低應(yīng)變檢測(cè)原理及波形初步判識(shí)

1、低應(yīng)變檢測(cè)原理及波形初步判識(shí)一、低應(yīng)變動(dòng)測(cè)原理1、低應(yīng)變反射波法源于應(yīng)力波理論，基本原理是在樁頂進(jìn)行豎向激振，使樁中產(chǎn)生應(yīng)力波，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗界面（如樁底、斷裂或離析、夾泥等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射波，利用特定的儀器設(shè)備經(jīng)接收、放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來(lái)自樁身不同部位的反射信息。通過(guò)對(duì)反射信息進(jìn)行分析計(jì)算，來(lái)判斷樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及其位置。2、樁判定標(biāo)準(zhǔn)在建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）中，樁身完整性定義為：反映樁身截面尺寸相對(duì)變化、樁身材料密實(shí)性和連續(xù)性的綜合定性指標(biāo)；樁身缺陷定義為：使樁身

2、完整性惡化，在一定程度上引起樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現(xiàn)象的統(tǒng)稱。注意，樁身完整性不是嚴(yán)格的定量指標(biāo)，對(duì)不同的樁身完整性檢測(cè)方法，具體的判定特征各異，但為了便于采用，應(yīng)有一個(gè)統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。所以，樁身完整性類別是按缺陷對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力的影響程度，統(tǒng)一劃分為四類的： 類樁身完整。 類樁身有輕微缺陷不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮。 類樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。一般應(yīng)采用其他方法驗(yàn)證其可用性，或根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核或補(bǔ)強(qiáng)處理。 類樁身存在嚴(yán)重缺陷，般應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。二、 低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法的分類低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁以所采用的激振方式及所觀測(cè)

3、的振動(dòng)響應(yīng)的不同分為兩類，即瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。 （一）、瞬態(tài)法所謂瞬態(tài)法就是采用激振方式并觀測(cè)橇的瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)的方法，是對(duì)樁頂面施以軸向瞬時(shí)沖擊力或施以一沖量來(lái)激發(fā)樁的振動(dòng)的方式，就是樁在瞬時(shí)沖擊力或沖量的作用下，樁的振動(dòng)隨時(shí)間的變化過(guò)程，振動(dòng)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)1S。根據(jù)沖量的大小和可控制程度可分為：1、人工錘擊法。這種激振方式是最簡(jiǎn)單、方便的，但這種人工錘擊方式的沖量是隨機(jī)的和不能較準(zhǔn)確控制的，并且也不是完全軸向的，因而在觀測(cè)振動(dòng)響應(yīng)時(shí)，重復(fù)性有進(jìn)較差。2、自由落錘沖擊法。這種激振方式是用一個(gè)已知重量短柱或球形錘，自樁頂面一定高度處自由下落沖擊樁頂面來(lái)激發(fā)樁的振動(dòng)，這種沖擊力不但能保證

4、沿樁軸方向，而且沖量大小和沖擊點(diǎn)位都是可控的，因此是一種比較好的的瞬態(tài)激振方式。3、水電效應(yīng)沖擊法。這種激振方式是在樁頂面設(shè)置盛有水的剛性容器，水中放置兩個(gè)極性相反、有一定距離的電極，在接通電源的瞬間，兩電極間發(fā)生脈沖放電形成一個(gè)脈沖力作用，通過(guò)水傳遞到樁頂面。比較適應(yīng)于截面較大的樁。（二）穩(wěn)態(tài)法就是用用穩(wěn)態(tài)激振方式并觀測(cè)樁的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)的方法，是對(duì)樁頂面施以一個(gè)幅值恒定的軸向詣?wù)窳?lái)激發(fā)樁的振動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)這種激振方式一般采用電磁激振器，樁在詣?wù)窳Φ淖髯飨伦鰪?qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng)詣?wù)窳Φ念l率與樁的阻尼自振頻率相等時(shí)，便會(huì)引起樁的共振作用，這種動(dòng)測(cè)方法正是利用了共振特性，所以又可將這種動(dòng)測(cè)方法稱為“共振

