低應(yīng)變樁身完整性檢測

建筑基樁低應(yīng)變檢測技術(shù)化學(xué)工業(yè)部（鄭州）基礎(chǔ)工程研究檢測中心4/3/2024低應(yīng)變法檢測樁身完整性定義：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速度導(dǎo)納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。試驗(yàn)過程及測試信號的評判應(yīng)力波發(fā)射圖t=2L/C4/3/2024樁身完整性檢測基本技能：一掌握現(xiàn)場測試技術(shù)；二能夠正確分析判斷樁身完整性。4/3/2024一現(xiàn)場測試技術(shù)1.1熟悉儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造和操作1.2正確安裝傳感器1.3選擇正確的敲擊方式1.4掌握不同敲擊方式下出現(xiàn)的不同情況4/3/2024二分析判斷樁身完整性2.1熟悉一維波動理論；2.2熟悉各種樁型的施工工藝及具體施工情況；2.3熟悉地質(zhì)條件；2.4了解現(xiàn)場測試情況。4/3/20241.1儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造和操作

北京康科瑞武漢巖海北京康科瑞4/3/2024加速度傳感器速度傳感器or電荷放大器A/D轉(zhuǎn)換顯示器存儲器輸出濾波、放大等儀器結(jié)構(gòu)原理圖4/3/2024現(xiàn)場檢測流通圖4/3/2024壓電傳感器構(gòu)造4/3/2024傳感器靈敏度：mv/gmv/（m/s）特點(diǎn)：加速度傳感器高頻響應(yīng)好、體積小、重量輕影響因素：溫度、濕度、橫向靈敏度、電纜噪聲、接地回路噪聲4/3/2024激振工具力錘、力棒工程塑料、高強(qiáng)尼龍、橡膠錘、鋁錘、鐵錘等重量：幾百克－－幾百千克錘墊橡膠墊4/3/20241.2傳感器的安裝4/3/2024樁頭應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行處理：

（1）鑿去樁頂浮漿、清除松散或破損砼，使樁頂露出堅(jiān)硬的混凝土表面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無積水，最好采用便攜式砂輪機(jī)等工具磨平；

（2)樁頂?shù)牟馁|(zhì)、強(qiáng)度、截面尺寸應(yīng)與原樁身基本等同。

(3)對于預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合緊密時，可不進(jìn)行處理，否則，應(yīng)采用電動鋸將樁頭鋸平。

(4)妨礙正常測試的樁頂外露主筋應(yīng)割掉。測前準(zhǔn)備：樁頭處理4/3/20241）傳感器安裝應(yīng)與樁頂面垂直；用耦合劑粘結(jié)時，應(yīng)具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。2）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。傳感器安裝4/3/20244/3/20243）激振點(diǎn)與測量傳感器安裝位置應(yīng)避開鋼筋籠的主筋影響。4）激振方向應(yīng)沿樁軸線方向。5）瞬態(tài)激振應(yīng)通過現(xiàn)場敲擊試驗(yàn)，選擇合適重量的激振力錘和錘墊，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。6）穩(wěn)態(tài)激振應(yīng)在每一個設(shè)定頻率下獲得穩(wěn)定響應(yīng)信號，并應(yīng)根據(jù)樁徑、樁長及樁周土約束情況調(diào)整激振力大小。7）避免共振，加速度傳感器諧振頻率5～10Hz4/3/20248）對于鋼筋混凝土灌注樁，傳感器安裝時應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)傳感器安裝點(diǎn)及其附近的表面應(yīng)平整，其周圍不得有缺損或裂縫；

(2)當(dāng)錘擊點(diǎn)不在樁頂中心時，傳感器安裝點(diǎn)與錘擊點(diǎn)的距離不應(yīng)小于樁半徑的二分之一。4/3/2024激振設(shè)備瞬態(tài)激振操作應(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；工程塑料、尼龍、鋁、銅、鐵、橡膠錘頭的軟硬或錘墊的厚薄能起到控制脈沖寬窄的作用；錘頭的質(zhì)量和敲擊力大小能起到控制力脈沖幅值的作用；4/3/20241）檢測前，應(yīng)仔細(xì)檢查和準(zhǔn)備儀器，使測試系統(tǒng)各部分之間匹配良好。采用交流電源檢測時，應(yīng)有接地措施，嚴(yán)禁電源零線帶電。

2）應(yīng)通過對比測試，選擇適當(dāng)?shù)腻N型、錘重、錘墊材料、傳感器安裝方式。測試技術(shù)4/3/20243）檢測時，應(yīng)合理設(shè)置采樣時間間隔、采樣點(diǎn)數(shù)、增益、傳感器靈敏度、模擬濾波、觸發(fā)方式等，其中增益應(yīng)結(jié)合激振方式通過現(xiàn)場對比試驗(yàn)確定。

f>2fc

f=N.Δf

4/3/2024沖擊錘型大小對波形的影響（ａ）沖擊錘型不合適（ｂ）沖擊錘型合適4/3/20244)每根樁的檢測信號數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)根據(jù)樁直徑大小，樁心對稱布置2～4個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)記錄的有效信號數(shù)不宜少于3個；

