基桩检测低应变培训课件

低应变检测牡丹江科研建筑工程质量检测有限公司徐福贵一、一般原则1.1检测目的1.1.1检测目的完整性是指反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。完整性检测的目的是发现某些可能影响单桩承载力的缺陷，最终仍是为减少安全隐患、可靠判定工程桩承载力服务。所以，基桩质量检测时，承载力和完整性两项内容密不可分。1.1.2反射波法概述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。所谓低应变法，是指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。1.2适用条件1.2.1适用条件反射波法的理论基础是一维线弹性杆件模型，受检基桩应满足下列条件：（1）长细比大于5；（2）瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸大于5；（3）设计桩身截面基本规则；（4）应力波传播时平截面假定成立。1.2.2适用桩型低应变方法检测适用于混凝土灌注桩、混凝土预制桩（包括预应力管桩）、复合地基增强体设计强度等级不小于C15的高粘结强度桩（类似于素混凝土桩，如水泥粉煤灰碎石桩）。薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，平截面假定不成立，低应变不适用；对于水泥土桩、砂石桩等桩身阻抗与桩周土的阻抗差异小，不能简单视为一维波，应视为三维球面波，应力波传播时能量衰减快，反射波法不适用。1.2.3局限性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测桩的长度受到一定限制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低应变不能检测到的现象1.2.4检测开始时间（1）混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。（2）预制桩的检测应在相邻桩施工完毕之后进行。（3）预应力混凝土管桩的低应变检测应在填芯之前进行。（4）当基础埋深较大时，考虑到基坑开挖对已成桩的影响问题，完整性检测应在基坑开挖至基底标高后进行。（5）完整性检测应在设计标高进行。（6）完整性检测宜在承载力检测之前进行。1.2.5有效检测桩长由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化的影响，应力波从桩顶至桩底再从桩底反射回桩顶的传播为一能量和幅值逐渐衰减的过程。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）没有规定有效测试深度，指出具体工程的有效检测桩长应通过现场试验，依据能否识别桩底反射信号，确定是否适用。在现场检测中，长径比通常在20～30之间，检测的效果也比较理想。50m以上的桩用低应变极难检测，建议用声波透射法检测。1.3抽检数量（1）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）：直径小于和等于800mm的桩及直径大于800mm的非嵌岩桩，可根据桩径和桩长的大小，结合桩的类型和实际需要采用钻孔抽芯法或声波透射法或可靠的动测法进行检测，检测桩数不得少于总桩数的10%。（2）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）：桩身质量应进行检验。对设计等级为甲级或地质条件复杂，成桩质量可靠性低的灌注桩，抽检数量不应少于总数的30％，且不应少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总数的20％，且不应少于10根；对地下水位以上且终孔后经过核验的灌注桩，检验数量不应少于总数的10％，且不应少于10根。每个柱下承台不得少于l根。（3）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）：①柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根；②设计等级为甲级，或地质条件复杂。成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20%，且不得少于10根。③地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。桩身完整性验收抽样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设计方认为重要的桩；③局部地质条件出现异常的桩；④施工工艺不同的桩；⑤符合①～④款规定的桩数较多，应适当增加抽检数量。同类型桩宜均匀随机分布。1.4前期准备（1）了解场地和桩型特点，进行细致的测前准备。（2）根据现场实际情况选择合适的激振设备、传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。（3）根据天气状况，桩头准备情况和所选用传感器，选择合适的耦合剂和安装方式（4）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等同。注意：检测面一定要水平，与桩轴线垂直。（5）检测点和激振点宜用便携式砂轮机磨平，在受检桩桩顶应分别打磨出直径约100mm的平面；破桩深度一般应至桩头直径与原桩径相符位置。图1钻孔灌注桩低应变检测桩头处理图示桩身桩面平面（6）妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。（7）对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电锯将桩头锯平。注意下列问题：（1）处理桩头时，用挖掘机料斗撞断不要的桩头，然后用挖掘机料斗铲走断掉的桩头碎片，极易造成在桩头附近的混凝土桩身断裂或产生裂缝，给工程留下隐患。（2）工程实践中会经常碰到测试点标高大于设计标高的情况，这样就可能产生如下几个问题：①浅部有明显或严重缺陷，而缺陷部位又在设计标高之上，该桩完整性如何评定？②截桩以后桩长是否满足设计要求？③在截桩过程中，操作器械对下部桩体有无产生影响？低应变检测（尤其是验收检测）必须在设计标高上进行，而且要在规范中予以明确（不论基础埋深如何），避免引起纠纷或留下隐患。