垫的厚薄能起到控制脉冲宽窄的作用； 锤头的质量和敲击力大小能起到控制力脉冲幅值的作用；,18,一类特制,1）检测前，应仔细检查和准备仪器，使测试系统各部分之间匹配良好。采

6、用交流电源检测时，应有接地措施，严禁电源零线带电。2）应通过对比测试，选择适当的锤型、锤重、锤垫材料、传感器安装方式。,测试技术,19,一类特制,3）检测时，应合理设置采样时间间隔、采样点数、增益、传感器灵敏度、模拟滤波、触发方式等，其中增益应结合激振方式通过现场对比试验确定。 f 2 fc f =N.f,20,一类特制,冲击锤型大小对波形的影响,（） 冲击锤型不合适 （） 冲击锤型合适,21,一类特制,4 ) 每根桩的检测信号数量应符合下列规定： (1)根据桩直径大小，桩心对称布置24个测点，每个测点记录的有效信号数不宜少于3个； （2）不同测点所得到的信号一致性差时，应分析原因，增加检测点

7、数量。,22,一类特制,5) 检测时应随时检查采集信号的质量，可根据缺陷所在位置的深浅，及时改变锤击脉冲宽度。当检测长桩的桩底反射信息或深部缺陷时，冲击入射波脉冲应较宽；当检测短桩或桩的浅部缺陷时，冲击入射波脉冲应较窄，同时采样时间间隔应较小。6 )对检测信号宜作叠加平均处理，参与叠加平均处理的信号应不失真、无零漂现象，且信号数量不宜少于5个。,23,一类特制,1.4不同敲击方式下出现的不同情况,24,一类特制,1).模型桩概况,共8根，模拟了裂缝、孔洞 、混凝土碎裂等缺陷,N,25,一类特制,1).模型桩概况,26,一类特制,1).模型桩概况,27,一类特制,2).测试曲线及分析2.1 锤击

8、方式,a,b,c,28,一类特制,2).测试曲线及分析2.1 锤击方式,d,e,f,29,一类特制,2).测试曲线及分析2.2 测试曲线及分析,30,一类特制,2).测试曲线及分析2.2 测试曲线及分析,31,一类特制,2).测试曲线及分析2.2 测试曲线及分析,32,一类特制,2).测试曲线及分析2.2 测试曲线及分析,33,一类特制,3).讨论,34,一类特制,3).讨论,35,一类特制,3).讨论,36,一类特制,4).结语,不同的锤击方式会对测试曲线造成一定的影响，从而影响判断结果的准确性，因此，在测试时应配置不同的锤、采用不同的方式锤击。 在现场应尽可能地得到可以大致判断的原始曲线，

9、采样及分析时设置滤波应慎重。 管桩缺陷并不是通常认为的那样容易测试，应加强这方面的研究。,37,一类特制,二 分析判断桩身完整性,2.1 一维波动理论；,38,一类特制,2.2各种桩型的施工工艺及具体施工情况 沉管灌注桩质量通病 钻(冲)孔灌注桩质量通病 人工挖孔桩质量通病 载体桩质量通病 挤扩支盘桩质量通病 预制钢筋混凝土桩质量通病 钢桩质量通病 其他,39,一类特制,（1） 采用加速度传感器时，可选择小于10Hz的高通滤波和大于2000Hz的低通滤波对积分后的速度信号进行处理。（2） 采用速度传感器时，可选择小于20Hz的高通滤波和大于1000Hz的低通滤波对速度信号进行处理。,2.3检测

10、数据的分析与判断,2.3.1信号处理,40,一类特制,（3） 当桩底信号较弱时，可采用指数放大，指数放大倍数以210倍为宜，被放大的信号幅值不应大于入射波的幅值，进行指数放大后的波形应基本回零。（4）当需要时，可使用旋转处理功能，使测试波形尾部基本位于零线附近。,41,一类特制,2.3.2应根据应力波理论对检测信号进行分析。 （1）信号分析前，首先应确定桩基工程的纵波波速平均值。对工程地质条件相近、成桩工艺相同、同一单位施工的桩基，确定其桩基工程的纵波波速平均值时，应符合下列规定： 参加统计计算的桩应为类桩，数量不应少于5根；,42,一类特制,纵波波速时域计算示意图,43,一类特制,纵波波速频

11、域计算示意图,44,一类特制,纵波波速值与平均值之差的绝对值大于平均值的5者，不得参与统计。 纵波波速平均值Cm按下式计算： CmCin 式中:n一统计纵波波速平均值所用的被检测桩的数量；,45,一类特制,（2）桩的测试信号符合下列要求，判为一类桩：（1）有明确的桩底反射信号；（2）除冲击入射波和桩底反射波外，在桩底反射波到达前，基本无反射波发生；（3）实测纵波波速在正常的范围内。 (4)桩底谐振峰排列整齐等间距f=c/2L,46,一类特制,扩颈桩应判为类桩。桩身某部分阻抗增大（强度增加或截面积增大），会产生与入射波相位相反的反射波。,（a）单界面扩颈反射波示意图,47,一类特制,(b)扩颈-

