低应变检测(RSM-PRT)

1、2021/8/141中国科学院武汉岩土力学研究所智能仪器室 网 址: E-mail: RSM 电 话:027-878843042021/8/142第一章 基本概念及检测原理第二章 检测系统第三章 现场检测技术第四章 实测波形汇编2021/8/143第一节 应力波基本概念第二节 应力波在桩中的传播第三节 低应变的检测原理2021/8/144应力波基本概念应力波：当介质的某个地方突然受 到一种扰动，这种扰动产 生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。波阻抗： ：密度；C：应力波速；A：桩横截面积。 一维直杆：d1D-2D），波振面才近似为平面。

2、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 2021/8/146一维杆应力波波动方程方程：022222xuctu0EC其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度。 （一维波速）2021/8/147应力波在自由端完整桩中的传播2021/8/148应力波在自由端完整桩中的传播TV反射波与入射波同相2021/8/149桩在自由端桩底反射，与入射波同相应力波在自由端完整桩中的传播2021/8/1410应力波在固定端完整桩中的传播2021/8/1411应力波在固定端完整桩中的传播TV反射波与入射波反相2021/8/1412应力波在固定端完整桩中的传播TVL桩嵌岩桩底反射，与入射波反相2021/8/

3、1413应力波在波阻抗减小桩中的传播2021/8/1414应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL桩截面减小反射波与入射波同相桩底反射2021/8/1415应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL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2021/8/1416应力波在波阻抗增大桩中的传播2021/8/1417应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL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2021/8/1418应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL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2021/8/1419TVLL1L2T1T2T3T4整桩平均波速

4、C：扩径位置L1：扩径范围（L2L1）：142TTLC2121TTCL2)(2312TTCLL2021/8/1420桩身完整性检测技术现状 1、具有合理长径比的完整桩，100米以内均可测到桩底的反射信号。2、断桩、特别是浅部断桩,一般均可准确判别。3、有经验的测桩专家，在同一根桩上可识别两种以上缺陷(第一缺陷为次要缺陷)。4、可准确判定缺陷位置(可精确到10%)。5、可初步判定缺陷类型(视测桩经验定)。6、不能很好地区分二类桩与三类桩。7、不能给缺陷程度定量(初步研究成果尚需工程印证)。8、不能定量分析缺陷程度对单桩承载力的影响 。2021/8/1421反射波法用于检测基桩完整性的基本假设桩自

5、身桩自身 ：一维、连续、均质、线弹性：一维、连续、均质、线弹性 没有考虑桩周土的影响没有考虑桩周土的影响没有考虑桩土耦合面的影响没有考虑桩土耦合面的影响2021/8/1422反射波法的检测原理 通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面（即波阻抗发生变化）时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值、相位和波形特征，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。2021/8/1423反射波法的适用范围 本方法的理论依据是建立在一维线弹性杆件模型基础上，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波

6、长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，本方法不适用。本方法不适用。 2021/8/1424桩底截面发生变化夹泥离析混凝土质量变化土层变化引起反射波的原因2021/8/1425低应变所能检测到的现象2021/8/1426低应变不能检测到的现象2021/8/1427低应变检测的优点低应变法测桩轻便、速度快（50-200根/日） 、 价格便宜可以检测到距桩顶较近部位的缺陷(相比高应变)可以检测到轻微缺陷（相比高应变）准备简便操作简单经验丰富2021/8/1428低应变检测的局限测桩的长

7、度受到一定限制（100米以内）桩身有多个缺陷时，一般只能检测到最上面的缺陷（对深部缺陷不易测出）难以对缺陷进行定量描述只能判断缺陷在某一截面的平均效应不能提供单桩承载力当桩侧阻力很大时，桩底反射难于看到无法检测桩底沉渣厚度2021/8/1429第一节 传感器第二节 采集仪器第三节 软件简介2021/8/1430速度传感器加速度传感器加速度传感器2021/8/14312021/8/1432RSM-PRT低应变仪2021/8/1433仪器采集界面2021/8/1434传输软件界面2021/8/1435 波形处理界面2021/8/1436 打印信息预览界面2021/8/1437第一节 检测流程第二节