（2）不同測點(diǎn)所得到的信號一致性差時，應(yīng)分析原因，增加檢測點(diǎn)數(shù)量。4/3/20245)檢測時應(yīng)隨時檢查采集信號的質(zhì)量，可根據(jù)缺陷所在位置的深淺，及時改變錘擊脈沖寬度。當(dāng)檢測長樁的樁底反射信息或深部缺陷時，沖擊入射波脈沖應(yīng)較寬；當(dāng)檢測短樁或樁的淺部缺陷時，沖擊入射波脈沖應(yīng)較窄，同時采樣時間間隔應(yīng)較小。

6)對檢測信號宜作疊加平均處理，參與疊加平均處理的信號應(yīng)不失真、無零漂現(xiàn)象，且信號數(shù)量不宜少于5個。4/3/20241.4不同敲擊方式下出現(xiàn)的不同情況

4/3/20241).模型樁概況

共8根，模擬了裂縫、孔洞、混凝土碎裂等缺陷N4/3/20241).模型樁概況4/3/20241).模型樁概況4/3/20242).測試曲線及分析2.1錘擊方式abc4/3/20242).測試曲線及分析2.1錘擊方式def4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20243).討論4/3/20243).討論4/3/20243).討論4/3/20244).結(jié)語不同的錘擊方式會對測試曲線造成一定的影響，從而影響判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，在測試時應(yīng)配置不同的錘、采用不同的方式錘擊。在現(xiàn)場應(yīng)盡可能地得到可以大致判斷的原始曲線，采樣及分析時設(shè)置濾波應(yīng)慎重。管樁缺陷并不是通常認(rèn)為的那樣容易測試，應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。4/3/2024二分析判斷樁身完整性2.1一維波動理論；4/3/20242.2各種樁型的施工工藝及具體施工情況沉管灌注樁質(zhì)量通病鉆(沖)孔灌注樁質(zhì)量通病人工挖孔樁質(zhì)量通病載體樁質(zhì)量通病擠擴(kuò)支盤樁質(zhì)量通病預(yù)制鋼筋混凝土樁質(zhì)量通病鋼樁質(zhì)量通病其他4/3/2024（1）采用加速度傳感器時，可選擇小于10Hz的高通濾波和大于2000Hz的低通濾波對積分后的速度信號進(jìn)行處理。

（2）采用速度傳感器時，可選擇小于20Hz的高通濾波和大于1000Hz的低通濾波對速度信號進(jìn)行處理。2.3檢測數(shù)據(jù)的分析與判斷2.3.1信號處理4/3/2024（3）當(dāng)樁底信號較弱時，可采用指數(shù)放大，指數(shù)放大倍數(shù)以2～10倍為宜，被放大的信號幅值不應(yīng)大于入射波的幅值，進(jìn)行指數(shù)放大后的波形應(yīng)基本回零。

（4）當(dāng)需要時，可使用旋轉(zhuǎn)處理功能，使測試波形尾部基本位于零線附近。4/3/2024

2.3.2應(yīng)根據(jù)應(yīng)力波理論對檢測信號進(jìn)行分析。

（1）信號分析前，首先應(yīng)確定樁基工程的縱波波速平均值。對工程地質(zhì)條件相近、成樁工藝相同、同一單位施工的樁基，確定其樁基工程的縱波波速平均值時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算的樁應(yīng)為Ⅰ類樁，數(shù)量不應(yīng)少于5根；4/3/2024縱波波速時域計(jì)算示意圖4/3/2024縱波波速頻域計(jì)算示意圖4/3/2024

縱波波速值與平均值之差的絕對值大于平均值的5％者，不得參與統(tǒng)計(jì)。

縱波波速平均值Cm按下式計(jì)算：

Cm＝∑Ci／n

式中:n一統(tǒng)計(jì)縱波波速平均值所用的被檢測樁的數(shù)量；4/3/2024（2）樁的測試信號符合下列要求，判為一類樁：

（1）有明確的樁底反射信號；

（2）除沖擊入射波和樁底反射波外，在樁底反射波到達(dá)前，基本無反射波發(fā)生；

（3）實(shí)測縱波波速在正常的范圍內(nèi)。

(4)樁底諧振峰排列整齊等間距f=c/2L4/3/2024擴(kuò)頸樁應(yīng)判為Ⅰ類樁。樁身某部分阻抗增大（強(qiáng)度增加或截面積增大），會產(chǎn)生與入射波相位相反的反射波。（a）單界面擴(kuò)頸反射波示意圖4/3/2024(b)擴(kuò)頸-還原反射波示意圖4/3/2024（3）樁底反射波與入射波相位相同，且能判定為樁底存在虛土或沉渣時，應(yīng)判為Ⅲ類樁或Ⅵ類樁。