5、法”。這里我們主要簡(jiǎn)單說(shuō)一下瞬態(tài)法。1、瞬態(tài)法數(shù)學(xué)模型假定樁是一維彈性桿, 在樁頂利用手錘(或力棒) 施加一脈沖力F ( T) 后, 激發(fā)一應(yīng)力波沿樁身傳播, 遇到波阻抗變化處產(chǎn)生反射波, 根據(jù)波動(dòng)理論和彈性波在樁身內(nèi)沿軸向傳播的基本規(guī)律, 振動(dòng)速度可以表達(dá)為: 式中: VR 為反射波的速度量; V1 為入射波的速度量; 為樁自身質(zhì)量密度; C 為波速; A為樁的橫截面積; N 為樁身完整性系數(shù) 

6、    (1) 當(dāng)N > 1 , 1 C1A1 >2 C2A2 , 此時(shí), 反射波VR 與入射波V1 同相位。例如: 樁身存在離析(即、C ) 、縮徑(即A ) 、夾泥缺陷(即) 或嵌巖樁底沉渣過(guò)厚( A 變化) , 以及摩擦樁樁底反射都會(huì)出現(xiàn)反射波VR 與入射波V1 同相位的情況。  

7、   (2) 當(dāng)N < 1 , 1 C1A1 <2 C2A2 , 此時(shí), 反射波VR 與入射波V1 反相位。例如: 擴(kuò)徑、端承樁樁底反射波形都屬于此類型。     若假定C 已知, 從實(shí)測(cè)的反射波曲線可以計(jì)算出樁長(zhǎng)或缺陷位置LC 為波速; TR 為反射時(shí)間。2、低應(yīng)變檢測(cè)示意圖3、低應(yīng)變理論波形曲線 1）完整樁波形曲線2）擴(kuò)徑樁波形曲線

8、在樁身擴(kuò)徑處有1 = 2, c1= c2,A 1< A 2, 因此其反射系數(shù)R < 0, 故擴(kuò)徑處反射波與入射波反相(如圖4所示). 根據(jù)平均縱波波速和反射波走時(shí)差t, 可以估算擴(kuò)徑的位置L , 即有L = ctö 2. 3）縮徑樁波形曲線在樁身縮徑處有1 = 2, c1= c2,A 1> A 2, 因此其反射系數(shù)R < 0, 故縮徑處反射波與入射波同相(如圖6所示). 同樣根據(jù)平均縱波波速c 和反射波走時(shí)差t, 可以估算縮徑的位置L , 即有L = ctö 24）斷樁波形曲線在樁身斷裂處, 其反射系數(shù)R = 1, 即在樁身斷裂處發(fā)生全反射, 這時(shí)往

9、往可以見(jiàn)到多次反射波, 樁底反射信號(hào)很難見(jiàn)到。4、實(shí)際工程中低應(yīng)變波形曲線實(shí)際施工中樁身材料不是非常均勻一致的，因此實(shí)際波形曲線沒(méi)有理論曲線歸整，也就是平直段不完全是一條直線。1） 、完整樁實(shí)測(cè)波形曲線2）、擴(kuò)徑樁實(shí)測(cè)波形曲線3）、縮徑樁實(shí)測(cè)量波形曲線4）、離析樁實(shí)測(cè)曲線在樁身離析和膠結(jié)不良處有1 = 2 , c1= c2, A 1= A 2, 其反射系數(shù)R > 0, 故反射波與入射波理論上應(yīng)該同相, 但由于波速發(fā)生改變, 使得波的頻率也發(fā)生變化, 其高頻成分衰減較快, 使得波形變得平坦(如圖所示).至于是由離析還是膠結(jié)不良引起的, 則要結(jié)合施工時(shí)的情況和地質(zhì)報(bào)告等輔助資料來(lái)加以區(qū)分。5