8、 影响测试的因素第三节 疑问解答2021/8/1438第一步 桩头处理第二步 仪器连接第三步 传感器安装第四步 程序设置第五步 手锤锤击第六步 信号采集第七步 信号分析第八步 结果输出2021/8/1439凿掉浮浆桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩 身基本等同 打磨平整桩头干净干燥、无破碎2021/8/14402021/8/1441仪器背面电源开关传感器转换开关文件传输接口传感器接口2021/8/1442传感器放置距桩心2/3 R处且安装位置平整尽可能使传感器垂直与桩头平面桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直2021/8/1443传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄必要时可采用冲击钻打孔安装

9、方式传感器安装面应与桩顶面紧密接触 2021/8/1444传感器耦合黄油耦合橡皮泥耦合口香糖耦合使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好。说明：传感器是否安装好，可用手指轻弹传感器侧面，若传感器纹丝不动则说明已经安装好。 2021/8/1445 在开始检测之前必须根据不同桩的情况对程序进行设置，下面给出一个完整的例子来学习整个的检测过程的软件操作。 注意：以下只讲解了在检测过程中常用的功能，其他功能及程序中出现的参数请仔细阅读软件操作说明书。2021/8/1446仪器主界面，点击“OK” 键进入设置界面2021/8/1447仪器设置界面，点击“OK” 键进入下一级设置2021/8/1448预设桩

10、长，设置桩长建议大于或等于实际桩长2021/8/1449预设波速，波速大小根据混凝土强度等级确定2021/8/1450常规浇灌下砼等级与纵波波速的关系常规浇灌下砼等级与纵波波速的关系 砼等砼等级级C15C15C20C20C25C25C30C30C40C40平均波速平均波速(m/s)(m/s)2900290032003200350035003800380041004100波速范围波速范围(m/s)(m/s)2700-2700-310031003000-3000-340034003300-3300-370037003600-3600-400040003900-3900-430043002021/8

11、/1451设置传感器，速度计对应电压型，加速度计对应电荷型2021/8/1452仪器硬件设置当所接传感器为速度计时，该双置开关打向下（对应仪器上字母v）当所接传感器为加速度计时，该双置开关打向上（对应仪器上字母a）2021/8/1453设置低通，常用800，2K两档设置指数放大，为采集真实波形，建议设置为002021/8/1454由于显示的是速度信号，当采用加速度计时，采集的信号需积分。采用速度计时不需要积分。设置工地名称，由数字和字母组成，点击 可以进行翻页2021/8/1455 手锤垂直于桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动（激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋 ）。说明：说明： 瞬态

12、激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。 2021/8/1456单采状态，一次采集一道波形连采状态，一次采集三道波形2021/8/1457当三次采集的波形基本一致，桩底清晰，保存波形，建议文件名按桩号命名 分析主界面数据在现场可进行简单分析2021/8/1458桩头处

13、理是试验成功的关键测试环境避免干扰激振技术锤头选取、激振点、激振力传感器的选择及安装速度计、加速度计、耦合采集完数据存盘三道一致，桩底2021/8/1459将仪器与上位机电脑串口通过数据线相连接后，打开仪器电源并按“联机”键进入以上状态。2021/8/1460启动所连接电脑的RSM-PRT低 应变仪上位机管理软件2021/8/1461连接成功后所显示状态2021/8/1462选文件名（对应仪器）选目标文件夹（对应电脑）点击上传文件进入传输过程2021/8/1463注意： 文件传输完毕后，RSM-PRT低应变仪即可关机断开与电脑的连接。下步将使用上位机的分析处理软件进行分析。2021/8/146