（4）檢測信號顯示樁身存在缺陷時，應(yīng)根據(jù)缺陷反射波的幅值和相位、缺陷的深度位置、施工資料、工程地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)資料，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)綜合分析缺陷嚴(yán)重程度，確定樁的類別。4/3/2024（5）樁身缺陷位置可按下式估算：

Li＝Cm·Δti／2

式中:Li一測點(diǎn)至樁身第i個缺陷的距離；

Δti—樁身第i個缺陷的反射波波峰與入射波波峰對應(yīng)的時差）。

樁身缺陷位置也可用振幅譜上峰間頻差進(jìn)行估算：

Li＝Cm／Δfi／24/3/2024缺陷位置計(jì)算示意圖4/3/2024缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（時域）缺陷位置計(jì)算示意圖4/3/2024缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（頻域）缺陷位置計(jì)算示意圖4/3/2024（6）當(dāng)測試信號出現(xiàn)以下情況之一時，宜判為Ⅵ類樁：

a未見到樁底反射，卻出現(xiàn)周期性的同相反射波；

b未見到樁底反射，卻在2L／C時刻前出現(xiàn)幅值較大的反射波，且反射波與入射波同相位。4/3/2024(7)對于混凝土灌注樁，注意區(qū)分緩變形后阻抗突變處的反射和擴(kuò)徑突變處的二次反射。

(8)對于堪巖樁，樁底反射時域信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時，應(yīng)采取其他方法核驗(yàn)。

(9)樁頭疏松或樁身有淺部缺陷時，宜處理后重新檢測。4/3/2024

(10)對于夯擴(kuò)樁，人工挖孔、鉆孔擴(kuò)底樁，沉管灌注復(fù)打樁，應(yīng)考慮樁的截面變化對測試結(jié)果的影響，綜合分析波形，確定所檢測樁的類別。4/3/2024(11)出現(xiàn)下列情況之一時，樁身結(jié)構(gòu)完整性評價應(yīng)結(jié)合其它檢測方法進(jìn)行：

（1）反射信號復(fù)雜，無規(guī)律，無法對其進(jìn)行準(zhǔn)確評價；

（2）樁身界面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁；4/3/2024低應(yīng)變測試信號解讀4/3/2024測試實(shí)例與常見情況4/3/2024完整樁典型時域/頻域信號特征4/3/2024低應(yīng)變法適用條件和應(yīng)用中應(yīng)注意的問題理論基礎(chǔ)：（振動）平截面一維彈性均勻細(xì)長桿樁徑限制不能過大設(shè)計(jì)樁身截面宜基本規(guī)則缺陷的難定量與類型難區(qū)分最大有效檢測深度受限制不能用波速推定樁身混凝土強(qiáng)度用波速只能估算不能校核樁長復(fù)合地基中樁的檢測問題4/3/20241低應(yīng)變測試的波速2土阻力影響3阻抗?jié)u變型、阻抗的突變型4多缺陷樁5淺層嚴(yán)重缺陷的判別幾個值得注意的問題4/3/20241低應(yīng)變測試的波速

c2=E/ρ波速由樁身的彈性模量和密度決定，不是由樁身強(qiáng)度決定的。但波速與樁身混凝土強(qiáng)度整體趨勢上呈正相關(guān)關(guān)系，即強(qiáng)度高波速高，但二者并不為一一對應(yīng)關(guān)系。

波速與樁身混凝土強(qiáng)度、混凝土的骨料品種、粒徑級配、密度、水灰比、成樁工藝（導(dǎo)管灌注、振搗、離心）等因素有關(guān)。

4/3/20242土阻力的影響原因（1）樁周土特性有較大突變；（2）土阻力特點(diǎn)：（1）土阻力的影響一般淺部較為明顯；（2）土阻力影響具有普遍性和區(qū)域性；

4/3/20243阻抗?jié)u變型、阻抗的突變型

(a)逐漸擴(kuò)徑(b)逐漸縮頸(c)中部擴(kuò)徑(d)上部擴(kuò)徑4/3/2024樁身截面（阻抗）漸變或突變，往往在阻抗突變處的一次或二次反射主要表現(xiàn)為類似明顯擴(kuò)徑、嚴(yán)重缺陷或斷樁的相反情形，從而造成誤判。因此，應(yīng)結(jié)合施工情況、地層情況綜合分析加以區(qū)分；無法區(qū)分時，應(yīng)結(jié)合其他檢測方法綜合判定?？刹捎脤?shí)測曲線擬合法進(jìn)行分析原因：識別指標(biāo)是一個相對量4/3/20244多缺陷樁xt/