桩基完整性低应变试验试验方法

1桩基完整性（低应变实验）1.1普通规定：低应变反射波法合用范畴为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG桩。对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其它办法辅助验证低应变法检测的有效性。受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa。1.2检测原理：低应变法现在国内普遍采用低应变反射波法，为狭义低应变法，其通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为根据，采用一维波动理论分析鉴定基桩的桩身完整性。因此基桩必须符合一维波动理论规定，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型规定，普通规定其桩久远不不大于直径即长径比不不大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比不不大于5。1.3检测办法及工艺规定（1）检测前的准备工作a受检基桩混凝土强度最少达成设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。b施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，最少提前2天提交给现场检测人员。c施工单位向检测单位提供基桩工程有关参数和资料。d检测前，施工单位做好下列准备工作：①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。②规定受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相似。③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。④桩顶表面平整干净且无积水。⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm的平面，平面确保水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm的平面，打磨面应平顺光洁密实图2不同桩径对应打磨点数及位置示意图图2不同桩径对应打磨点数及位置示意图⑥当桩头与垫层相连时，相称于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。⑦准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。⑧在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。e收集受检桩的有关技术资料，涉及工程概况、基桩的设计参数、场地的工程地质资料以及施工统计状况；f安装传感器。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，传感器的安装须通过黄油、凡士林或橡皮泥等藕合剂与桩面紧密粘接，并与桩顶面垂直；g根据现场状况选择适宜的激振设备、传感器，检查系统各部分之间与否连接良好，确认系统处在正常工作状态。1.4数据采集a通过现场对比实验选定激振锤和激振参数。短桩或浅部缺点桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺点的检测宜采用重锤宽脉冲激振；在现场检测过程中，可在激振部位平铺薄层橡胶垫以获取更加好的实测信号。通过变化力锤的重量及锤头材料，可变化冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，含低频成分多，冲击力大小相似时，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点的识别；锤头刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多，冲击力大小相似时，虽其能量较小，但更适合于桩身浅部缺点的识别及定位。对于长桩，应当先采用低频检波器，重锤敲击来获得实测曲线，再用高频检波器、轻锤敲击来获得浅部鉴别曲线。b采集桩身的波形信号时，调节增益和激振频率使桩身（特别是桩身下部）的反射特性清晰、重复性好。各测点统计的有效信号数不适宜少于3个，波形含有良好的一致性。c对存在缺点的桩应选用多个激振频率进行重复检测，获取足够的缺点特性分析资料。1.5数据分析与鉴定a桩身平均波速的拟定；b对波形、波幅、频率等信号特性进行分析，并结合受检桩的成桩工艺、地质条件和施工状况识别断桩缩颈、扩颈等桩身缺点；c进行桩身完整性类别鉴定，桩身完整性类别应按表3-2和表3-3原则鉴定；d当实测信号所反映的桩身信息(如超出有效检测范畴、桩底反射不明显、实测信号无规律等)局限性以分析和评价桩身完整性，应结合其它检测办法进行桩身完整性鉴定。1.6复测验证与解决a对于桩身浅部存在缺点，拟采用开挖法（开挖深度普通在1～8m范畴内，条件允许的状况下可适宜增加开挖深度）进行验证；b若桩身波速偏低或怀疑混凝土强度不够时，分析强度低的多个因素，若对比其它同等条件的桩后发现强度等级仍然存在波速异常，应建议业主、监理等有关部门采用其它检测手段进行检测。