緒論及第一章樁的反射波法 PPT課件

1、1,第一章 緒論,地下工程設(shè)計(jì)計(jì)算的難點(diǎn)：,變性特性 物理特性 初始應(yīng)力場 溫度效應(yīng) 水浸蝕,明顯的非均質(zhì)性和非連續(xù)性 離散性和非線性,純理論的方法、按照一般的封閉解的形式給予描述并獲得令人滿意的解答和結(jié)果。,很難,2,對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行檢測和監(jiān)測,大型結(jié)構(gòu)施工所必須,結(jié)構(gòu)計(jì)算驗(yàn)證所必須,復(fù)雜結(jié)構(gòu)事故處理所必須,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)所必須,主要講解內(nèi)容,基樁動(dòng)力測試,底應(yīng)變,高應(yīng)變,反射波、機(jī)械阻抗、動(dòng)力參數(shù)法,錘擊法、Simth法、Case法,3,雷達(dá)技術(shù),概述 剖面測量方法 雷達(dá)現(xiàn)場檢測技術(shù)對(duì)象分析和要求 測網(wǎng)布置 雷達(dá)圖象處理技術(shù) 雷達(dá)資料解釋 探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例,4,沉樁對(duì)周圍環(huán)境影響監(jiān)測,概述 沉

2、樁前周圍環(huán)境地調(diào)查 建筑物位移的監(jiān)測，水平、垂直位移 土體位移監(jiān)測：水準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)要求 地下管線監(jiān)測，最小允許曲率半徑的確定 孔隙水壓力監(jiān)測：監(jiān)測資料整理 打樁振動(dòng)監(jiān)測：對(duì)鄰近建筑物危害性評(píng)價(jià) 建筑物裂縫發(fā)展監(jiān)測：資料的整理,5,基坑工程監(jiān)測,概述 深基坑維護(hù)結(jié)構(gòu) 基坑開挖方式 深基坑開挖監(jiān)測 維護(hù)與支撐結(jié)構(gòu)監(jiān)測 維護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測 維護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測 維護(hù)結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測 維護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測 維護(hù)結(jié)構(gòu)完整性和強(qiáng)度監(jiān)測,6,基坑工程監(jiān)測,支撐結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測 周圍環(huán)境監(jiān)測 鄰近建筑物、管線位移監(jiān)測 周圍土體位移監(jiān)測 樁側(cè)土壓力監(jiān)測 基坑土體隆起監(jiān)測 基坑變形控制保護(hù)等級(jí)及監(jiān)測項(xiàng)目的警戒值確定 基

3、坑監(jiān)測實(shí)例分析,7,隧道施工監(jiān)測,概述 主要監(jiān)測內(nèi)容 主要監(jiān)測設(shè)備 土體監(jiān)測 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測 盾構(gòu)監(jiān)測 隧道掘進(jìn)過程中周圍環(huán)境監(jiān)測,8,軟土地區(qū)高等級(jí)（高速）公路監(jiān)測,概述 監(jiān)測方案設(shè)計(jì) 沉降監(jiān)測：地面沉降、分層和深層沉降監(jiān)測 水平位移監(jiān)測：地面水平位移、土體內(nèi)部位移監(jiān)測 土中應(yīng)力監(jiān)測 孔隙水壓力監(jiān)測 監(jiān)測資料整理,9,上課紀(jì)律和要求,不遲到 考試 課堂測驗(yàn)2次占10% 大作業(yè)2次占30% 期末60% 課堂上勇于發(fā)言 鼓勵(lì)撰寫論文報(bào)告，好的報(bào)告可以提升平時(shí)成績 該課知識(shí)點(diǎn)交叉性較強(qiáng)，需要課前預(yù)習(xí),10,100多年的歷史 荷蘭 TNO IFCO公司的 IT 美國GRL公司的PDA、PIT 中國長沙

