基桩低应变检测

1、第第4章基桩低应变检测章基桩低应变检测 主要内容主要内容 一、低应变法 4.1 4.1 概述概述 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。 检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。 三、反射波法 4.1 4.1 概述概述 低应变法等国内外普遍采用的瞬态冲击方法，通过实测桩顶 加速度或速度响应时域曲线，基于一维波动理论分析来判定 基桩的完整性，称之为反射波法（或瞬态时域分析法） 一、应力波 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生

2、的变形 会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应 力波。 /ZEA ccA ：密度；c：应力波速；A：桩横截面积；E：桩的弹性模量; 一维直杆：d1D-2D），波振面才近似为平面。此 时手锤锤击桩端认为是应力波在一维杆件中竖直方向传播 。 （3）传播： 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （4）一维杆应力波波动方程 0 2 2 2 2 2 x u c t u 0EC 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （5）应力波在自由端完整桩中的传播 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （5）应

3、力波在自由端完整桩中的传播 T V 入射波 与反射 波同相 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （5）应力波在自由端完整桩中的传播 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （6）应力波在固定端完整桩中的传播 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （6）应力波在固定端完整桩中的传播 入射波 与反射 波反相 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （6）应力波在固定端完整桩中的传播 T V L 桩嵌岩 桩底 反射， 与入 射波 反相 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2

4、基本理论和原理基本理论和原理 （7）应力波在波阻抗减小桩中的传播 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （7）应力波在波阻抗减小桩中的传播 T V L 桩截面减小 入射波 与反射 波同相 桩底 反射 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （7）应力波在波阻抗减小桩中的传播 T V L 桩缩径 缩径反 射，与 入射波 同相 扩径反 射，与 入射波 反相 桩底 反射 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （8）应力波在波阻抗增大桩中的传播 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和

5、原理 （8）应力波在波阻抗增大桩中的传播 T V L 桩截面增大并嵌岩 扩径反 射，与 入射波 反相 桩底反 射，与 入射波 反相 二、应力波在桩中的传播 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （8）应力波在波阻抗增大桩中的传播 T V L 桩扩径 扩径反 射，与 入射波 反相 缩径反 射，与 入射波 同相 桩底反 射，与 入射波 同相 三、检测原理 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （1）检测原理 利用应力波在桩中传播时，当桩身的波阻抗发生变化会产生 反射的原理，通过分析反射波的幅值、相位、到达时间，得 出桩缺陷的大小、性质、位置等信息，最终对桩基的完整性 给予评价 三、

6、检测原理 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （2）引起反射波的原因 截面发生变化 桩底 夹泥 混凝土质量变化 离析 土层变化 三、检测原理 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （3）低应变所能检测到的现象 三、检测原理 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （4）低应变不能检测到的现象 四、低应变检测的优点 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （1）快速检测方法（50-200根/日） （2）准备简便 （3）操作简单 （4）经验丰富 五、低应变检测的局限 4.2 4.2 基本理论和原理基本理论和原理 （1）不能提供单桩承载力 （2）对小缺陷灵敏度不高 （3

7、）无法检测桩底沉渣 一、检测系统 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 测量部分 激振设备 计算部分 信号采集分析仪 一、检测系统 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 一、检测系统 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 记录仪 采集仪 手锤 传感器 一、检测系统 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 一、检测系统 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 二、激振设备 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 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。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。 二、激振设备 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 三、测量部分 4.3 4.3

8、 仪器设备仪器设备 电荷放大器 加速度传感器 滤波器 程控指数增益放大器 三、测量部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 （1）传感器 传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频 响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。 1）加速度传感器技术指标 电压灵敏度应大于100mV/g 电荷灵敏度应大于20PC/g 上限频率不应小于5kHz，安装谐振频率不应小于6kHz 量程应大于100g 三、测量部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 （1）传感器 2）速度传感器技术指标 固有谐振频率不应大于30Hz 灵敏度应大于200mV/cms-1 上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应

9、小于1.5kHz 三、测量部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 （2）电荷放大器 技术指标 测量模式加速度 灵敏度调节可调 灵敏度增益110mV/pC,20dB 总频率范围1200kHz 四、采集部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 模数转换器（A/D) 采样保持器（S/H) 程控放大器 触发器 四、采集部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 （1）采样保持器（S/H） 技术指标 精度0.01%0.02% 采样频率100kHz（单通道） （2）模数转换器（A/D） 技术指标 位数12位 动态70120dB 幅值精度优于0.02%（0.2dB） 四、采集部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备