c若发现桩身深部存在缺点或桩底沉渣过厚时，应当如实向业主、监理提出采用工程钻机抽芯验证申请，并提交检测原始资料，对有争议性的检测结论，应当提出第三方验证的申请进行仲裁。1.7成果报告的编写《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—）强制规定低应变检测报告应给出桩身完整性检测的实测信号曲线，除此之外，检测报告还应涉及下列内容：a工程概述及岩土工程条件描述；b检测办法、原理、仪器设备和过程叙述；c受检桩的桩号、桩位平面图和有关的施工统计；d桩身波速取值；e桩身完整性描述、缺点的位置及桩身完整性类别；f时域信号时段所对应的桩身长度标尺、指数或线性放大的范畴及倍数；或幅频信号分析的频率范畴、桩底或桩身缺点对应的相邻谐峰间的频差；g必要的阐明和建议，例如对扩大或验证检测的建议。总而言之，其技术流程如图3所示:图3瞬态激振时域频域分析法测桩技术流程1.8数据分析和质量评定低应变的桩身完整性分析应严格地按照国家及部委颁发的有关规范、规程和原则执行，以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工状况、岩土工程勘察资料和波形特性等因素进行综合分析鉴定。当在桩顶施加一激振后，弹性波沿桩身传输的规律满足一维波动方程，以下式：式中：—纵波波速—桩的弹性模量—桩截面积—桩身材料密度弹性波在传输过程中会对桩身阻抗（）的变化作出响应，假设桩身由、、、变为、、、，根据平面弹性波传输理论，其反射系数为：式中：—反射系数—桩身材料密度—纵波波速—桩截面积a统计法拟定桩身波速平均值为分析时域、频域曲线所反映的桩身波阻抗变化状况、核算桩底信号并拟定桩身缺点位置，首先需要拟定桩身波速及其平均值。在桩长已知、桩底反射信号明确的前提下，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相似的基桩中，选用不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速按下列计算平均值： (1) (2)式中—桩身波速的平均值；—第根受检桩的桩身波速值，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-）规定桩身波速离散性控制在5%以内，即。b数据的分析和桩身完整性鉴定完整桩的时域波形图比较规则、均匀、整洁，桩底反射信号明显，平均波速也正常。完整桩的波形特性如图3-a所示。断桩指桩身断裂，混凝土不持续，普通在此处有严重的夹泥，使此处的阻抗明显变小，应力波在断桩片发生强反射，应力波在桩身断裂以上部分来回反射形成多次波，整桩信号不明显，甚至没有桩底反射，类似于短的完整桩。断桩的波形如图3-b，断桩的断裂位置由下式拟定：(3)其中：为断裂位置(m)；为完整桩波速(m/s)；为入射波与反射波的时间间隔(ms)。a:完整桩 b:断桩 c:缩颈桩d:扩径桩 e:桩身混凝土胶结差（空洞、蜂窝、松散等现象）图4桩身典型缺点与动测波形特性缩颈桩和扩径桩都有明显的桩底反射信号，和本工地桩身混凝土平均波速相靠近，计算桩长与实际桩长相符。同时在缩颈处或扩径处分别出现同相位和反相位的反射信号。缩颈桩和扩径桩的波形特性如图3-c和图3-d。桩身混凝土胶结差视其程度大小，桩身混凝土介于完整桩和断桩之间，轻微靠近完整桩，严重靠近于断桩。该类基桩的反射信号与入射波信号同相位，同样有桩底反射信号，但整桩混凝土传输速度偏低，这是桩身混凝土胶结差区别于缩颈桩的重要根据，如图3-e。根据实测时域或幅频信号特性进行桩身完整性鉴定的分类原则和分类见表3-3、3-4表3-3桩身完整性鉴定类别时域信号特性幅频信号特性Ⅰ2L/c时刻前无缺点反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L。Ⅱ2L/c时刻前出现轻微缺点反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L，轻微缺点产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差Δf′>c/2L。Ⅲ有明显缺点反射波，其它特性介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ2L/c时刻前出现严重缺点反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺点使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波。缺点谐振峰排列基本等间距，相邻频差Δf′>c/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺点只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰。表3-4桩身完整性分类表桩身完整性类别分类原则Ⅰ类桩桩身完整Ⅱ类桩桩身有轻微缺点，不会影响桩身构造承载力的正常发挥Ⅲ类桩桩身有明显缺点，对桩身构造承载力有影响Ⅳ类桩桩身存在严重缺点上表并没有列出桩身无缺点或