14、4单击读盘进入读盘界面2021/8/1465选文件夹选文件名单击完成读取2021/8/1466单击进入处理界面2021/8/1467频谱分析细化倍数为8时频谱图原始波形2021/8/1468原始波形单击完成处理低通1500Hz处理后的波形2021/8/1469计算波速移动到桩底位置单击鼠标右键定桩底移动到桩头位置单击鼠标左键定桩头，同时时间零点移动2021/8/1470定桩后出现的桩底类型选择界面单击选择桩底类型2021/8/1471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2021/8/1472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

15、单击确定缺陷程度2021/8/1473 对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。例如，混凝土灌注桩出现的缩颈与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。2021/8/1474各类桩容易发生的质量问题 （1）泥浆护壁成孔灌注桩塌孔在成孔过程中或成孔后，孔壁塌落，造成钢筋笼放不到底，桩底部形成泥夹层，影响桩基承载力桩孔倾斜成孔后出现较大垂直偏差缩孔孔径小于设计孔径梅花孔孔断面形状不规则，呈梅花形断桩成桩后，桩身中部没有混凝土，夹有泥土；混凝土拉裂2021

16、/8/1475各类桩容易发生的质量问题 （2）沉管灌注桩缩颈成形后的桩身局部小于设计要求断桩及桩身混凝土坍塌桩身局部分离，甚至有一段没有混凝土；桩身某一部位混凝土坍塌，坍塌处上部没有混凝土桩身夹泥桩身混凝土有泥夹层2021/8/1476各类桩容易发生的质量问题 （3）干作业成孔灌注桩孔底虚土过厚超过规范要求；桩身混凝土质量差桩身有蜂窝、空洞、桩身夹土、分段级配不均匀；塌孔成孔后孔壁局部塌落；斜孔桩孔垂直偏差超过规范要求。 2021/8/1477各类桩容易发生的质量问题 （4）预制桩裂隙运输过程和打入时产生裂隙；接头胶结不好两节桩未对接好或不在一直线上。 2021/8/1478自动画出的缺陷示意

17、图完整性的评价单击进入输出界面2021/8/1479对结果输出进行设置界面1选择输出的内容和输出方式可进行高级设置(见后页)输出方式1打印机2021/8/1480高级设置界面指定每页打印几个波形说明：选择的输出内容包括波形，模拟桩，频谱图，分析信息时每页最多4个波形选择的输出内容包括波形，模拟桩，分析信息时每页最多5个波形只选择波形时最到可达18个波形是否打印相关信息设置线宽2021/8/1481点击打印输出后出的打印信息预览界面单击进行打印2021/8/1482打印确定后出来的打印提示，当分析完5根桩的波形后并都打印确定后打印机才开始输出2021/8/1483对结果输出进行设置界面2选择输出

18、的内容和输出方式也可进行高级设置：对波形数量、线宽、相关打印信息等进行设置输出方式2结果文件2021/8/1484点击输出，确定结果预览后的结果输出界面选择结果保存对应的文件夹对结果文件命名2021/8/1485对结果输出进行设置界面3选择输出的内容和输出方式输出方式3Word文档也可进行高级设置：对波形数量、线宽、相关打印信息等进行设置2021/8/1486点击输出，确定结果预览后的结果生成报告对检测结果、波形等自动生成报告2021/8/1487对结果文件进行连打当对输出方式设置为结果文件后，可对保存的结果文件进行连打，一次输出2021/8/1488点击“连打（N）”后对结果文件进行连打界面

19、选择结果文件保存的位置选择要输出的文件可对选中的文件进行连续打印波形（一次打印输出）或生成Word报告预览信息与统计信息2021/8/1489Q：加速度计与桩面用什么方法耦合较好？A：由于桩面凹凸不平，且有砂石，再加上电缆线的拉作用，用黄油往往达不到好的耦合效果。在桩头滴少许502胶，再将指头大小、粘性较好的橡皮泥压入桩面，然后再将加速度计旋入橡皮泥，这样耦合就会好些。2021/8/1490Q：脉冲频率或滤波频率较低队浅部缺陷判断有无影响？A：当桩身浅部有缺陷，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在缺陷，其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较时，高频反射波部分会丢失