4、旭華儀表廠GJY1 淮南礦業(yè)學(xué)院生產(chǎn)的測樁儀,第一章 樁安全性的檢測技術(shù),11,（1）反射波法,材料內(nèi)的聲速,12,反射波法基本原理,樁在空氣中，樁頂產(chǎn)生振動(dòng)速度U0，傳播速度為Vc；當(dāng)傳至自由端時(shí)，端部產(chǎn)生的振動(dòng)速度為：2 U0，并以拉伸波U0向上反射回來，在樁頂產(chǎn)生一個(gè)與U0同向的振動(dòng)速度2 U0,13,樁在空氣中，樁頂產(chǎn)生振動(dòng)速度U0，傳播速度為Vc；當(dāng)傳至固定端時(shí)，端部產(chǎn)生的振動(dòng)速度為：0，仍以壓縮波U0向上反射回來，在樁頂產(chǎn)生一個(gè)與U0同向的振動(dòng)速度2 U0,14,15,樁身完整性與質(zhì)量對(duì)脈沖波的影響,假設(shè)：樁為一維彈性桿，一端受瞬態(tài)脈沖沖擊作用。,應(yīng)力波速Vc沿桿傳至樁另一端，如遇

5、波阻抗發(fā)生變化，則產(chǎn)生反射波。,桿端界面上部為Z1，下部為Z2,表示：界面處的位移、速度和軸向力,表示：入射、反射和透射波,16,（1）樁完整，即波阻不變，即有：,無反射波，全部應(yīng)力波均透射過界面?zhèn)髦料露?17,（2）樁身有缺陷：離析、斷裂、夾泥、沉渣等，使下端阻抗變小，即有：,反射波與入射波同相,（3）樁身有擴(kuò)頸，使擴(kuò)頸處阻抗變大，即有：,反射波與入射波反相,（4）樁底落在微風(fēng)化基巖上（嵌巖樁），如：,樁身混凝土,小于基巖,反射波與入射波反相,樁身混凝土,接近于基巖,樁底無反射波,18,樁界面上下兩端阻抗相差越大，反射系數(shù)越大，反射能量越大，反射波越明顯，由此可以定性地判斷阻抗變化程度。 至

6、于界面位置則可根據(jù)樁頂入射波與界面反射波的時(shí)間差,按下式計(jì)算：,界面離樁頂?shù)木嚯x,縱波在樁身內(nèi)的傳播速度,19,影響樁頂速度曲線的因素,反射波法的基本原理：在樁頂進(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或樁身截面積變化部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)過接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，識(shí)別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此計(jì)算樁身波速，以判斷樁身完整性及估計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，并根據(jù)視波速度和樁底反射波到達(dá)時(shí)間對(duì)樁的實(shí)際長度加以核對(duì)。,樁身阻抗變化對(duì)樁頂速度曲線的影響,20,第一個(gè)波峰 為敲擊樁頂時(shí)的入射波，t=0,第二個(gè)波峰 為界面1的反射波，t=2l1/Vc，它是波從波阻抗小的地方向大

7、的地方傳，故與入射波反相,第三個(gè)波峰 為界面2的反射波，t=2l1/Vc2l2/Vc ，波從阻抗大向阻抗小的方向傳播，故同相。,第四個(gè)波峰 為界面3的反射波，由于樁身材料的波阻抗肯定大于土，因此波從波阻抗大的地方向小的地方傳，故同相，t=2L/Vc,21,樁的缺損率的影響,根據(jù)反射波出現(xiàn)的時(shí)間，可以確定缺陷的位置，但是不能獲得缺損的程度（缺損率）,定義缺損率：,初始入射和反射波峰幅值,22,缺陷形狀對(duì)曲線的影響,突變,緩變,突變最明顯，緩變波形不明顯 在實(shí)際工程中應(yīng)加以注意,23,錘頭材質(zhì)對(duì)曲線的影響,錘頭：鋼質(zhì)和非鋼質(zhì),鋼質(zhì):能量大、傳播深度大、噪聲大,非鋼質(zhì):如尼龍、塑料；能量小、傳播深度

