低應(yīng)變檢測省培訓(xùn)

1、基樁低應(yīng)變檢測廈門市工程檢測中心有限公司孫雪峰基樁低應(yīng)變檢測一 低應(yīng)變概念二 理論基礎(chǔ)三 儀器設(shè)備四 現(xiàn)場檢測五 結(jié)果分析一 低應(yīng)變概念1 低應(yīng)變法：采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測樁頂部的速度時程曲線，或在實(shí)測樁頂部的速度時程曲線同時，實(shí)測樁頂部的力時程曲線。通過波動理論的時域分析或頻域分析，對樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。低應(yīng)變法包括：動力參數(shù)法、錘擊貫入法、水電效應(yīng)法、機(jī)械阻抗法、共振法、反射波法。一 低應(yīng)變概念低應(yīng)變分析方法時域分析法瞬態(tài)時域分析法（反射波法）頻域分析法瞬態(tài)頻域分析法機(jī)械阻抗法瞬態(tài)機(jī)械阻抗法穩(wěn)態(tài)機(jī)械阻抗法一 低應(yīng)變概念低應(yīng)變樁身應(yīng)變量：一般小于0.01，樁-

2、土系統(tǒng)處于彈性狀態(tài) 。一 低應(yīng)變概念樁身完整性： 樁身截面尺寸相對變化 樁身材料密實(shí)性 樁身材料連續(xù)性。樁身缺陷：在一定程度上使樁身完整性惡化，引起樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性降低，出現(xiàn)樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等不良現(xiàn)象的統(tǒng)稱。樁身缺陷指標(biāo)：位置、類型（性質(zhì)）和程度。一 低應(yīng)變概念低強(qiáng)度樁：在復(fù)合地基中，采用剛性樁或半剛性樁設(shè)計(jì)的樁身強(qiáng)度為815MPa的有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體成為低強(qiáng)度樁。（建筑地基檢測技術(shù)規(guī)程DBJ/T131462012）二 理論基礎(chǔ)測試原理：在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面(如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等部位）或樁身截面

3、積變化（如縮徑或擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自不同部位的反射信息，從而判定樁身完整性情況。二 理論基礎(chǔ)一維線彈性桿件模型（材質(zhì)均勻、截面恒定、彈性桿 面積A 彈模E 密度 波速c）理論基礎(chǔ)是一維波動理論 + dx x x d x u 222221tucxu二 理論基礎(chǔ)樁截面變化情況樁截面變化處平衡相容條件：1位移連續(xù)條件2力連續(xù)條件3速度連續(xù)條件4應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 Z1 Fb Z2 VbVaFaVcFc二 理論基礎(chǔ)公式1 EC2公式2 ZEA/C C A公式3 FZ v公式4 vc v：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度，注意和c不同c：波速：密度A：截面積E：彈性模量Z：聲阻抗F：截

4、面力：應(yīng)變：對應(yīng)下、上行波二 理論基礎(chǔ)a=Z2/Z1反射波力FbFa(a-1)/(a+1)透射波力Fc=Fa*2a/(a+1)反射波速度vb=-va (a-1)/(a+1)透射波速度vc=va *2/(a+1) Z1 Fb Z2 VbVaFaVcFc二 理論基礎(chǔ)a1，則不存在突變，也無反射波。a1時，相當(dāng)于擴(kuò)徑，為反相反射。a1時，相當(dāng)于縮徑，為同相反射。a為無窮大，相當(dāng)于固定端，反射波使固定端處力值加倍，速度為零。 a為0，相當(dāng)于自由端，反射波使自由端處速度值加倍，力值為零。二 理論基礎(chǔ)低應(yīng)變法適用性：1 一維桿平截面假設(shè)成立前提：瞬態(tài)激勵脈沖有效高頻分量的波長與桿的橫向尺寸之比不宜小于10

5、；設(shè)計(jì)樁身橫截面宜基本規(guī)則，對薄壁鋼管樁、大直徑現(xiàn)澆薄壁砼管樁、類似于H型鋼樁的異型樁，激勵響應(yīng)在樁頂面接收時，低應(yīng)變方法不適用。 2不能給出樁身縱向裂縫、較深部缺陷方位3低應(yīng)變法對樁身缺陷程度只作定性判定 4一般不區(qū)分缺陷類型 5測不到樁底反射信號，無法判定整根樁的完整性。具體工程的有效檢測樁長，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)，依據(jù)能否識別樁底反射信號，確定該方法是否適用。 二 理論基礎(chǔ)例題：1 已知密度、波速c、截面積A，求彈模E，阻抗Z（ EC2， ZC A ）2 已知波速c、振動頻率f，求波長。（ c/f ）3 透射波、反射波計(jì)算。（公式）思考： 對砼樁而言，波速和質(zhì)點(diǎn)振動速度相比哪個大？三 儀器設(shè)備

