2016低应变试讲内.

基桩低应变检测内容提要：一、低应变检测原理二、理论基础三、现场检测四、数据分析一、低应变检测原理低应变检测的是桩的完整性基桩：桩基础中的单桩桩身完整性：反应桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合性指标。桩身缺陷：使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。桩的低应变检测目的检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。不能检测桩身混凝土强度、桩长、承载力等。完整性类别分类原则Ⅰ桩身完整Ⅱ桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力正常发挥Ⅲ桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响Ⅳ桩身存在严重缺陷低应变法的原理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导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性判定的检测方法。二．理论基础一维弹性杆纵向波动方程1.基本假定杆体（长径比大于5）弹性杆平面波A，E，ρ为常数2.引用物理定律牛顿第二定律F=ma(1)虎克定律σ＝Eε(2)3.杆单元分析设u(x,t)是位于x处的质点在t时刻的位移xxdx设u(x，t)为杆件t时刻x处的位移；则位移变化量为应变为由胡克定律：σ=Eε,,由牛顿第二定律，杆体单元受力F(x+dx,t)-F(x,t)=ρAdxdxxtxutdxu),(),x(uxxduxu22utAEF/xuAEF/xxu2222tUAxF4.波动方程建立则：这就是波动方程，当E、A、c、ρ不变时，不难验证下式为波动方程的通解（达朗贝尔通解）上式表明，位移沿着时间的方向传播，具备线性时不变特性。其中：2222txuAEuA2222txuEu)()()(),(ctxwctxwctxwtxuudEc这样的波形，不变的往下移动（忽略材料的阻尼影响）1cm/s1mstV(t)完整桩典型时域信号特征tx做变换由此可以导出：再根据容易导出：)(')()(txWtWxtxW)(')(ctxcWtWttxWV）（cVZVVcEAVAFcA*VcEV/c*c2*Ec建立恒等式：并类似地分解质点运动速度式中显然有：VdZFdVuZFuVuZVdZF-22ZVFZVFFVuVdV21ZVFZVd21ZVFZVu5.阻抗突变处波的反射（透射）I、R、T分别表示入射波、反射波和透射波根据应力波理论，由连续性条件和力的平衡条件有：Vi+Vr=VtFi+Fr=Ft由F=±AρcV=±ZV式，则：Z1Vi-Z1Vr=Z2Vt联立求解得：Vt=2Z1Vi/(Z1+Z2)Vr=(Z1-Z2)Vi/(Z1+Z2)上两式的分析Vt=2Z1Vi/(Z1+Z2)Vr=(Z1-Z2)Vi/(Z1+Z2)1）.如Z1=Z2则:Vt=Vi,Vr=0波全部透射，无反射波。2）.如Z1Z2则：Vr与Vi同号遇低阻抗界面，反射波与入射波同向（质点速度）。极端情况Z2=0（自由端）则:Vr=Vi；Vt=2Vi自由端处质点的速度：V自＝Vi自＋Vr自＝Vi自＋Vi自＝2Vi自3）.如Z1Z2则：Vr与Vi反号遇高阻抗界面，反射波与入射波反向（质点速度）。极端情况Z2∞（固定端）则:Vr=-Vi；Vt=0固定端处质点的速度：V固＝Vi固＋Vr固＝Vi固－Vi固＝04）一维应力波变阻抗界面反射特征总结下行应力波遇低阻抗界面产生与锤击直达波同向反射，多次反射也为同向；下行应力波遇高阻抗界面产生与锤击直达波反向反射，二次反射为同向反射，三次为反向反射，交替出现。例题1有一桩，桩长L=10m，应力波速c=4000m/s，计算出低应变法实测时域曲线上桩底反射波出现的时刻？。ssmmt005.0/4000102三.现场检测执行规范：《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014(《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01-2004;港口工程桩基动力检测规程》JTJ249-2001;《铁路工程基桩检测技术规程》TB10218-2008)3.2.5检测开始时间应符合下列规定：当采用低应变法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70%，且不小于15MPa。一方面：工期要求、信息化施工及时发现问题并修正要求快；另一方面：混凝土强度随之间增加而增长的，前期快后期慢。3.2.6验收检测的受检桩选择宜符合下列规定：1.施工质量有疑问的桩；2.局部地质条件出现异常的桩；3.承载力验收检测时部分选择完整性检测中判定的Ⅲ类桩；4.设计方认为重要的桩；5.施工工艺不同的桩除1-3款指定的受检桩外，其余受检桩的检测数量应符合本规范3.3.3-3.3.8条的抽样规定。当1、2款规定的桩较多也宜增加检测数量。成本及时间约束，为更好查明隐患确保安全，优先上述条款后随即抽样。3.3.3混凝土桩的桩身完整性检测方法选择应符合3.1.1条的规定（应进行单桩承载力和完整性抽样检测）；当一种方法不能全面评价基桩完整性时，应采用两种或两种以上的检测方法。检测数量应符合下列规定：1、建筑桩基设计等级为甲级，或地基条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩工程，检测数量不应少于总桩数的30%，且不应少于20根；其他基桩工程，检测数量不应少于总桩数的20%且不应少于10根。2、符合上款规定外，每个柱下承台检测桩数不应少于1根。3、大直径嵌岩桩或设计等级为甲级的大直径灌注桩，还应按总桩数10%比例采用声波透射法或钻芯法检测；4、当符合3.2.6条1、2款规定的桩数较多，或为了全面了解整个工程基桩的桩身完整性情况时，宜增加检测数量。8.3现场检测8.3.1受检桩应符合下列规定：1.桩身强度应符合本规范第3.2.5条第1款的规定。2.桩头的材质、强度应与桩身相同，桩头截面尺寸不宜与桩身有明显差异。3.桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直。即阻抗变化不大。承台、浮浆、松散、破损。8.3.2测试参数设定应符合下列规定：1.时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。（看动画）2.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。