8、淺、噪聲小,24,土質(zhì)對(duì)曲線的影響,（1）選擇參考樁,（2）場地地質(zhì)剖面和靜力觸探試驗(yàn)曲線,（3）反演土層參數(shù)： 假設(shè)：小應(yīng)變時(shí)土樁之間的相對(duì)位移很小，忽略樁側(cè)土的彈簧力（摩阻力），并將樁側(cè)阻力簡化為線性阻尼，樁底阻尼為線性彈簧和粘彈性阻尼。,在力錘上安裝力傳感器，進(jìn)行曲線擬合。,25,反射波法的檢測設(shè)備,1.傳感器,寬頻的速度或加速度傳感器，速度傳感器的頻帶：10Hz500Hz，Sensitivity300mv/cm/s；對(duì)于加速度：頻帶1Hz10KHz；Sensitivity100mv/g,26,2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),增益60db，長期變化量1%，折合輸入端的噪聲水平應(yīng)低于3v，頻帶寬度因?yàn)椋?/p>

9、1Hz30KHz，AD至少為8位，采樣間隔不低于501000 s，多通道采集相位偏差不大于0.1ms,3.激振設(shè)備,主要提供適當(dāng)?shù)募ふ耦l譜合能量。塑料錘：2000Hz左右；尼龍：1000Hz左右。柄：塑料、尼龍、鐵制，盡量減少噪聲。規(guī)律：柄短噪聲小，力脈沖寬度小，力譜大，能量小，用于檢測淺部缺陷。對(duì)于深部缺陷，則多數(shù)采用長柄。,27,做好準(zhǔn)備 了解場地資料、樁型、樁長、成樁工藝及施工記錄。 樁頭整理 鑿去浮漿、疏松混凝土部分，直至堅(jiān)實(shí)混凝土面，當(dāng)樁徑較大時(shí)，至少應(yīng)該在激振部位和傳感器部位做平，但不能在混凝土表面摸水泥砂漿找平，以免砂漿與混凝土結(jié)合不好而造成誤判。 安置傳感器 傳感器必須牢固垂直

10、安裝。使其與裝頭同步運(yùn)動(dòng)，真實(shí)反映樁頂振動(dòng)。方法：預(yù)埋螺絲、黃油、橡皮泥、石膏等粘結(jié)劑，預(yù)埋螺絲容易產(chǎn)生高頻干擾，后者容易導(dǎo)致隔振，故要求壓緊、密貼，使粘貼部分盡量薄以保證同步；當(dāng)樁徑超過600mm時(shí)，宜對(duì)稱地安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器。,檢測方法,28,激振方法 能否獲得正確好的樁頂激振曲線，激振是關(guān)鍵。選擇合理的激振方式和設(shè)備，注意：并非能量越大越好。對(duì)于淺部缺陷，要求激振力頻譜成份豐富，故采用硬質(zhì)錘頭和質(zhì)量小的錘；對(duì)于深部缺陷，要求低頻成份多，故宜采用重量大的錘或力棒，錘頭宜選用軟質(zhì)材料，高頻力波方向性好，能探測缺陷的精度高，但衰減快，對(duì)長樁和深層缺陷無能為力，而低頻力波則相反，衰減慢，精

11、度低，但探測深度大；國外認(rèn)為：可探測的缺陷長度為1/4脈沖長度，脈沖長度為脈沖時(shí)間與波速Vc之積，因此與激振頻率有關(guān)。激振點(diǎn)應(yīng)選在樁頂?shù)闹行模珜?duì)于水泥土樁，激振點(diǎn)應(yīng)選在1/4樁徑處。,29,為力減少隨機(jī)干擾，可以采用信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行多次重復(fù)激振，以提高信噪比； 為了提高反射波的分辨率，應(yīng)盡量使用小的能量激振，并選用截至頻率較高的傳感器和濾波器； 由于面波干擾，樁身淺部的反射比較紊亂，為了有效識(shí)別淺部缺陷，必要時(shí)可增加橫向激振，以輔助判別； 為了保證測試曲線可靠，宜進(jìn)行試驗(yàn)前進(jìn)行測試，以選擇最佳接收條件（儀器參數(shù)），為了分析判斷的需要，應(yīng)使時(shí)域采集的信號(hào)有一個(gè)完整的波形，即需要提高采樣頻率；在