6、在檢定或校準(zhǔn)的有效期內(nèi)使用檢測前，應(yīng)對儀器設(shè)備進(jìn)行檢查調(diào)試環(huán)境條件符合設(shè)備要求（包括溫度、濕度、電壓波動、電磁干擾、振動沖擊等）三 儀器設(shè)備動測儀：應(yīng)在基樁動測儀JG/T30551999 2級標(biāo)準(zhǔn)以上：采樣頻率：20kHzA/D轉(zhuǎn)換：12位采樣點(diǎn)數(shù)：1024頻率響應(yīng)：33000Hz內(nèi)幅頻誤差5， 25000Hz內(nèi)幅頻誤差10幅值非線性： 5 傳感器安裝諧振頻率：10kHz三 儀器設(shè)備傳感器：將非電量轉(zhuǎn)化為電量，指標(biāo)：靈敏度，線性度，頻響，遲滯，重復(fù)性等一般采用壓電式加速度傳感器壓電傳感器優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、頻帶寬、穩(wěn)定性好、適應(yīng)場合廣三 儀器設(shè)備激振設(shè)備：瞬態(tài)激振設(shè)備：手錘和力棒脈

7、沖寬窄：錘越重，錘頭或錘墊材料越軟，力脈沖作用時間越長，表現(xiàn)為寬脈沖，反之則為窄脈沖。錘頭材料依軟硬不同依次為：鋼、鋁、尼龍、硬塑料、聚四氟乙烯、硬橡膠等。錘墊：一般用12mm厚薄層加筋或不加筋橡膠帶。 穩(wěn)態(tài)激振設(shè)備：主要由電磁式激振器、信號發(fā)生器、功率放大器和懸掛裝置等組成。要求激振器出力在51500Hz頻率范圍內(nèi)恒定，常用的電磁激振器出力為100N或200N，有條件時可選用出力400600N的激振器。 思考：激振能量大小影響衰減快慢？影響傳播遠(yuǎn)近？ (注：衰減快慢為相對值概念)三 儀器設(shè)備鐘形力脈沖及其頻譜fH2000/TpTp:力脈沖寬度,msfH:高端截止頻率,Hz* 一般情況下，瞬態(tài)

8、激振力譜寬可以提高速度響應(yīng)的測量精度。思考：鐵錘、尼龍錘、硬橡膠錘力信號頻譜哪個最寬？例題：已知力脈沖寬度Tp，波速c，求特征波長p 。 (p=c Tp)四 現(xiàn)場檢測抽樣規(guī)則與抽檢數(shù)量：A） 建筑樁基設(shè)計(jì)等級為甲級，或地基條件復(fù)雜、成樁質(zhì)量可靠性較低的灌注樁工程，30且不得少于20根；其它20且不少于10根；B）除符合上款外，每個柱下承臺檢測樁數(shù)不應(yīng)少于1根；C）大直徑嵌巖灌注樁或設(shè)計(jì)等級為甲級的大直徑灌注樁，在上述2款范圍內(nèi)，不少于總樁數(shù)10的樁進(jìn)行鉆芯法或聲波透射法檢測。 D) 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ1202012，砼灌注樁20%，不少于5根。E）建筑地基檢測技術(shù)規(guī)程DBJ/T13-1

9、46-2012，復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體10，不少于10根，柱下承臺不少于1根。四 現(xiàn)場檢測檢測時間：混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70且不應(yīng)低于15MPa 思考：預(yù)制樁休止時間？四 現(xiàn)場檢測1 樁頭處理受檢樁樁頭材質(zhì)、強(qiáng)度應(yīng)與樁身相同，樁頭的截面尺寸不宜與樁身有明顯差異。灌注樁應(yīng)鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分，并露出堅(jiān)硬的混凝土表面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無積水；應(yīng)將敲擊點(diǎn)和響應(yīng)測量傳感器安裝點(diǎn)部位磨平；妨礙正常測試的樁頂外露主筋應(yīng)割掉。對于預(yù)應(yīng)力管樁，法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合不緊密時，應(yīng)采用電鋸將樁頭鋸平。如對測試有影響，樁頭應(yīng)與混凝土承臺或墊層斷開四 現(xiàn)場檢測樁頭處理四 現(xiàn)場檢測Site DBPi

10、le 26AThu Jan 28, 2010f:3 srV7.43500m/sexp:20 00.751.52.2533.754.55.2566.757.5 mSite DBPile 26AAThu Feb 04, 2010f:3 srV7.43500m/sexp:10 00.751.52.2533.754.55.2566.757.5 m 有浮漿 敲除浮漿四 現(xiàn)場檢測 承臺影響四 現(xiàn)場檢測激振設(shè)備選擇：應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)選擇不同材質(zhì)的錘頭或錘墊，以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖。宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號。目的：控制激勵脈沖的寬窄以獲得清晰的樁身阻抗變

