1、低應變樁基完整性檢測低應變樁基完整性檢測 2014 2014年年1 1月月1717日日低應變反射波法低應變反射波法 本方法是通過分析實測樁頂速度響應信號的特征來檢測本方法是通過分析實測樁頂速度響應信號的特征來檢測樁身的完整性，判定樁身缺陷性質、位置及影響程度，判斷樁身的完整性，判定樁身缺陷性質、位置及影響程度，判斷樁端嵌固情況。樁端嵌固情況。 基本原理基本原理：在樁身頂部進行豎向激振，彈性波沿樁身向：在樁身頂部進行豎向激振，彈性波沿樁身向下傳播。當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、下傳播。當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或斷樁和嚴重離析

2、等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴頸）部位，將產生反射波。經接收放大、濾波和數據擴頸）部位，將產生反射波。經接收放大、濾波和數據處理，可識別來自不同部位的反射信息，據此計算樁身處理，可識別來自不同部位的反射信息，據此計算樁身波速、判斷樁身完整性及混凝土質量，還可以根據視波波速、判斷樁身完整性及混凝土質量，還可以根據視波速偏高對樁的實際長度加以核對。速偏高對樁的實際長度加以核對。 通過反射波相位特征來判斷樁身缺陷的具體類通過反射波相位特征來判斷樁身缺陷的具體類型具有一定困難。因此本方法在應用中應結合工程型具有一定困難。因此本方法在應用中應結合工程地質資料、施工技術資料（異常情況）、樁型、施地質

3、資料、施工技術資料（異常情況）、樁型、施工工藝等資料，通過綜合分析來對樁身的缺陷及類工工藝等資料，通過綜合分析來對樁身的缺陷及類型作出定性判定。型作出定性判定。二、理論基礎二、理論基礎 基樁質量是波動理論為基礎的，根據基本假定基樁質量是波動理論為基礎的，根據基本假定條件，將樁簡化為一維彈性直桿建立力學模型條件，將樁簡化為一維彈性直桿建立力學模型進行計算。進行計算。 1、假設條件：、假設條件： （1）視樁為一維彈性直桿；）視樁為一維彈性直桿； （2）假定基樁為均質材料構成，其各物理參數）假定基樁為均質材料構成，其各物理參數如彈性模量、質量密度為常數（及向同性），如彈性模量、質量密度為常數（及向同

4、性），且橫截面在受力時保持平面（剛體）；且橫截面在受力時保持平面（剛體）； （3）忽略了樁的內外陰尼和表面摩擦力的影響，）忽略了樁的內外陰尼和表面摩擦力的影響，樁周土對樁的約束和支承作用，集中由樁底的樁周土對樁的約束和支承作用，集中由樁底的一個彈簧代替。一個彈簧代替。2 2、建立波動方程（略）、建立波動方程（略） 3 3、波動方程的解、波動方程的解 f =fn+1f =fn+1fn= Vc / 2L fn= Vc / 2L （n=0, 1, 2, n=0, 1, 2, ） 根據頻率和周期的關系得到：根據頻率和周期的關系得到： Vc= 2L Vc= 2L f =2L/ f =2L/ T T 瞬態

5、動測法，就是根據一維彈性桿縱向振動的這一特瞬態動測法，就是根據一維彈性桿縱向振動的這一特性，利用傳播周期性，利用傳播周期T T或各階頻率間隔或各階頻率間隔f f、縱應力波、縱應力波VcVc和樁長和樁長L L三個參數之間的固定關系，作為樁基質量檢驗的三個參數之間的固定關系，作為樁基質量檢驗的重要依據之一。三個參數之中，只要知道兩個就可以確重要依據之一。三個參數之中，只要知道兩個就可以確定出第三個。定出第三個。 傳感器安裝傳感器安裝 傳感器的安裝可采用石膏、黃油、橡皮泥等耦合劑，傳感器的安裝可采用石膏、黃油、橡皮泥等耦合劑，粘結應牢固，并與樁頂面垂直。粘結應牢固，并與樁頂面垂直。 傳感器安裝的好壞