12、波形中能看到樁底的反射信號(hào)；每根樁至少應(yīng)重復(fù)35次，每次獲得的曲線有最大重復(fù)度，如發(fā)現(xiàn)有較大的差別，應(yīng)及時(shí)分析原因后，再進(jìn)行測試。,30,測試結(jié)果的數(shù)據(jù)處理,1.確定樁身混凝土縱波波速,C：樁身縱波波速；L：樁長；tr：樁底反射波到達(dá)時(shí)間,2.評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量,特點(diǎn)：波形規(guī)則、清晰，樁底反射波明顯，反射時(shí)間容易讀取，平均縱波波速較高，同一場地相識(shí)性好。,31,離析和縮頸樁的曲線,斷裂樁的曲線,特點(diǎn)：縱波波速較低，反射波幅減少，頻率低,特點(diǎn)：斷裂界面處反射波到達(dá)時(shí)間小于樁底反射波到達(dá)時(shí)間，波幅較大，出現(xiàn)多次反射，樁底反射波難以觀測。,32,樁身缺陷位置的計(jì)算,計(jì)算公式：,L：樁身缺陷位置；tr：缺陷

13、部位反射波至?xí)r間；C0：場地范圍內(nèi)樁身縱波波速平均值,樁身缺陷范圍定義：缺陷沿軸向的經(jīng)歷長度。,缺陷范圍計(jì)算公式：,l：樁身缺陷范圍；t：缺陷上下反射面波至?xí)r間差（s）；C：樁身缺陷段縱波波速（m/s），可查表獲得。,33,樁身缺陷段縱波波速表,推定樁身混凝土強(qiáng)度,反射波法中影響樁身混凝土強(qiáng)度的因素：施工方方法、檢測儀器、樁周土等。,34,工程實(shí)際應(yīng)用（1）,水泥土樁的檢測,水泥土樁的動(dòng)力參數(shù)：正常養(yǎng)護(hù)波速：10002000m/s，相當(dāng)強(qiáng)度：C10C15,水泥土樁的動(dòng)檢測：檢測設(shè)備正確設(shè)置；養(yǎng)護(hù)期大于28天；收集正確的成樁工藝和施工記錄（由于有的水泥土樁使用了變摻入量、變截面的施工工藝，在樁身

14、下段采用低水泥滲入量、小樁徑的水泥土攪拌樁，這種施工工藝對(duì)應(yīng)的樁身反射波形不能作為樁身缺陷的反射波形）；錘擊點(diǎn)在1/4樁徑處；利用狀體早期的動(dòng)力觸探資料。,水泥土樁的動(dòng)力檢測分為四類： A：樁身完整，能很好地發(fā)揮荷載傳遞功能；B：樁身略有缺陷，不影響荷載的傳遞功能； C：樁身有一定缺陷，對(duì)荷載傳遞有一定影響；D：樁身有較大缺陷，基本不能發(fā)揮荷載的傳遞,35,（1）樁身結(jié)構(gòu)完整，波形規(guī)則，樁底反射清晰,（2）樁頭松動(dòng)，波形起始部分異常，其它規(guī)則，樁底反射清晰,36,（3）樁身各段強(qiáng)度不同，或有夾層，波形不規(guī)則，但樁底反射清晰可讀。,（4）樁身強(qiáng)度極不均勻，波形極不規(guī)則，樁底反射難辯。,37,（5