11、化反射或樁底反射，同時又不明顯產(chǎn)生波形失真或高頻干擾；獲得較大的信號動態(tài)范圍而不超載。思考：寬脈沖測深部缺陷作用時間長，能量大； 低頻衰減慢四 現(xiàn)場檢測傳感器安裝及激振點(diǎn)選擇：傳感器用耦合劑粘結(jié)時，粘結(jié)層應(yīng)盡可能??；必要時可采用沖擊鉆打孔安裝方式，但傳感器底安裝面應(yīng)與樁頂面緊密接觸。激振以及傳感器安裝均應(yīng)沿樁的軸線方向。實(shí)心樁的激振點(diǎn)位置應(yīng)選擇在樁中心，測量傳感器安裝位置宜為距樁中心2/3半徑處；空心樁的激振點(diǎn)與測量傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成的夾角宜為90，激振點(diǎn)和測量傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。當(dāng)樁徑較大或樁上部橫截面尺寸不規(guī)則時，應(yīng)根據(jù)實(shí)測信號特征，適當(dāng)改變

12、激振點(diǎn)和檢測點(diǎn)的位置采集信號。樁頂不方便安裝傳感器時（如高出地面較多），可將兩支傳感器對稱安裝在樁頂以下樁側(cè)表面，且宜遠(yuǎn)離樁頂。四 錘擊點(diǎn)和安裝點(diǎn)示意圖 RRR23 實(shí)心樁 空心樁傳感器安裝點(diǎn)激振錘擊點(diǎn)四 現(xiàn)場檢測特征波速：C20：3200C25：3600C30C35：3800C40以上：3800以上PHC管樁（C80）：4000左右鋼樁：5120四 現(xiàn)場檢測信號采集和篩選：根據(jù)樁徑大小，樁心對稱布置24個檢測點(diǎn)；每個檢測點(diǎn)記錄的有效信號數(shù)不宜少于3個。時域信號2L/c后延5ms，幅頻信號頻率上限不小于2000Hz。檢查判斷實(shí)測信號是否反映樁身完整性特征。 不同檢測點(diǎn)及多次實(shí)測時域信號一致性較

13、差，應(yīng)分析原因，增加檢測點(diǎn)數(shù)量。信號不應(yīng)失真和產(chǎn)生零漂，信號幅值不應(yīng)超過測量系統(tǒng)的量程。應(yīng)去除場地周邊環(huán)境電磁干擾、耦合劑、導(dǎo)線、樁頭處理對曲線不一致的影響應(yīng)根據(jù)實(shí)測信號反映的樁身完整性情況，確定采取變換激振點(diǎn)位置和增加檢測點(diǎn)數(shù)量的方式再次測試，或結(jié)束測試。四 現(xiàn)場檢測 T = 2L/c V(mm/s) t(ms) r 5f 3 0 0 f( H z ) 0 6 0 0 9 0 0 1 2 0 0 1 5 0 0 完整樁時域曲線完整樁頻域曲線f=c/(2L) T 2L / c四 現(xiàn)場檢測頻域分析：信號頻率上限，由采樣定理：fmax1/（2t）f/2采樣時間：T nt頻率分辨率：f 1/（nt）

14、f/n，該值越小分辨率越高t：采樣時間間隔f：采樣頻率n：采樣點(diǎn)數(shù)時域精度要求：采樣頻率20kHz，而頻域?yàn)樘岣叻直媛室话?kHz四 現(xiàn)場檢測例題已知采樣頻率f和采樣點(diǎn)數(shù)n，求頻域分辨率f 。 (f=f/n)五 結(jié)果分析信號后處理： 選擇合適的波速、濾波、放大系數(shù) 選擇能夠反應(yīng)樁身缺陷的波形五 結(jié)果分析T= 2L/c tx =2x/c V(mm/s) t(ms) 4f 3f V(mm/s) 300 600 900 1200 1500 f(Hz) 0 缺陷位置 時域曲線 xc t/2t 2x / c頻域曲線xc/(2f）f=c/(2x)五 結(jié)果分析場地波速平均值：cmci/n樁身波速：ci2L/

15、T, ci=2Lf條件：1 類樁 2 n5 3 |cicm|/cm5五 結(jié)果分析例題：已知某場地6根類樁樁身波速分別為3200，3300，求場地平均波速。五 結(jié)果分析n第一種情況、第二種情況ff2f1c/2Ln機(jī)械阻抗法曲線 x軸為頻率f，y軸為導(dǎo)納速度V/力F無限柔性地基無限剛性地基五 結(jié)果分析n1 實(shí)際情況fc/2L n2 實(shí)際情況0f0c/4Ln3 由f0判定持力層情況，接近c(diǎn)/4L則持力層較好 。n機(jī)械阻抗法曲線 x軸為頻率，y軸為導(dǎo)納速度V/力FPmaxQminNm（PmaxQmin）0.5Kd2fm/(|v/F|)m五 結(jié)果分析由導(dǎo)納曲線：導(dǎo)納理論計(jì)算值：Nc1/（cm A）實(shí)測導(dǎo)