10、 （3）程控放大器 技术指标 指数型exi（增益为时间的指数函数） （4）触发器 技术指标 触发模式信号触发（软或硬） 触发延迟超前、滞后 线性 五、计算部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 在一般PC机上运行，所配打印机能在信号回放处理时 使用。 五、计算部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 主操作界面 五、计算部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 设置界面 五、计算部分 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 打印高级设置界面 五、计算部分 4.4 4.4 测试技术测试技术 波形处理界面 五、计算部分 4.4 4.4 测试技术测试技术 打印信息预览界面 五、计算部分 4.3 4.3 仪器设

11、备仪器设备 打印信息预览界面 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 RSM24FD分体机 4.3 4.3 仪器设备仪器设备 RSM24FDN一体机 一、受检桩规定 4.4 4.4 测试技术测试技术 n（1）当采用低应变或声波透射法检测时，受检桩混凝）当采用低应变或声波透射法检测时，受检桩混凝 土强度至少达到设计强度的土强度至少达到设计强度的70%，且不小于，且不小于15MPa。 n（2）桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。）桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 n（3）桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。）桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。 二、测试参数规定 4.4 4.

12、4 测试技术测试技术 n（1）时域信号记录的时间段长度应在）时域信号记录的时间段长度应在 2L/c 时刻后延续不时刻后延续不 少于少于 5ms ；幅频信号分析的频率范围上限不应小于；幅频信号分析的频率范围上限不应小于 2000Hz。 n（2）设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩）设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩 身截面积应为施工截面积。身截面积应为施工截面积。 n（3）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。 n（4）采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频）采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频 域分辨率

13、合理选择；时域信号采样点数不宜少于域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于 1024 点。点。 n（5）传感器的设定值应按计量检定结果设定。）传感器的设定值应按计量检定结果设定。 三、测量传感器安装和激振操作规定 4.4 4.4 测试技术测试技术 n（1）传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应）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。具有足够的粘结强度。 n（2）实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安）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装位置宜为距桩中心 2/3 半径处；空心桩的激振点与测量半径处；空心桩的激振点与测量

14、传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成 的夹角宜为的夹角宜为 90，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁 厚的厚的 1/2 处。处。 三、测量传感器安装和激振操作规定 4.4 4.4 测试技术测试技术 n（3）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影 响。响。 n（4）激振方向应沿桩轴线方向。）激振方向应沿桩轴线方向。 n（5）瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激）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

15、桩底或桩身下部缺陷反射振力锤和锤垫，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。信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。 n（6）稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，）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并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小 四、信号采集和筛选规定 4.4 4.4 测试技术测试技术 n（1）根据桩径大小，桩心对称布置）根据桩径大小，桩心对称布置 24 个检测点；每个个检测点；每个 检测点记录的有效信号数不宜少于检测点记录的有效信号数不宜少于 3 个。个。 n（

16、2）检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。）检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 n（3）不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分）不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分 析原因，增加检测点数量。析原因，增加检测点数量。 n（4）信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量）信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量 系统的量程。系统的量程。 一、检测流程 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 桩头处理 仪器连接 传感器安装 程序设置 手锤锤击 信号采集与分析 结果打印 二、桩头处理 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 凿掉浮浆 打磨平整 桩头干净干燥 一、桩头处理

17、 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 Site DB Pile 26AThu Jan 28, 2010 f:3 sr V7.4 3500m/sexp:20 00.751.52.2533.754.55.2566.757.5 m Site DB Pile 26AAThu Feb 04, 2010 f:3 sr V7.4 3500m/sexp:10 00.751.52.2533.754.55.2566.757.5 m 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 分体机 交流电源接线 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 分体机后面板接线 三、仪器连接 4.5 4.