20、，导致实测信号矢真，可能造成误判。所以建议尽量用高频信号来测桩，当遇到长桩时请用高频、低频相结合测试。2021/8/1491Q：反向过冲较大是否信号较差？A：在实测信号中，我们往往会发现脉冲信号结束后有一个较大反向信号。导致反向过冲较大的因素较多，除了电缆线过长、电荷放大器电感及电容等参数不当、锤击点位置及锤击脉冲频率、传感器幅频及相频特性外，还有桩身阻抗变化影响，如：（1）当桩头部分混凝土强度较低时，应力波遇强度较高混凝土时会产生反向反射；（2）桩头附近波阻抗增大；（3）桩头附近波阻抗变小，由于锤击频率或滤波频率太低，高频成份被滤掉，此时，往往也会出现反向过冲这种现象。2021/8/1492

21、Q：离析、夹泥与缩径反射波信号有何区别？A：当桩身浅部有缺陷，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在缺陷，其反射波在桩端面反后经浅部缺陷处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较时，高频反射波部分会丢失，导致实测信号失真，可能造成误判。所以建议尽量用高频信号来测桩，当遇到长桩时请用高频、低频相结合测试。2021/8/1493Q：当检测信号是低频振荡衰减信号时，是何影响？A：当传感器安装正常时，检测信号呈低频振荡有可能：（1）桩端附近断裂，应力波在断裂处会多次反射，同时还会引起断裂部分振动，振动相当于弹簧、阻尼壶、质量块系统振动；（2）桩顶至以下一段距离混凝土疏松、强度较低，应力波传播至正常混凝土时会

22、产生反射，反射波信号与入射波信号反相，反射波二次反射后，与入射波信号同相，这样，相邻反射波相位相反也就变成振荡衰减信号。2021/8/1494第一节 理论信号第二节 模型试验第三节 对比试验第四节 实测波形第五节 开挖对比第六节 误判问题2021/8/1495典型完整桩（规范）2021/8/1496典型缺陷桩（规范）2021/8/1497 （1）完整桩 2021/8/1498 （2）截面突变桩 （3）断桩 2021/8/1499 （4）半断桩 （5）缩径、夹泥、离析 2021/8/14100 （6）嵌岩桩 （7）扩底桩 2021/8/14101 （8）截面渐变桩2021/8/14102 （9）

23、不同缺陷反射波典型记录曲线2021/8/14103（二）模型试验一（棒棒）桩身完整 0.39m处扩0.19m处扩 0.53m处扩0.26m处扩 0.80m处扩2021/8/14104（二）模型试验二缩径 缩径 先缩后扩 先扩后缩 缩 扩 扩 缩2021/8/14105（二）模型试验三（西安）2021/8/14106（二）模型试验四（武汉）1. 桩身完整2. 3.2米处严重夹物3. 2.15米处严重夹物2021/8/141075. 1.5米处轻微夹泥4. 1.9米处轻微缩颈 6. 2米处开始渐扩 7. 2米处严重扩径2021/8/14108（一）不同锤头与不同传感器搭配高阻尼速度计尼龙锤头敲击高

24、阻尼速度计 金属头敲击 加速度计尼龙锤头敲击 加速度计金属锤头敲击2021/8/14109（二）缺陷程度不同3.5m处表面裂纹3.5m处截面裂缝3.5m处截面裂缝3.5m处断桩2021/8/14110（三）不同粘接材料（四）速度计与加速度传感器2021/8/14111（五）不同锤击工具2021/8/14112（六）不同仪器说明：该桩6米处缩颈，12米断裂，14.5米离析，1.8米存在界面2021/8/14113说明：该桩1.8米处扩颈，10.9米界面，13.5米缩颈2021/8/14114说明：该桩6.3米处轻微离析，10.3米处严重离析 2021/8/14115说明：该桩实测长为13.9米，