10、）、斷樁實(shí)測(cè)波形曲線6）、嵌巖樁實(shí)測(cè)波形曲線對(duì)嵌巖樁, 如果樁底沒(méi)有浮渣或浮渣比較少, 樁和基巖接觸良好, 則樁底反射信號(hào)不明顯, 但經(jīng)過(guò)指數(shù)放大等技術(shù)處理, 有時(shí)可以見(jiàn)到一反相反射信號(hào). 如果樁底浮渣較多, 有時(shí)可以看到一同相反射波出現(xiàn), 由于浮渣對(duì)波的吸收較強(qiáng), 有時(shí)也很難見(jiàn)到反射信號(hào)(如圖)5、檢測(cè)中注意事項(xiàng)1）激振問(wèn)題激振脈沖波的頻率大約在300 1 500 Hz 左右. 不同的樁長(zhǎng)和樁型, 其激振的頻率不一樣, 一般60 m 左右的摩擦樁或30 m 左右的摩擦端承樁, 脈沖波的主頻在300 500 Hz 左右; 10 20m 的短樁, 脈沖波的主頻在500 1 000 Hz 左右;

11、小于10 m 的短樁, 脈沖波主頻可高至1 000 1 500 Hz. 激振時(shí)另外一個(gè)要注意的問(wèn)題是激振的能量要適中, 并不是能量越大越好. 對(duì)于硬地層, 由于樁身內(nèi)脈沖波能量擴(kuò)散較多, 其所需的激振能量應(yīng)稍微大一些. 此外, 激振時(shí)要干脆、利索, 不要拖泥帶水, 最好是由有經(jīng)驗(yàn)的人專門激振。2）傳感器與粘結(jié)劑的選擇傳感器是基樁檢測(cè)的“眼睛”, 它的頻響特性、阻尼大小、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍等對(duì)實(shí)測(cè)波形的影響非常大. 反射波法對(duì)傳感器有特殊的要求, 由于傳感器處于激振點(diǎn)附近, 很強(qiáng)的激振信號(hào)要不畸變的接收下來(lái), 同時(shí)又要把傳播幾十米長(zhǎng)距離后反射回來(lái)的波加以接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 因此傳感器的量程范圍和動(dòng)

12、態(tài)范圍要足夠?qū)? 且要有較高的靈敏度. 在強(qiáng)烈的激振下, 其余振要短, 這就要求它有良好的阻尼特性.。在傳感器性能較好的情況下, 必須選擇好粘結(jié)劑, 使傳感器與基樁得到較好的耦合. 目前常用的粘結(jié)劑有石膏粉、橡皮泥、蛇皮膏、黃油等, 此外, 有些檢測(cè)人員還使用咀嚼后的口香糖作為粘結(jié)劑. 在這些粘結(jié)劑中, 石膏粉粘結(jié)的耦合頻率較高, 而后幾種的耦合頻率較低. 應(yīng)該注意的是, 當(dāng)樁頭較濕時(shí), 采用橡皮泥和蛇皮膏作為粘結(jié)劑其粘結(jié)的效果不是很好, 此時(shí)最好用石膏粉。3）、樁頭的處理灌注樁的樁頭往往有一層浮漿, 特別是人工挖孔灌注樁, 由于樁頭一般低于地面, 成樁后經(jīng)沉淀作用, 會(huì)使樁身上部出現(xiàn)一層較厚的浮漿, 這使得在用小錘激振時(shí)能量不夠集中, 發(fā)散較快, 激振的脈沖波頻較低, 影響檢測(cè)效果, 因此在檢測(cè)時(shí)必須將浮漿打掉, 同時(shí)保持樁頭平整.此外, 預(yù)制樁在貫入過(guò)程中樁頭可能產(chǎn)生破損, 灌注樁在破除浮漿時(shí)也可使樁頭產(chǎn)生破碎, 這