6、對采集信息的影響很大，粘結傳感器安裝的好壞對采集信息的影響很大，粘結層應可能薄。傳感器底面與樁頂應緊密接觸，不得層應可能薄。傳感器底面與樁頂應緊密接觸，不得用手接觸傳感器，在信號采集過程中不得產生滑移用手接觸傳感器，在信號采集過程中不得產生滑移或松動。或松動。檢測數據分析與判定檢測數據分析與判定 樁身完整性分析宜以時域曲線為主，輔以頻樁身完整性分析宜以時域曲線為主，輔以頻域分析，并結合施工情況（工藝、成孔及灌注記域分析，并結合施工情況（工藝、成孔及灌注記錄等）、巖土工程勘察資料和波形特征等因素進錄等）、巖土工程勘察資料和波形特征等因素進行綜合分析判定。行綜合分析判定。 樁基低應變反射波法的過程

7、實質是一個振動測量的過樁基低應變反射波法的過程實質是一個振動測量的過程，要對該過程的頻率響應作系統的分析，現場測試，由程，要對該過程的頻率響應作系統的分析，現場測試，由于振源，樁土系統的衰減以及傳感器等多方面的因素，很于振源，樁土系統的衰減以及傳感器等多方面的因素，很難有覆蓋全頻域的信號出現。難有覆蓋全頻域的信號出現。 考慮時域和頻域：考慮時域和頻域： 深部缺陷深部缺陷: x 25m,f=(30,200)Hz;: x 25m,f=(30,200)Hz; 中深部缺陷：中深部缺陷：x10m, f=(20,500)Hz;x10m, f=(20,500)Hz; 中淺部缺陷：中淺部缺陷： x2m, f=

8、(20,2500)Hz;x2m, f=(20,2500)Hz; 淺部缺陷：淺部缺陷： x2m, f=(20,5000)Hzx2m, f=(20,5000)Hz 大量現場試驗和理論分析表明，振源有時是影響測試大量現場試驗和理論分析表明，振源有時是影響測試效果的關鍵因素，寬脈沖振源會導致實測信號分辨率下降效果的關鍵因素，寬脈沖振源會導致實測信號分辨率下降，影響小缺陷的正常識別。窄脈沖信號不僅可能導致波形，影響小缺陷的正常識別。窄脈沖信號不僅可能導致波形振蕩而且會因穿透力弱而影響深部缺陷的測試。振蕩而且會因穿透力弱而影響深部缺陷的測試。 一般說來，對于敲擊用的錘，材質越軟，碰撞速度越一般說來，對于敲

9、擊用的錘，材質越軟，碰撞速度越低，錘體重量越重，信號的脈沖寬度就越大，高頻成分就低，錘體重量越重，信號的脈沖寬度就越大，高頻成分就越少。越少。 依次為：小鋼錘依次為：小鋼錘-小鐵錘小鐵錘-輕質脆性尼龍錘輕質脆性尼龍錘-輕輕質木錘質木錘-大鐵錘大鐵錘-柔性塑料錘柔性塑料錘-橡皮錘。橡皮錘。 （0.5ms-5ms)0.5ms-5ms) 現在經常使用的加速度傳感器的頻率響應在（現在經常使用的加速度傳感器的頻率響應在（005000Hz5000Hz）之間，對低應變反射波法已經足夠，但地震檢波）之間，對低應變反射波法已經足夠，但地震檢波器的頻率響應在（器的頻率響應在（0500Hz0500Hz）之間，對低應