25、比设计的16米值短，造成空悬2021/8/14116说明：该桩3.1米开始扩径，6.8米缩回，1米处存在界面2021/8/14117说明：该桩在成桩过程中10.2米处严重缩径2021/8/14118说明：该桩在静压试验中浅部1.8米处裂开，唯有RSM仪器测到桩底。2021/8/14119（七）桩模型与实测信号的对比2021/8/14120：红安，桩长6.2米，完整桩说明：宜万铁路，桩长24米，人工挖孔桩2021/8/14121说明：谷城，桩长9.57米，入岩1.8米，钻孔灌注桩说明：莫桑比克，桩长30米，9.8米处扩径2021/8/14122说明：山西忻州，桩长22米，3.3米处轻微缩径说明：

26、武汉，桩长22米，预制管桩，10米处接桩2021/8/14123工地：保山2021/8/14124工地：河南2021/8/14125工地：河南2021/8/14126工地：唐山2021/8/14127工地：唐山2021/8/14128类别时域信号特征幅频信号特征2L/c时刻前无缺陷反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差 f c/2L有明显缺陷反射波，其他特征介于类和类之间2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；

27、或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波。缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差f c/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰 注：对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。2021/8/14129 桩身无缺陷或有轻微缺陷但无桩底反射这种信号特征的类别划分。事实上测不到桩底信号也经常出现，这种情况受多种因素和条件影响，如：软土地区的超长桩，长径比很大；桩周土约束很大，应力波衰减很快；桩身阻抗与持力层阻抗匹

28、配良好；桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变；预制桩接头缝隙影响。2021/8/14130 地层对实测波形的影响分析地层所产生的土动阻力和土静阻力对应力波有较大的影响，静阻力主要导致实测波形向下漂移，动阻力导致应力波幅值迅速衰减。如果存在软硬夹层，此时由于土阻力变化较大，在实测曲线上也就有较明显的反映。与桩身阻抗变化类似，当桩进入软夹层进入软夹层时，由于土阻力相对减小，在实测曲线上将产生一个与入射波同相位与入射波同相位的土阻力波，类类似于缩径类似于缩径类的反射信号；当桩进入硬夹层进入硬夹层时，由于土阻力相对增大，在实测曲线上将产生一个与入射波反相位与入射波反相位的土阻力波，类似于扩径类扩径类的反射

29、信号。 容易产生误判的原因之一土层变化。2021/8/14131 振荡波形产生的原因分析反射波法测桩产生的振荡信号与传感器本身特性、敲击振源、传感器安装、及桩身浅部缺陷等有关。1)如果传感器的频响较窄，敲击时很容易产生谐振，从而使测桩波形产生指数衰减振荡。2)如果测试时引起桩顶外露主钢筋的振动并被接收到，那么会有频率较高的振荡信号。3)传感器安装离敲击点太近或传感器安装点处砼质量差和凿桩后留下的松动混凝土块都容易产生振荡波形。安装传感器的粘接剂弹性太好或太厚或安装不牢也会产生寄生振荡。4)敲击产生的脉冲频率偏高,中低频不丰富,易激发传感器的安装谐振频率产生振荡信号。5)桩身浅部缺陷的多次反射产

30、生的振荡信号 。 容易产生误判的原因之二波形产生震荡2021/8/14132 对大长桩测试一般应当用力棒或大铁球击振，其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小。适宜于桩底及深部缺陷的检测。桩底及深部缺陷的信号反射较强烈，但由此很容易带来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小，能量小，脉冲窄，频率高，可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置 。当拿把小锤去测长大桩是不正确的，由于小锤重量小、能量小、脉冲窄、频率高、衰减快，因此信号在桩身中传播有可能未到桩底就衰减完或即使传到桩底反射回来的信号也很微弱极难分辨。 容易产生误判的原因之三激振方式不对2021/8/14133 由底反信号计算桩长的精度与波速的准确度有关，即使是现场浇灌养护较好的混凝土，其波速值常有5%的波动，故由此计算桩长的误差也有5%左右。还有水泥型号，骨料的