3.桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。4.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合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点。（看动画）5.传感器的设定值应按计量检定结果设定。例题2桩长20米，设波速为3600m/s,时域信号采样点数1024点，为满足规范要求应如何设置采样频率？解：L=20m,C=3600m/s则2L/C=0.011s=11ms总采样时间：T=11＋5＝16ms,共1024点，故采样间隔：ΔT＝0.016/1024=0.0000156s=15.6μs所以：采样频率f＝1/ΔT=64100Hz=64.1kHz8.3.3测量传感器安装和激振操作应符合下列规定：1.安装传感器部位的混凝土应平整；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.激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。3.激振方向应沿桩轴线方向。4.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软硬适宜的锤垫；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；8.3.4信号采集和筛选应符合下列规定：1.根据桩径大小，桩心对称布置2～4个安装传感器的检测点；实心桩的激振点应选择在桩中心，检测点宜在距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点和检测点宜为桩壁厚的1/2处，激振点和检测点与桩中心连线形成的夹角宜为90度；（不同半径处的响应图）2.当桩径较大或桩上部横截面尺寸不规则时，除应按上款在规定激振点和检测点位置采集信号外，尚应根据实测信号特征，改变激振点和检测点位置采集信号。3.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。4.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。5.每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。6.应根据实测信号反映的桩身完整性情况，确定采取变换激振点位置和增加检测点数量的方式再次测试，或结束测试。传感器安装点、锤击点布置示意图RRR23尺寸效应：低应变反射波法的理论基础是一维弹性杆纵波理论。采用一维弹性杆纵波理论的前提是激励脉冲频谱中的有效高频谐波分量波长λ0与被检基桩的半径R之比应足够大（λ0/R≥10），否则平截面假设不成立，即“一维纵波沿杆传播”的问题转化为应力波沿具有一定横向尺寸的柱体传播的三维问题；另一方面，激励脉冲的波长与桩长相比又必须比较小，否则桩身的运动更接近刚体，波动性状不明显，从而对准确探测桩身缺陷、特别是浅部缺陷深度产生不利影响。显然桩的横向、纵向尺寸与激励脉冲波长的关系本身就是矛盾，这种尺寸效应在大直径（包括管桩）和浅部严重缺陷的桩的实际测试中尤为突出。（事实上，当比值λ0/R很小时，柱体中的运动主要集中在柱的顶面，并且随深度的增加很快减小，好像在半无限体中的表层瑞利波一样。）1、桩的尺寸效应明显时，经典一维理论在低应变检测中的适用性受到限制。2、由于传感器接收点与激振点之间的距离不同，将造成接收速度响应的滞后，从而导致所测一维纵波波速比真实的偏高或缺陷位置偏浅，这对较大直径桩仅采用时域波形分析时无法避免。当桩身截面尺寸改变时，由于一维理论只能考虑波得直线传播，不能计及波在变截面处得绕射使波传播路径延长的情况，导致测定的一维纵波波速比真实的偏低。3、激励脉冲的宽度、桩径的大小、传感器的安装位置都将直接影响高频干扰的强弱。对圆形实心桩，在桩顶接近2R/3处受到的一阶径向干扰振型影响相对较小（圆心激振）；对管桩，90度角处相当于一阶及其以上奇数阶径向干扰振型的驻点。可视为较理想传感器安装位置。四.数据分析类别桩身完整性判定时域信号特征Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波；有桩底反射波Ⅱ2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波；有桩底反射波Ⅲ有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动；无桩底反射波类别桩身完整性判定时域信号特征Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波；有桩底反射波Ⅱ2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波；有桩底反射波Ⅲ有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动；无桩底反射波完整桩典型时域信号特征8.4.1桩身波速平均值的确定应符合下列规定：1、当桩长已知、桩底信号明确时，应在地基条件、桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值计算其平均值。2、无法满足上款要求时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他基桩工程实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。8.4.2桩身缺陷位置应按下列公式计算：x—桩身缺陷至传感器安装点的距离（m)Δtx—速度波第一峰与缺陷反射波峰间时间差（ms）c—受检桩的桩身波速（m/s）无法确定时，可用桩身波速的平均值替代。ctxx200018.4.3桩身完整性类别的分析判定类别时域信号特征Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波Ⅱ2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波Ⅲ有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ2L/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；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8.4.6对于嵌岩桩，桩底时域反射信号为单一反射波且与锤