10、變反射波法有）之間，對低應變反射波法有點欠缺，應采用高阻尼速度傳感器。點欠缺，應采用高阻尼速度傳感器。 但傳感器的安裝條件對傳感器的頻響特性有很大的影但傳感器的安裝條件對傳感器的頻響特性有很大的影響，傳感器的安裝條件不同，其安裝諧振頻率也不同，應響，傳感器的安裝條件不同，其安裝諧振頻率也不同，應將安裝諧振頻率提高到振動測試系統的響應頻率之外。將安裝諧振頻率提高到振動測試系統的響應頻率之外。 傳感器與樁頭的接觸以剛性連接為最好，采用石膏傳感器與樁頭的接觸以剛性連接為最好，采用石膏安裝也是一個好方法，用牙膏或橡皮泥安裝效果不太好。安裝也是一個好方法，用牙膏或橡皮泥安裝效果不太好。 現代電子技術環境

11、下制造的樁基動測儀一般頻響特現代電子技術環境下制造的樁基動測儀一般頻響特性非常好，遠遠超過傳感器的響應頻率范圍，只要儀器正性非常好，遠遠超過傳感器的響應頻率范圍，只要儀器正常，操作正確，一般問題不大。常，操作正確，一般問題不大。 根據根據JGJ 1062003 JGJ 1062003 規范，低應變判別的是樁身完整規范，低應變判別的是樁身完整性類別性類別 ，應充分了解場地和樁型的特點，除規范在檢測，應充分了解場地和樁型的特點，除規范在檢測方案規定的外，還應和甲方及打樁單位的技術人員溝通。方案規定的外，還應和甲方及打樁單位的技術人員溝通。了解該檢測工程打樁情況，求得對檢測工程的初步判斷。了解該檢測

12、工程打樁情況，求得對檢測工程的初步判斷。 在低應變反射波法工程檢測中，由于需檢測的基樁數在低應變反射波法工程檢測中，由于需檢測的基樁數量多，工作環境差，不可能像在實驗室一樣進行測量。其量多，工作環境差，不可能像在實驗室一樣進行測量。其要求是快速、準確。要求是快速、準確。 選擇合適的錘，事先要帶好幾樣不同材質不同重量的選擇合適的錘，事先要帶好幾樣不同材質不同重量的錘。錘。 傳感器的安裝，除預制樁外，樁面處理一般不理想，傳感器的安裝，除預制樁外，樁面處理一般不理想，但至少要選擇一塊幾個平方厘米的新鮮的砼面并清掃。但至少要選擇一塊幾個平方厘米的新鮮的砼面并清掃。 認真實測頭幾根樁，進行傳感器、振源、

13、安裝方式、認真實測頭幾根樁，進行傳感器、振源、安裝方式、儀器的參數設置調整等。儀器的參數設置調整等。 注意波形是否合理，樁底和淺部的缺陷反映是否正常注意波形是否合理，樁底和淺部的缺陷反映是否正常。 然后就可以快速地進行其它樁的檢測，檢測中特別要然后就可以快速地進行其它樁的檢測，檢測中特別要對每根樁的樁底信號予以關注，并關注各樁信號的一致性對每根樁的樁底信號予以關注，并關注各樁信號的一致性。 對需要判為四類樁的樁，要進行詳細測試，換不同的對需要判為四類樁的樁，要進行詳細測試，換不同的錘、不同的激振點、不同的安裝點。盡量在現場作出決定錘、不同的激振點、不同的安裝點。盡量在現場作出決定。因為低應變反

14、射法的數據處理較簡單，收工回到室內后。因為低應變反射法的數據處理較簡單，收工回到室內后再去工地會有其他的麻煩。再去工地會有其他的麻煩。 低應變反射法檢測是對樁身完整性類別進行判定低應變反射法檢測是對樁身完整性類別進行判定 。而對缺陷位置的判定有較多的影響因素，應慎重。而對缺陷位置的判定有較多的影響因素，應慎重。 完整性檢測的目的僅在于大體查清工地成樁狀況，為完整性檢測的目的僅在于大體查清工地成樁狀況，為后續檢測提供技術支持。其重要意義在于縮小了整個工地后續檢測提供技術支持。其重要意義在于縮小了整個工地的不可知范圍。對于一個具體的工地，通過低應變反射法的不可知范圍。對于一個具體的工地，通過低應變