16、納幾何平均值：Nm（PmaxQmin）0.5動剛度：Kd2fm/(|v/F|)m (動剛度：一定樁土條件下，樁受循環(huán)荷載作用時，樁頂產(chǎn)生單位彈性位移所需的力)Cm:樁身波速平均值Pmax、Qmin：導(dǎo)納曲線上諧振波峰最大值、諧振波谷最小值fm、 (|v/F|)m：導(dǎo)納曲線上起始近似直線段上任一頻率值及相應(yīng)的導(dǎo)納值。判斷：完整樁， Nm約等于Nc ， Kd值正常； 缺陷樁， Nm大于Nc ， Kd值低； 擴(kuò)徑樁， Nm小于Nc ， Kd值高。五 結(jié)果分析例題：已知某樁樁長，波速，第一共振頻率（一階基頻），試判定持力層情況。(c/4L和第一共振頻率相比，接近好，相差多則持力層差)五 結(jié)果分析樁身完

17、整性判定：類：完整類：輕度缺陷類：明顯缺陷類：嚴(yán)重缺陷樁身完整性類別應(yīng)結(jié)合缺陷出現(xiàn)的深度、測試信號衰減特性以及設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝、地基條件、施工情況，并按時域信號特征或幅頻信號特征進(jìn)行綜合分析判定。五 結(jié)果分析完整嚴(yán)重缺陷輕度缺陷五 結(jié)果分析樁身阻抗多變：如果能測到明顯的樁底或樁深部缺陷反射，則樁身上部的缺陷一般不可能屬于很明顯或嚴(yán)重的缺陷 五 結(jié)果分析樁身阻抗?jié)u變：對于混凝土灌注樁，采用時域信號分析時應(yīng)區(qū)分樁身截面漸變后恢復(fù)至原樁徑并在該阻抗突變處的一次反射，或擴(kuò)徑突變處的二次反射。 五 結(jié)果分析對于嵌巖樁，樁底時域反射信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時，應(yīng)采鉆芯法、靜載法或高應(yīng)變法核驗(yàn)

18、樁端嵌巖情況。五 結(jié)果分析出現(xiàn)下列情況之一，樁身完整性判定宜結(jié)合其他檢測方法進(jìn)行（可綜合地質(zhì)、施工、檢測等）：實(shí)測信號復(fù)雜，無規(guī)律，且無法對其進(jìn)行合理解釋。樁身截面多變且變化幅度較大的混凝土灌注樁。Site 111111Pile 46CWed Jul 15, 2009f:9 srV3.03800m/sexp:20 024681012141618m五 結(jié)果分析由于施工場地條件的復(fù)雜性，基樁在地下的形狀是難以想象的，事實(shí)上這些樁徑變化對低應(yīng)變測試曲線影響是很大的，不能簡單等同于樁身阻抗的變化。五 結(jié)果分析測試盲區(qū)： 樁身淺部缺陷不易識別和定位，樁頂呈現(xiàn)這種現(xiàn)象的區(qū)段成為盲區(qū)。一般在距樁頂11.5倍

19、樁徑范圍內(nèi)。 盲區(qū)問題相當(dāng)于縱向尺寸效應(yīng)問題。當(dāng)脈沖波長較長時，理論計(jì)算結(jié)果表明淺部缺陷段波動性狀不明顯，無法用一維理論缺陷定位準(zhǔn)則進(jìn)行準(zhǔn)確缺陷定位。一維應(yīng)力波理論是在桿橫向尺寸影響忽略背景下建立的，并沒有排除淺部有嚴(yán)重缺陷的情況，不存在不符合和不適用問題。五 結(jié)果分析樁身淺部嚴(yán)重缺陷：大振幅、低頻寬幅大擺動五 結(jié)果分析Xiamen Construction Engineering Testing 2012-5-30FULIZHXIN5-18F:.2012年 5月 省 培 訓(xùn) 課 件DC2012237-福 利 中 心-挑 選 .PITPIT-W 2009-1-0.400.000.400.80cm/sV 0.678 cm/s (0.669)Pile: xx - 2: # 103+1%2012-5-18 10:43:5704812162024 mx 20.00 L/D=6.9E+002 (D=2.646 cm)18.30 m (3800 m/s)-1.75-0.251.252.75cm/sV 1.974 cm/s (1.956