弹性波探测方法

六、桩基无损检测参考书：1、《工程地质手册（第四版）》，中国建筑工业出版社，2007.02.

2、《小应变动力测桩导论》，雷林源编著，桂林冶金地质学院。

3、《桩基检验手册》，徐攸在著，水利水电出版社，1999.

4、《桩基质量检测技术》，陈凡等著，中国建筑工业出版社，2003.

动态无损检测包括瞬态法和稳态法两种，具有省时、省力、经济、简便、无损可靠等优点。

桩基质量检测包括两方面的内容：桩基质量评价和桩基的承载力确定。

不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试验--《工程地质手册（第四版》，中国建筑工业出版社，北京,2007.02,p811

桩的动力测试方法：

按激振方式可分为稳态和瞬态。

按桩身与周围土的相对位移量可分为小应变和大应变：

一般认为，

小应变法较适合桩身完整性检测，而估算承载力差；

大应变由于能较好的发挥桩侧和桩端阻力，估算承载力较好。常用桩基检测方法：

1、球击动测法；

2、桩基参数动测法；

3、瞬态激振法；

4、水电效应法；

5、机械阻抗法；

6、锤击贯入法；

7、CASE法。

锤击法锤击法是一种瞬态动测法

可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力的大小。1、锤击法方法原理

1）桩体缺陷检测当桩长远大于桩径D<<L（通常L≥6D）时，桩体可视为一维弹性杆（什么叫一维弹性杆？）。弹性波（应力波）在桩中传播时，当桩身、桩底的波阻抗发生变化会产生反射。一维杆应力波波动方程弹性波在桩身中的传播速度。其中，u为轴向位移，Vp为纵波速度。考虑一定的边界条件，解上式可得：

其中，t为P波的双程垂直回声时间，L为桩长。

在频率域中，若已知桩底反射的频率f1，则波的传播速度还可写为：

其中，，当桩尖地基特别软时，如摩擦桩；对于嵌入基岩的端承桩；当桩底弹性固结时，介于1~2之间。

若桩体存在结构缺陷如断裂，则其断裂位置距桩顶的长度为：

其中，为断裂面反射波的频率。

在时域中上式可写为：

其中，为断裂面反射波的双程回声时间。

当入射波在疏介质→密介质反射时，两波

同相；

当入射波在密介质→疏介质反射时，两波

反相。

透射波的相位与入射波总相同。

显然，对于一完整摩擦桩，其桩底反射的相位与入射波或激振信号的相位是相反的。检测技术应力波激发及在桩中的传播振源：手锤锤击桩端面。点振源传播介质：(所检测的桩基）桩L远大于桩径。传播：应力波以锤击点为中心半球向外传播，当应力波传播至桩身一定距离S后（一般S>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。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。应力波在固定端完整桩中的传播入射波与反射波反相应力波在固定端完整桩中的传播TVL桩底反射，与入射波反相嵌岩桩引起反射波的原因

桩底

截面发生变化

夹泥

离析

混凝土质量变化

土层变化低应变所能检测到的现象低应变不能检测到的现象低应变检测的优点低应变检测的局限快速检测方法（50-200根/日）准备简便操作简单经验丰富不能提供单桩承载力对小缺陷灵敏度不高无法检测桩底沉渣低应变检测系统--传感器速度传感器加速度传感器低应变检测系统--组合手锤低应变检测系统--采集仪RSM—24FD分体机低应变检测系统--软件简介（主操作界面）桩身不同缺陷理论与实测波形分析桩身完整性类别判定桩身不同缺陷理论与实测波形分析桩身完整性类别判定桩身不同缺陷理论与实测波形分析桩身完整性类别判定桩身不同缺陷理论与实测波形分析桩身完整性类别判定桩身不同缺陷理论与实测波形分析桩身完整性类别判定实测曲线讨论题：钢筋混凝土做成的电解槽，呈U字型，长21m，宽6m。因地震原因，需检测电解槽是否受损。用什么方法、如何检测、可能遇到什么问题、如何解决、需要注意的问题？请写出技术方案（方法、技术路线、公式、地球物理条件、检测过程、数据处理、资料解释、结论和建议、其它…等）

新型打桩分析仪PAX

基桩动测技术全球最重要的研发者和生产者——美国PDI公司最新推出的无线传感器测试系统PAX，使得基桩动力荷载试验不再需要电缆与传感器相连即可进行采集数据。这个系统无需携带大量的电缆到工地，简化了现场布置，并允许打桩分析仪远离试验桩较远距离。动力荷载试验可连续地、经济可靠地确定基桩承载力和完整性。对于打入桩，当使用打桩分析仪监测打桩应力和打桩锤效能时，无线传感器可避免吊装过程中损坏电缆和传感器，而且吊装后不必为连接电缆攀爬导架，从而提高了操作的安全性优点：宽带数据传输；体积小便于携带，重量仅有约5公斤；8个数据采集通道和4个数据通道两种类型；运行在WindowsXP操作系统下，可采用本地Local模式，也可以采用远程通讯Remote模式；动测时，现场工程师可以实时访问150多个参数，高应变试验结束时可将实测信号和计算结果显示在PAX屏幕上；在通讯Remote模式下，工程师使用PDA-W软件采集数据可以远程实时全面监测和分析。人

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销售工程师：

本科，土木工程相关专业（工程物探、地质学、地球物理学、岩土工程、结构工程、路桥、水利、水电等），两年以上工作经验，性格开朗热情，有良好的表达能力和沟通协调能力，有挑战精神。