18、5 现场检测方法现场检测方法 加速度传感器连接 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 速度传感器连接 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 三、仪器连接 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 四、传感器安装 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 传感器耦合 橡皮泥耦合 黄油耦合 口香糖耦合 四、传感器安装 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 五、程序设置 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 五、程序设置 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 五、程序设置 4.5 4.5 现场检测

19、方法现场检测方法 五、程序设置 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 进入主操作界面后，点击设置按键进入设置界面 单击设置 进入设置 界面 五、程序设置 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 桩长=12米；混凝土标号：C30；桩径：1米 用速度传感器 进行检测 仪器与笔记 本电脑通讯 速率，586以 上请选57600 仪器与笔记 本电脑通讯 口设置，视 电脑串口设 置而定，有 COM1-6供选 外接传感器设置， 请与传感器接的 通道和类型一致 预设桩长 预设波速： C25：3300 C30：3600 C35：3800 C20：3000 单击进入主 操作界面 六、手锤锤击 4.5 4.5

20、 现场检测方法现场检测方法 手锤垂直与桩面，锤击点平 整，锤击干脆，形成单扰动 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 打开采集仪开关，点击主操作界面的“采样”按键 屏幕出现彩色滚动条，仪器进入采样等待状态， 此时用手锤敲击，信号将显示在屏幕上，完成第一次采集。 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 按前次操作完成第二次采集 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 完成第三次采样

21、 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 当三次采集的波形基本一致，桩底清晰，请点击 “存盘”按键进行波形的存储。 七、信号采集 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 键入文 件名称 单击完 成保存 此时已完成一根桩的现场测试 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 选文 件夹 选文 件名 单击 完成 读取 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 单击进 入处理 界面 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 原始 波形 低通 800Hz 处理 后的 波形 单击完成处理 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 移

22、动到桩 头位置单 击鼠标左 键定桩头， 同时时间 零点移动 移动到桩 底位置单 击鼠标右 键定桩底 计算波 速 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 定桩后出现的桩底类型选择界面 单击选 择桩底 类型 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 定桩底后 自动化出 的模拟桩 图形 移动到认 为有缺陷 的位置单 击鼠标左 键确定缺 陷位置 计算出 的缺陷 位置 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 定缺陷位置后出现的缺陷类型选择界面 单击确定缺陷类型 单击确定缺陷程度 八、波形分析 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 自动化 出的缺 陷示意

23、图 完整 性的 评价 单击进 入打印 界面 九、结果打印 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 点击打印后出的打印信息预览界面 单击 进行 打印 九、结果打印 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 打印确定 后出来的 打印提示， 当分析完 四根桩的 波形后并 都打印确 定后打印 机才开始 输出 九、结果打印 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 打印输出格式由设置界面中打 印信息栏和打印高级设置决定 选择打印 的内容和 输出方式 指定每页 打印几个 波形 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 传感器安装 现场干扰 桩周土 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场

24、检测方法现场检测方法 （1）现场干扰 现场有重型机械在施工回产生振动干扰 解决方案：建议在检测采样时停止 现场电压不稳造成干扰 解决方案：建议仪器用电池供电或将仪器接地 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （2）传感器安装影响 产生振荡 调整传感器安 装振荡消除 解决方案：调整传感器安装使其紧粘桩头 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 桩在土中 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 桩在土中 十、影响测试因素 4

25、.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 十、影响测试因素 4.5 4.5 现场检测方法现场检测方法 （3）桩周土影响 一、桩身波速平均值的确定 4.6 4.6 数据处理数据处理 （1）当桩长已知、桩端反射信号明显时，选取相同条件下 不少于5根类桩的桩身波速按下式计算其平均值： 1 1 n min i cc 21000 2 L iT cLf 式中 cm桩身波速平均值(m/s); Ci第i根桩的桩身波速计算值（m/s）； L完

26、整桩桩长（m）； T时域信号第一峰与桩端反射波峰间的时间差(ms)； f幅频曲线桩端相邻谐振峰间的频差（Hz），计算时不 宜取第一与第二峰； n基桩数量（n5） 一、桩身波速平均值的确定 4.6 4.6 数据处理数据处理 （2）当桩身波速平均值无法按上款确定时，可根据本地区 相同桩型及施工工艺的其他桩基工程的测试结果，并结合桩 身混凝土强度等级与实践经验综合确定。 二、桩身缺陷位置的确定 4.6 4.6 数据处理数据处理 计算公式 11 20002 x c xf xt c 式中 x测点至桩身缺陷之间的距离（m）； tx时域信号第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）； fx幅频曲线所对应缺陷的相邻谐振峰间的频差（Hz）； C桩身波速(m/s)，无法确定时用cm值替代。 三、桩身完整性类别判定的原则 4.6 4.6 数据处理数据处理 报告的内容 4.7 4.7 报告的编写报告的编写 n