15、）斷樁，出現(xiàn)一個(gè)較大的低頻。,工程驗(yàn)樁（2）,背景：1995年全國樁基動(dòng)測會(huì)議與應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)上的5根樁的實(shí)際測試結(jié)果及其分析,38,場地地基資料,39,2號(hào)樁：d=0.8m,L=16m,混凝土灌注時(shí)在距樁頂6m左右有縮頸，12m左右有斷裂，15m處為離析；縱波速度3800m/s，深層處波形采用指數(shù)放大，樁底反射波放大倍數(shù)為20，在近6m處可以看到有一相同波峰，但因放大倍數(shù)較小故不明顯。,40,6號(hào)樁：d=0.6m,L=12m,是一根質(zhì)量完好的混凝土灌注樁?？v波速度3800m/s，深層處波形采用指數(shù)放大，樁底反射波放大倍數(shù)為50。,41,7號(hào)樁：d=0.8m,L=16m,混凝土灌注時(shí)在距樁頂1

16、2m左右有縮頸，12m左右有斷裂，縱波速度3800m/s，深層處波形采用指數(shù)放大，樁底反射波放大倍數(shù)為100。,42,10號(hào)樁：d=0.8m,L=16m,是一根質(zhì)量完好的混凝土灌注樁?？v波速度3800m/s，深層處波形采用指數(shù)放大，樁底反射波放大倍數(shù)為50。,43,11號(hào)樁：d=0.6m,鉆孔深度16m,混凝土灌注至14.5m左右，造成懸樁有縮頸，縱波速度3800m/s，深層處波形采用指數(shù)放大，樁底反射波放大倍數(shù)為50。,44,PIT-V型樁基測試儀,各種目前先進(jìn)的測樁儀器,KON-PIT(N)樁基完整性測試分析儀,PAK型高應(yīng)變樁基無損測試儀,PIT-VFV型樁基完整性測試儀,RS-1616

17、K基樁動(dòng)測儀,RS-1616K(Plus)基樁動(dòng)測儀,RS- 1616K(S) 基樁動(dòng)測儀,RS-POCKET基樁動(dòng)測儀,45,PITV主機(jī)技術(shù)指標(biāo)- 物理參數(shù)尺寸：75175235 (mm) 重量：2.2 kg - 背光，半反射式VGA顯示屏，適合在各種光照條件下使用- 工作溫度范圍：040，- 存儲(chǔ)溫度范圍：-2065 - 便攜式儀器手提箱內(nèi)置電池（可連續(xù)使用8個(gè)小時(shí)） PIT錘技術(shù)指標(biāo)- 錘頭直徑 手錘 力錘 38.1mm 0.5kg 0.5kg 50.8mm 1.4kg 1.4kg 76.2mm 3.6kg 4.1kg- 力錘裝有一個(gè)5mV/g的加速度傳感器,46,PITV加速度傳感器

18、技術(shù)指標(biāo)- 大?。?02060 (mm) - 工作溫度范圍：-50120 - 電路：集成阻抗轉(zhuǎn)換電子裝置標(biāo)稱- 靈敏度：50mV/g - 加速度范圍：100g - 沖擊極限：30,000 g - 頻率范圍：0.79000 Hz - 幅值線性：40 kHz - 標(biāo)稱時(shí)間常數(shù): 0.5秒,47,PITV型介紹,樁身完整性檢測儀PIT采用了低應(yīng)變法（也稱反射波法、脈沖回波法或瞬態(tài)響應(yīng)法）來檢測樁身的完整性。PIT適用于各種灌注樁及預(yù)制樁等。它可以檢測樁身中存在潛在危險(xiǎn)的缺陷（如裂縫、縮徑、夾泥、空洞等），并且在一定條件下可以測定基樁的樁長，還可以采用雙速度測試法對(duì)既有基礎(chǔ)下的基樁（如支撐橋梁或高樓）進(jìn)行檢測。用PIT檢測時(shí)不需要預(yù)先計(jì)劃和埋管，而且現(xiàn)場檢測速度快、使用簡單，一個(gè)人就能操作。由于這些優(yōu)點(diǎn)，使得對(duì)現(xiàn)場全部基樁的完整性進(jìn)行檢測變得既