二、基本原理2.1弹性杆件应力波的传播规律2.1.1上行波与下行波一般把桩身受压（不论是内力、应力还是应变）看作是正的，而把桩身受拉看作是负的；把向下的运动（不论是位移、速度还是加速度）看作是正的，而把向上的运动看作是负的。由于下行波的行进方向和规定的正向运动方向一致，在下行波的作用下，正的作用力（即压力）将产生正向的运动，而负的作用力则产生负向的运动。换句话说，下行波所产生的力和速度的符号永远保持一致。上行波所产生的力和速度的符号永远相反。2.1.2入射波、反射波与透射波设桩身某段为一分析单元，其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ，C，A表示，则令Z=ρCA当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的ρ、C、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。下行波与上行波的力和速度有如下关系：F↓=ZV↓F↑=ZV↑则界面处的反射波、透射波和入射波之间的关系为12ri12ZZVVZZ1i12t2ZVVZZ弹性波在杆性质突变处的反射和透射规律(1)透射波总是与入射波同号;(2)当Z1＞Z2时(缩径),反射速度波与入射速度波同号;(3)当Z1＜Z2时(扩径),反射速度波与入射速度波异号.2.2波的传播过程图示（1）桩身完好，桩底支承条件一般。此时，仅在桩底存在界面，速度波沿桩身的传播情况如图4-11所示。0t1tVIVRZ1Z2xVT图2桩身完好时的波传播过程（2）桩身截面积变化。0t1t2tVIVRA1A2VTx图3截面减小时的波传播过程L1LL1L0t1t2tVIVRA1A2VTx图4截面变大时的波传播过程（3）桩身断裂。0t1tZ1VIVRZ2L1Z1x图5桩身断裂时的波传播过程0t1tZ1VIVRZ2L1Z1VTx图6桩身局部断裂时的波传播过程（4）桩身局部缩径、夹泥、离析。L1L20t1t2t3tZ1Z1Z1VIVR1VR2Z2Z2Z2Z1Z1Z1VTx图7桩身局部缩径、夹泥、离析时的波传播过程（5）桩底扩大头，如图4-17所示。0t1t2tVIVRVTx图8有扩大头时的波传播过程0tVIVRZ1Z2x图9嵌岩桩的波传播过程2.3算例分析分析以下三种情况：（1）桩身不存在任何阻抗变化；（2）桩身存在阻抗变化且仅有一个界面；（3）桩身存在两个阻抗变化界面。桩身的阻抗由桩身材料的密度，面积以及在桩身中传播的弹性波速的乘积求得的，假定桩顶输入一个三角脉冲信号，而桩身是一根匀质弹性杆件，处于自由状态，长度为L。图10桩身阻抗不发生变化（1）桩身阻抗不发生变化（2）桩身存在一个阻抗变化界面桩身的中间存在一个界面。阻抗变化越大，反射回来的波幅就越强，反之则越弱（3）桩身存在两个界面桩身中存在两个界面。桩身存在两个阻抗界面2.4典型信号（1）完整摩擦桩实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。（2）完整端承桩实测速度曲线上反射波与入射波反向起跳。（3）桩身缩径实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。（4）桩身松散实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。（5）桩身夹泥实测速度曲线上反射波与入射波同向起跳。（6）桩身扩径当桩身扩颈时实测速度曲线上反射波与入射波反向起跳。（7）深入分析①缩颈后再扩颈时的曲线形态：缺陷处曲线先产生负反射波，然后出现正反射。②扩颈后再缩颈时的曲线形态：缺陷处曲线先产生正反射波，然后出现负反射当桩身扩颈时表现在实测速度曲线上反射波与入射波反向起跳。（7）深入分析①缩颈后再扩颈时的曲线形态：缺陷处曲线先产生负反射波，然后出现正反射。②扩颈后再缩颈时的曲线形态：缺陷处曲线先产生正反射波，然后出现负反射。③缩颈的二次及多次反射的曲线形态：缺陷处曲线先产生正反射波，然后在间隔从桩头到缺陷位置的时间产生第二次正反射，第三次正反射…。④扩颈的二次及多次反射的曲线形态：扩颈处曲线先产生负反射波，然后在间隔从桩头到缺陷位置的时间产生第二次正反射，…第三次负反射…负正反射间隔出现。⑤同一位置相同缺陷程度，在不同桩侧土阻力作用时的曲线特征：当桩侧土阻力较大时，反射波的峰值明显减小。⑥相同缺陷程度但处于不同位置，在相同桩侧土阻力作用时的曲线特征：所处位置越深，反射波的峰值越小。三.仪器设备采样频率：基桩动测时，我们实测的是连续模拟信号，它是连续时间函数，如F(t)、V(t)、a（t），计算机不能对模拟信号进行处理，因此必须对连续信号进行采样，即按一定时间间隔△t对模拟信号进行取值，△t称为采样间隔，△t的倒数为采样频率：fs=1/△t采样时间：又称采样程度，是一次采样N个点数据所需要的时间。T=N×△t，一般N1024.信噪比：有用信号对噪音的比值。分贝：信号的幅度或功率与参考量的比以10为底的对数值。A/D转换：包括采样和量化两个过程，把模拟信号转换成计算机可以自行处理的数字信号。低通滤波：通过滤波器函数衰减高频信息而使低频信息畅通无阻的过程。高通滤波：是为了衰减或抑制低频分量，让高频分量畅通无阻的过程。频谱分析的概念：信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x（t）变换为频域信号X（f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。它表征动态信号的能量随着频率的分布情况。3.1基本要求（1）传感器：加速度传感器的频率范围宜为5～2000Hz，电荷灵敏度为30～100PC/g，电压灵敏度大于100mv/g，量程应大于100g；（2）放大器、滤波器：放大器宜采用带有积分器的电荷或电压放大器，增益宜大于60dB且可调，输入端的噪声电平应小于3μV，频率范围应宽于2～5000Hz；滤波器的频率在2kHz范围内可调；（3）数据采集和处理器：模/数（A/D）转换器的位数不低于12bit，采样频率不小于40kHz，单通道的采集点不少于1024点，应具有时域、频域处理功能。3.2检测仪器3.3传感器传感器是接收桩内反射波信号的关键设备，其性能的好坏直接影响采集信号的可靠性。目前应用较广泛的有速度型和加速度型两种传感器。速度计和加速度计在使用和安装上也各有优缺点。加速度传感器，灵敏度高，频率范围宽，线性范围大，能够较