技术工程师：

硕士以上，土木工程（岩土工程、结构工程）、水利水电工程、力学（岩土类）、地球物理、地质勘探、道路交通工程、桥梁工程等相关专业，有土木工程检测经验。

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获取详细信息。七、常时微动的观测与应用为什么要进行地震小区划？--地震效应的不均一性、同一标准设防的不合理性（财力浪费）等，于是有了地震安全性评价常时微动(脉动)的观测与应用地基每时每刻都在作微小的振动-——微动，微动的幅度通常只有几μm，一般不可能被人体所觉察微动原因自然原因：风、雨、浪、火山活动等人为原因：工厂生产、交通运输、建筑施工等通常将有特定振源微动称为振动将无特定振源且周期较长（大于5s——小于0.2Hz）的微动称作脉动脉动的范围非常广.有时在整个大陆地震观测点上记录都表现出非常相似的特点对于无特定振源周期又特别短(小于5s)的微动称常时微动观测研究地基(地表或地下)的常时微动,可以推断地基的弹性(速度)构造和振动特性1。测量方法与数据处理（1）测量方法一般采用固有周期为1s的速度型检波器，体积大(几公斤----十几公斤）高层建筑及地基振动特性调查时，采用长周期检波器（大于1s）

（2）数据处理方法

频谱分析法：一般取10s为一时段，将明显混入躁音的时间段剔除不用，这样大致作20个时间段的功率谱取平均值，就能得到该观测点的稳定功率谱：（3）常时微动的变化规律与测量时的注意事项

对同一地点的常时微动观测研究表明：白天振幅较大功率谱形状复杂夜间（特别是午夜）功率谱的形状几乎没有什么变化，较稳定常时微动与气象有一定关系：风力强气压低时地表位移、波形优势周期显著增大因此，为得到地基振动的可靠信息，测量应该选择在夜间及风力弱时进行，地点应避开特定的振动源，选择平坦地方安置检波器测试仪器应每年在标准振台上进行系统灵敏度系数的标定，以确定灵敏度系数随频率变化的曲线

每个建筑场地的地脉动测点，不应少于2个；根据工程需要也可增加当记录脉动信号时，在距离观测点100m范围内，应无人为振动干扰测点宜选在天然土地基上及波速测试孔附近，传感器应沿东西、南北、竖向三个方向布置地下脉动测试时，测点深度应根据工程需要进行布置脉动信号记录时，应根据所需频率范围设置低通道滤波频率和采样频率，采样频率宜取50～100HZ，每次记录时间不应少于15min，记录次数不得少于2次数据处理：宜作富氏谱或功率谱分析；

每个样本数据宜采用1024个点；

采样间隔宜取0.01～0.02s。

卓越频率按下列规定确定：

按谱图中最大峰值所对应的频率确定；

当谱图中出现多峰的峰值相差不大时，可在谱分析的同时，进行相关或互谱分析，以便对场地脉动卓越频率进行综合评价

脉动幅值的确定应符合下列规定：

脉动幅值应取实测脉动信号的最大幅值；

确定脉动信号的幅值时，应排除干扰信号的影响。（4）实例：

该场地上部为粘土、粉土，属于冲洪积盆地地貌，场地为填土，地表平坦。

进行地脉动观测使用的仪器由DJ-3型拾振器(自振周期为1秒)、DB-8型瞬态波形存贮器与计算机组合而成,数字输出。采样率为0.5ms，记录长度每道为2k。DJ-3型拾振器经标准振动台标定，频率范围为1--75Hz。

微动观测时间选择在无风天气的夜间23点至第二天凌晨5点进行，各测点均为三分量同时观测，每个测点的记录时间采取分段、多次重复观测。由表得知，三个测点得到的地脉动周期比较一致，一般在0.192--0.175秒之间，根据规范，场地卓越周期在0.15S--0.4S之间,属于Ⅱ--Ⅲ类场地土;

结合波速测试结果:在卵石层中,其横波速度Vs的平均值在250m/s--500m/s之间,因此,该场地应属于Ⅱ类中硬场地土。测点观测时间卓越周期(秒)水平分量垂直分量1午夜0.1920.1922午夜0.1820.1753午夜0.1850.1752、天然地震与常时微动

各种震源作用产生的波动，在传播过程中必然要携带途中介质特性的某些信息，因此，从天然地震的信息记录中，也可以提取地基特性。设：

震源特性为S(ω)，

震源到基岩面的路径传播特性为P(ω)，

到达基岩面的地震波特性为I(ω),

表层地基的传播特性为H(ω)，

地表观测到的地震波为R(ω)，

即有：

I(ω)=S(ω)P(ω)

和R(ω)=H(ω)I(ω)1)将同一地点许多不同地震观测波形叠加，则各个入射波由于特性各异而相互抵消，从而使地基特性H(ω)得以显现；

2）研究对比表明，同一地点的地震波平均波谱和常时微动的频谱一致性非常好。3、应用（1）评价建筑物的抗震性能对建筑物（高层）逐层测量可得建筑物振动特性（优势周期、振幅）如果与该地天然地震主频接近或一致——加固施工，提高优势频（2）为抗震设计提供参数抗震设计地震响应分析，需要“输入地震波”——用以往地震观测波形，考虑地基振动特性（测量），除去地基振动特性得到基岩入射波

（3）地震小区划按测网测定，求各网优势周期，结合钻孔、标贯N制定标准，画出区划图（4）在滑坡地质调查中的应用划分稳定与活动地块求滑动界面（不准确）研究滑坡地区的物性（5）研究沙土液化（不成熟）几点认识

1．工程地球物理趋势沿两个方向发展：（地球）物理勘查：在一定范围内查清工程结构（点、线、面、体）;工程质量无损检测：在小区域内检测工程质量、病害区域;难度大、责任重2．

地球物理手段的优势是快速、无损、高效，并非代替钻探，槽探，实验室检验。应建立"系统"解决问题的综合思路，而不仅仅依赖于一两种“高科技