低应变反射波法在桩基检测中的应用
低应变反射波法在桩基检测中的应用
摘要:低应变反射波法是一种应用十分广泛的桩基检测方法，具有快速、高效、准确等技术优点。本文从低应变反射波法的基本原理出发，对一些实例检测中常见的波形进行了分析，并重点分析了检测中应注意的事项，确保了低应变反射波检测的准确性。可供参考。
关键词: 反射波法；桩基检测；波阻抗；缺陷波形；传感器
近年来，随着我国工程建设事业的快速发展，桩基础作为一种安全、有效、可靠的基础形式在众多等领域均得到了广泛的应用。由于桩基属于隐蔽工程，施工过程中难免出现离析、夹泥、缩颈、断裂等不良缺陷，这些缺陷不同程度地影响了基桩的质量而影响到上部结构物的安全，因此桩基质量的检测越来越重要。桩基检测技术通常有直观检查法、辐射能检测法、静力检测法和动力检测法。基桩动力检测技术目前主要有低应变法、高应变法,各有优缺点。低应变反射波法具有检测快速、方便，测试资料分析简单、精确，费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与应用。
1低应变反射波法的基本原理
低应变反射波法是以一维波动方程为理论基础。将桩身假定为一维弹性杆件,当桩顶受到一激振力后,产生一压缩波,沿桩身向下传播,当桩身的波阻抗Z发生变化时,应力波在桩身的传播将产生反射、透射和折射。两种波阻抗差别越大,纵向应力波反射的能力越强,透射的能力越差。反射的相位和幅值大小由波阻抗Z 变化决定。安装在桩顶上的传感器,将接收桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息,根据这些信息进行分析,可对桩身完整性质量进行分析判断。
在基桩某一个波阻抗变化界面处,假设界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1,下部波阻抗Z2=ρ2C2A2。波阻抗之比
ψ=(ρ1C1A1)/(ρ2C2A2) (1)
(1)当ψ>1时,分为两种情况:①假定桩身截面积不变,即A1=A2,则ρ1C1>ρ2C2,表明在桩身相应位置混凝土质量较差,发生了离析或断桩,反射波和入射波同相位。②假定桩身材料的性质不变,即ρ1C1=ρ2C2,则A1>A2,也就是说桩身的截面发生了变化,在桩身相应截面发生了缩颈,反射波和入射波同相位。
(2)当ψ<1时,分为两种情况:①假定桩身截面积不变,即A1=A2,则ρ1C1<ρ2C2,表明应力波由软材料向硬材料方向传波。②假定桩身材料的性质不变,即ρ1C1=ρ2C2,则A1 当桩身存在缺陷时,根据接收到的缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差 的1/3乃至1/5以下。以加速度计为例，如其安装谐振频率为14kh，则频率上限只能达到3-4kh。由于桩基动测对幅值的定量要求不高，可以放宽限度，但也绝不能使谐振频率接近甚至位于要求的频率范围内。然而，地震检波器的使用者却不同程度地犯了这个错误，以28hz和38hz的速度检波器为例，研究表明，当锥形杆被手按于混凝土表面，且用铁锤激发时，谐振频率在830hz左右；通过钻孔方式将锥形杆紧紧地全部插入孔中或取下锥形杆用石膏粘固在混凝土表面时，如用铁锤敲击，谐振频率多在1200hz以上，此时如用尼龙锤或铁锤垫橡皮等低频锤敲击则可完全排除安装谐振频率的影响。显而易见，正确安装方式应以后者为宜。 理论推导表明，传感器的安装谐振频率与传感器的安装刚度和传感器底座质量有关。一般可以减化理解为：安装刚度越高，基座质量越小，安装谐振频率就越高，而安装刚度与安装的松紧程度、传递杆（锥形杆）长短有关。正因如此，一般要求取消锥形杆（或全部埋入被测连续介质中），也要求传感器基座越轻越好。 对于位移型惯性传感器而言（如速度计），安装谐振频率有f1，f2两个，f1比传感器的自然谐振频率还低，在40Hz以内，一般对测试没有影响；f2即是所讲安装谐振，处理较好时应在1200Hz以上。加速度型惯性传感器也有两个安装谐振频率，但均位于高频段，引起我们关注的是第一谐振频率，处理较好时在大几千赫兹至几万赫兹变化，但是，如用弹性较好的橡皮泥安装将只有1-2kHz。 在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。 理论上讲位移计型惯性传感器包括速度计（所谓高阻尼速度计和地震检波器）的高频部分是完全满足应力波反射法测试要求的，但由于生产工艺等方面的原因，其高频部分往往受到很大的限制，有的仅几百赫兹，最高一般亦在2kHz左右会掉下来。在现场测桩时，传感器的安装刚度又会导致安装谐振的出现，进一步使传感器的可测范围变窄，那么怎样判断传感器的优劣呢？ 