15、反射法檢測，人們知道哪些成樁質量好、哪些成樁質量差，哪些檢測，人們知道哪些成樁質量好、哪些成樁質量差，哪些成樁質量需用其它方法再進行檢測。成樁質量需用其它方法再進行檢測。 對于一個具體的工地，如大多數樁有較明顯的樁底反對于一個具體的工地，如大多數樁有較明顯的樁底反射信號，應認為成樁質量還是好的。射信號，應認為成樁質量還是好的。 檢測單位作為丙方，往往受到甲乙方的非檢測因素干檢測單位作為丙方，往往受到甲乙方的非檢測因素干擾，檢測人員自己要有一個對工地的成樁質量總體判斷，擾，檢測人員自己要有一個對工地的成樁質量總體判斷，以保護自己。以保護自己。 在工程檢測實踐中，檢測人員要不斷地學習應力波理在工程

16、檢測實踐中，檢測人員要不斷地學習應力波理論知識，巖土工程知識、特別是樁基工程設計知識。對不論知識，巖土工程知識、特別是樁基工程設計知識。對不同打樁機械要有了解，這些能幫助檢測人員增加樁基檢測同打樁機械要有了解，這些能幫助檢測人員增加樁基檢測正確性的判定概率。正確性的判定概率。工程實例 1.實測樁 實例與分析 水池近景水池近景水池內景水池內景部分模型部分模型 一般規律： 根據一維彈性波在基樁內的傳播理論可知：樁頂受錘擊后產生的應力波（或應變波）在樁身內向下傳播的過程中，當遇到阻抗發生變化的界面（如：縮頸、擴頸、離析、裂縫、斷裂等缺陷和接樁面、樁底）時，將產生反射波，反射波信號的強弱、幅頻曲線的起

17、伏程度與界面處的波阻抗差異（即界面上、下樁身阻抗之差）成正比。若樁身內存在嚴重縮頸或斷裂面時，則不但反射波幅值大，而且將出現二次、甚至多次反射，幅頻曲線有十分深凹的多次起伏。當界面之上的樁身阻抗大于界面之下樁身阻抗，亦即阻抗比大于1時，反射波相位與入射波相位“同相”，反之反射波相位與入射波相位“反相”。 除擴頸樁外，基樁完整性檢測中，獲取的反射波均與入射除擴頸樁外，基樁完整性檢測中，獲取的反射波均與入射波同相。由上可知，根據反射波相位難于識別樁身缺陷是縮波同相。由上可知，根據反射波相位難于識別樁身缺陷是縮頸、夾泥離析，還是裂縫、斷裂。為了識別樁身缺陷性質，頸、夾泥離析，還是裂縫、斷裂。為了識別

18、樁身缺陷性質，應仔細觀察反射波特征。若距樁頂約應仔細觀察反射波特征。若距樁頂約23m23m之內出現斷裂，反之內出現斷裂，反射波往往具有鋸齒狀波疊加在低頻波上的特征，若距樁頂射波往往具有鋸齒狀波疊加在低頻波上的特征，若距樁頂7 7、8m8m左右出現斷裂，反射波往往具有波寬較窄的二次，甚至多左右出現斷裂，反射波往往具有波寬較窄的二次，甚至多次反射；若樁身深部出現嚴重缺陷，反射波似完整樁端反射次反射；若樁身深部出現嚴重缺陷，反射波似完整樁端反射，實測計算得到的波速肯定偏高。若樁身存在離淅，反射波，實測計算得到的波速肯定偏高。若樁身存在離淅，反射波往往較雜亂，且波幅較小。若樁端有沉渣，則樁端反射波信往往較雜亂，且波幅較小。若樁端有沉渣，則樁端反射波信號既強又雜亂。號既強又雜亂。 鋼筋砼樁的接樁面也是一個界面，若接樁面不密貼，則鋼筋砼樁的接樁面也是一個界面，若接樁面不密貼，則反射波信號明顯可見；若上、下節樁已脫開、錯位，那末反反射波信號明顯可見；若上、下節樁已脫開、錯位，那末反射波必然很強烈