12、还原反射波示意图,48,一类特制,（3）桩底反射波与入射波相位相同，且能判定为桩底存在虚土或沉渣时，应判为类桩或类桩。（4）检测信号显示桩身存在缺陷时，应根据缺陷反射波的幅值和相位、缺陷的深度位置、施工资料、工程地质资料、设计资料，结合经验综合分析缺陷严重程度，确定桩的类别。,49,一类特制,（5） 桩身缺陷位置可按下式估算： LiCmti2 式中:Li一测点至桩身第i个缺陷的距离； ti桩身第i个缺陷的反射波波峰与入射波波峰对应的时差）。桩身缺陷位置也可用振幅谱上峰间频差进行估算： LiCmfi2,50,一类特制,缺陷位置计算示意图,51,一类特制,缺陷桩纵波波速计算示意图（时域） 缺陷位置

13、计算示意图,52,一类特制,缺陷桩纵波波速计算示意图（频域） 缺陷位置计算示意图,53,一类特制,（6）当测试信号出现以下情况之一时，宜判为类桩： a未见到桩底反射，却出现周期性的同相反射波； b未见到桩底反射，却在2LC时刻前出现幅值较大的反射波，且反射波与入射波同相位。,54,一类特制,(7)对于混凝土灌注桩，注意区分缓变形后阻抗突变处的反射和扩径突变处的二次反射。(8)对于堪岩桩，桩底反射时域信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核验。(9) 桩头疏松或桩身有浅部缺陷时，宜处理后重新检测。,55,一类特制,(10)对于夯扩桩，人工挖孔、钻孔扩底桩，沉管灌注复打桩，应考虑桩

14、的截面变化对测试结果的影响，综合分析波形，确定所检测桩的类别。,56,一类特制,(11)出现下列情况之一时，桩身结构完整性评价应结合其它检测方法进行： （1）反射信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价； （2）桩身界面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩；,57,一类特制,低应变测试信号解读,58,一类特制,测试实例与常见情况,59,一类特制,完整桩典型时域/频域信号特征,60,一类特制,低应变法适用条件和应用中应注意的问题,理论基础： （振动）平截面一维弹性均匀细长杆 桩径限制不能过大 设计桩身截面宜基本规则 缺陷的难定量与类型难区分 最大有效检测深度受限制 不能用波速推定桩身混凝土强度

15、 用波速只能估算不能校核桩长 复合地基中桩的检测问题,61,一类特制,1低应变测试的波速 2土阻力影响 3阻抗渐变型、阻抗的突变型 4多缺陷桩 5浅层严重缺陷的判别,几个值得注意的问题,62,一类特制,1低应变测试的波速 c2 = E / 波速由桩身的弹性模量和密度决定，不是由桩身强度决定的。但波速与桩身混凝土强度整体趋势上呈正相关关系，即强度高波速高，但二者并不为一一对应关系。 波速与桩身混凝土强度、混凝土的骨料品种、粒径级配、密度、水灰比、成桩工艺（导管灌注、振捣、离心）等因素有关。,63,一类特制,2土阻力的影响 原因（1）桩周土特性有较大突变； （2）土阻力 特点：（1） 土阻力的影响

16、一般浅部较为明显； （2） 土阻力影响具有普遍性和区域性；,64,一类特制,3阻抗渐变型、阻抗的突变型,(a) 逐渐扩径 (b) 逐渐缩颈 (c)中部扩径 (d)上部扩径,65,一类特制,桩身截面（阻抗）渐变或突变，往往在阻抗突变处的一次或二次反射主要表现为类似明显扩径、严重缺陷或断桩的相反情形，从而造成误判。因此，应结合施工情况、地层情况综合分析加以区分；无法区分时，应结合其他检测方法综合判定。可采用实测曲线拟合法进行分析 原因：识别指标是一个相对量,66,一类特制,4多缺陷桩,灌注桩，桩径1m，桩长20m, C20, 3850m/s,67,一类特制,当桩身存在不止一个阻抗变化截面时，由于各阻抗变化截面的一次和多次反射波相互迭加，除距桩顶第一阻抗变化截面的一次反射能辨认外，其后的反射信号可能变得十分复杂，难于分析判断。可采用实测曲线拟合法进行分析,68,一类特制,5浅层严重缺陷的判别,69,一类特制,谢谢各位 ！ 祝周末愉快！,70,一类特制,