1、基樁低應變檢測廈門市工程檢測中心有限公司孫雪峰基樁低應變檢測一 低應變概念二 理論基礎三 儀器設備四 現場檢測五 結果分析一 低應變概念1 低應變法：采用低能量瞬態或穩態激振方式在樁頂激振，實測樁頂部的速度時程曲線或速度導納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身完整性進行判定的檢測方法。低應變法包括：動力參數法、錘擊貫入法、水電效應法、機械阻抗法、共振法、反射波法。一 低應變概念低應變分析方法時域分析法瞬態時域分析法（反射波法）頻域分析法瞬態頻域分析法機械阻抗法瞬態機械阻抗法穩態機械阻抗法一 低應變概念低應變樁身應變量：一般小于0.01，樁-土系統處于彈性狀態 。一 低應變概念樁身完整性：樁

2、身截面尺寸相對變化 樁身材料密實性 樁身材料連續性。樁身缺陷：使樁身完整性惡化，在一定程度上引起樁身結構強度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現象的統稱。樁身缺陷指標：位置、類型（性質）和程度。一 低應變概念低強度樁：在復合地基中，采用剛性樁或半剛性樁設計的樁身強度為815MPa的有粘結強度增強體成為低強度樁。（建筑地基檢測技術規程DBJ/T131462012）二 理論基礎測試原理：在樁身頂部進行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，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（如縮徑或擴徑）部位，將產生反射波。經接收放大、濾波和數據處

3、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 理論基礎一維線彈性桿件模型（材質均勻、截面恒定、彈性桿 面積A 彈模E 密度 波速c）理論基礎是一維波動理論 + dx x x d x u 222221tucxu二 理論基礎樁截面變化情況樁截面變化處平衡相容條件：1位移連續條件2力連續條件3速度連續條件4應力應變關系 Z1 Fb Z2 VbVaFaVcFc二 理論基礎公式1 EC2公式2 ZEA/C C A公式3 FZ v公式4 vc v：質點運動速度，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：截面力：應變：對應下、上行波二 理論基礎a=Z2/Z1反射波力FbF

4、a(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 *2a/(a+1)二 理論基礎a1，則不存在突變，也無反射波。a1時，相當于擴徑，為反相反射。a1時，相當于縮徑，為同相反射。a為無窮大，相當于固定端，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 理論基礎低應變法適用性：1 受檢樁的長細比、瞬態激勵脈沖有效高頻分量的波長與樁的橫向尺寸之比均宜大于5；對薄壁鋼管樁和類似于H型鋼樁的異型樁，低應變方法不適用。 2不能給出樁身縱向裂縫、較深部缺陷方位3低應變法對樁身缺

5、陷程度只作定性判定 4一般不區分缺陷類型 5測不到樁底反射信號，無法判定整根樁的完整性。應通過現場試驗，依據能否識別樁底反射信號，確定該方法是否適用。 二 理論基礎例題：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、反射波計算。（公式）思考： 對砼樁而言，波速和質點振動速度相比哪個大？三 儀器設備在檢定期內使用環境條件符合設備要求（包括溫度、濕度、電壓波動、電磁干擾、振動沖擊等）注意交流電注意交流電50Hz干擾，盡量選擇直流電源。干擾，盡量選擇直流電源。電磁干擾：長導線布置影響。電磁干擾：長導線布置影響。

6、三 儀器設備動測儀：應在基樁動測儀JG/T30551999 2級標準以上：采樣頻率：20kHzA/D轉換：12位采樣點數：1024頻率響應：33000Hz內幅頻誤差5， 25000Hz內幅頻誤差10幅值非線性： 5 傳感器安裝諧振頻率：10kHz三 儀器設備傳感器：將非電量轉化為電量，指標：靈敏度，線性度，頻響，遲滯，重復性等一般采用壓電式加速度傳感器壓電傳感器優點：體積小、重量輕、結構堅固、頻帶寬、穩定性好、適應場合廣三 儀器設備激振設備：瞬態激振設備：手錘和力棒脈沖寬窄：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

7、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。 穩態激振設備：主要由電磁式激振器、信號發生器、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？影響傳播遠近？三 儀器設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，瞬態激振力譜寬可以提高速度響應的測量精度。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

8、現場檢測抽樣規則與抽檢數量：A）柱下三樁或三樁以下承臺抽檢樁數不得少于1根；B）30且不得少于20根；一般項目20且不少于10根; C）地下水位以上終孔且持力層通過核驗的人工挖孔樁、單節混凝土預制樁，不少于總樁數的10且不應少于10根。 D) 建筑基坑支護技術規程JGJ1202012，砼灌注樁20%，不少于5根。E）建筑地基檢測技術規程DBJ/T13-146-2012，復合地基豎向增強體10，不少于10根，柱下承臺不少于1根。四 現場檢測檢測時間：混凝土強度大于設計強度的70且不低于15MPa 思考：預制樁休止時間？四 現場檢測1 樁頭處理受檢樁樁頂的混凝土質量、截面尺寸應與樁身設計條件基本等

9、同。灌注樁應鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分，并露出堅硬的混凝土表面樁頂表面應平整干凈且無積水；應將敲擊點和響應測量傳感器安裝點部位磨平；妨礙正常測試的樁頂外露主筋應割掉。對于預應力管樁，法蘭盤與樁身混凝土之間結合不緊密時，應采用電鋸將樁頭鋸平。如對測試有影響，樁頭應與混凝土承臺或墊層斷開四 現場檢測樁頭處理四 現場檢測Site DBPile 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、:10 00.751.52.2533.754.55.2566.757.5 m 有浮漿 敲除浮漿四 現場檢測 承臺影響四 現場檢測激振設備選擇：應通過現場試驗選擇不同材質的錘頭或錘墊，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化反射或樁底反射，同時又不明顯產生波形失真或高頻干擾；獲得較大的信號動態范圍而不超載。思考：寬脈沖測深部缺陷作用時間長，能量大；低頻衰減慢四 現場檢測傳感器安裝及激振點選擇：傳感器用耦合劑粘結時，粘結層應盡可能薄；必要時可采用沖擊鉆打孔安裝方式，但傳感器底安裝面應

11、與樁頂面緊密接觸。激振以及傳感器安裝均應沿樁的軸線方向。實心樁的激振點位置應選擇在樁中心，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，激振點和測量傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。四 錘擊點和安裝點示意圖 RRR23 實心樁 空心樁傳感器安裝點激振錘擊點四 現場檢測特征波速：C20：3200C25：3600C30C35：3800C40以上：3800以上PHC管樁（C80）：4000左右鋼樁：5120四 現場檢測信號采集和篩選：根據樁徑大小，樁心對稱布置24個檢測點；每個檢測點記錄的有效信號數不宜少于3個。時

12、域信號2L/c后延5ms，幅頻信號頻率上限不小于2000Hz。檢查判斷實測信號是否反映樁身完整性特征。 不同檢測點及多次實測時域信號一致性較差，應分析原因，增加檢測點數量。各條測試曲線反應應基本一致，有助于對樁身缺陷的準確把握和判斷。信號不應失真和產生零漂，信號幅值不應超過測量系統的量程。應去除場地周邊環境電磁干擾、耦合劑、導線、樁頭處理對曲線不一致的影響四 現場檢測 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 現場檢測頻域分析

13、：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）f/n，該值越小分辨率越高t：采樣時間間隔f：采樣頻率n：采樣點數時域精度要求：采樣頻率20kHz，而頻域為提高分辨率一般4kHz四 現場檢測例題已知采樣頻率f和采樣點數n，求頻域分辨率f 。 (f=f/n)五 結果分析信號后處理： 選擇合適的波速、濾波、放大系數 選擇能夠反應樁身缺陷的波形五 結果分析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 xc t/2t 2x / cxc/(

14、2f）f=c/(2x)五 結果分析場地波速平均值：cmci/n樁身波速：ci2L/T,ci=2Lf條件：1 類樁 2 n5 3 |cicm|/cm5五 結果分析例題：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 結果分析n第一種情況、第二種情況ff2f1c/2Ln機械阻抗法曲線 x軸為頻率f，y軸為導納速度V/力F無限柔性地基無限剛性地基五 結果分析n1 實際情況fc/2L n2 實際情況0f0c/4Ln3 由f0判定持力層情況，接近c/4L則持力層較好 。n機械阻抗法曲線 x軸為頻率，y軸為導納速度V/力FPmaxQmin五 結果分析由速度導納曲線：導納理論計算值：

15、Nc1/（cm A）實測導納幾何平均值：Nm（PmaxQmin）0.5動剛度：Kd2fm/(|v/F|)m (動剛度：一定樁土條件下，樁受循環荷載作用時，樁頂產生單位彈性位移所需的力)Cm:樁身波速平均值Pmax、Qmin：導納曲線上諧振波峰最大值、諧振波谷最小值fm、 (|v/F|)m：導納曲線上起始近似直線段上任一頻率值及相應的導納值。判斷：完整樁， Nm約等于Nc ， Kd值正常； 缺陷樁， Nm大于Nc ， Kd值低； 擴徑樁， Nm小于Nc ， Kd值高。五 結果分析例題：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

16、力層差)五 結果分析樁身完整性判定：類：完整類：輕度缺陷類：明顯缺陷類：嚴重缺陷如何正確判定缺陷程度，特別是缺陷十分明顯時，如何區分是類樁還是類樁，應仔細對照樁型、地質條件、施工情況結合當地經驗綜合分析判斷。同時，還應結合基礎和上部結構型式對樁的承載安全性要求，考慮樁身承載力不足引發樁身結構破壞的可能性，進行缺陷類別劃分，不宜單憑測試信號定論。 五 結果分析完整嚴重缺陷輕度缺陷五 結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重的缺陷 五 結果分析樁身阻抗漸變：對于混凝土灌注樁，采用時域信號分析時應區分樁身截面漸變后恢復至原樁徑并在該阻抗突

17、變處的一次反射，或擴徑突變處的二次反射。 五 結果分析對于嵌巖樁，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，應采取其他方法核驗樁端嵌巖情況。五 結果分析出現下列情況之一，樁身完整性判定宜結合其他檢測方法進行：實測信號復雜，無規律，無法對其進行準確評價。樁身截面漸變或多變，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 結果分析由于施工場地條件的復雜性，基樁在地下的形狀是難以想象的，事實上這些樁徑變化對低應變測試曲線影響是很大的，不能簡單等同于樁身阻抗

18、的變化。五 結果分析測試盲區： 樁身淺部缺陷不易識別和定位，樁頂呈現這種現象的區段成為盲區。一般在距樁頂11.5倍樁徑范圍內。 盲區問題相當于縱向尺寸效應問題。當脈沖波長較長時，理論計算結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則進行準確缺陷定位。一維應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重缺陷的情況，不存在不符合和不適用問題。五 結果分析樁身淺部嚴重缺陷：大振幅、低頻寬幅大擺動五 結果分析Xiamen Construction Engineering Testing 2012-5-30FULIZHXIN5-18F:.2012年 5月 省 培 訓 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 10:43:570481216202