利用牙膏、石膏、黄油、橡皮泥等粘接剂将不含锥形杆的速度计紧紧地粘贴在被正确清理干净，满足测试要求的桩头上或用冲击电锤打孔，将有锥形杆的速度计牢牢地插入孔中，确保安装方法正确后，利用小铁锤直接敲击砼表面，仪器的模拟滤波档置2.5kHz以上。对被测信号进行谱分析，如果此桩两米内没有毛病，其幅值谱最高峰（一般为传感器的安装谐振峰）频率大于1200Hz，此传感器即可满足测试要求。频率越高在以后的测试过程中浅部测试效果将越好；分析幅值谱的低频部分(固有频率以下)还可判断出低频特性的好坏。换用低频锤，如力棒、尼龙锤(桩头再垫层橡皮更好)或铁锤＋汽车外胎垫测试，如无振荡或振荡很小，这类传感器将更好。如果传感器的谐振峰仅几百赫兹，用低频锤时又不能消振，那么这种传感器是满足不了测试要求的。 需要指出的是，这种测试方法与桩头强度、砼龄期、浅部缺陷以及安装紧凑程度很有关系，以预制桩桩头测试效果最好，而如果在素混凝土上测试，效果将最差，最不能说明问题。速度计是自生电动势型的，虽然价格低廉，但也应注意保护，一般的保护方法是将其输出端短路或两个传感器对接。开路贮放将减少传感器寿命，是不合适的。测桩界较流行的速度计：灵敏度大约为280mV/cm/s，固有频率：10~28Hz，阻尼系数ξ=0.6~1.0。 如果判断速度计测试效果的好坏？从传感器频响，特别是安装后的频响特性来考虑，速度计用于测桩是应当慎重的，因此从某种意义上讲，提高速度计的安装刚度，降低安装质量 2017年建筑基桩低应变法检测理论考试试题 一、单选题 1.低应变检测的目的是 A. 通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩 B. 通过桩身内力及变形测试、测定桩侧、桩端阻力 C. 检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别 D. 检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别 答案：C（JGJ106-2003第3.1.2） 2. 当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到 A.设计强度的70%，且不小于15MPa B.设计强度的30%，且不小于12MPa C.设计强度的70%，且不小于12MPa D.设计强度的30%，且不小于15MPa 答案：A（JGJ106-2003第3.2.6） 3.反射波法的理论基础是一维线弹性杆件模型，受检基桩的长细比应满足 A.＞10 B.≥10 C.≥5 D.＞5 答案：D（非规范） 4. 稳态激振设备应包括激振力可调、扫频范围为的电磁式稳态激振器 A. 10～2000Hz B. 10～1500Hz C. 100～2000Hz D. 100～1500Hz 答案：A（JGJ106-2003第8.2.2） 5. 时域信号记录的时间段长度应在2L/c 时刻后延续；幅频信号分析的频率范围上限。 A. 少于5ms,小于2000Hz B. 不少于5ms, 不应小于2000Hz C. 不少于10ms, 不应小于2000Hz D. 少于10ms,小于2000Hz 答案：B（JGJ106-2003第8.3.2） 6. 时域信号采样点数不宜点。 A. 大于512 B. 大于1024 C. 少于512 D. 少于1024 答案：D（JGJ106-2003第8.3.2） 7.加速度传感器的电荷灵敏度为 A.30-100PC/g B. 10-100PC/g C. 30-1000PC/g D. 10-1000PC/g 基础桩完整性反射波法 检测报告 工程名称：888项目四期**#楼 委托单位：****建筑安装有限责任公司 检验类别：专项检测 检测项目：建筑桩基检测 报告编号：201***** 检测日期：201*年0*月0*日 报告页数：共12页（不含此页） *****工程质量检测有限责任公司 201*年0*月0*日 目录 一、检测人员及联系方式 二、工程概况表 三、委托内容及试验目的 四、检测依据 五、检测方法及仪器设备 六、检测桩选择及成桩情况说明 七、工程地质概况 八、检测结果及分析 九、检测结论 十、附件 声明: 1、本报告无检测单位报告章无效； 2、本报告无主检人、审核人、批准人签字无效； 3、本报告涂改无效； 4、本报告复制件无原检测单位报告章无效； 5、对本报告检验结果若有异议，应在报告收到之日起十五日内向本检 测单位书面提请复议，逾期不予受理。 一、检测人员及联系方式 单位地址：******* 邮政编码：******** 联系人：********* 联系电话：1********* 二、工程概况 三、委托内容及试验目的 受*******建筑安装有限责任公司委托，*******建设工程质量检测有限责任公司于201*年0*月0*日对********项目四期**#楼工程的基桩进行桩身完整性检测，目的是确定桩身完整性类别，根据国家及省的有关规定，经委托单位与有关单位研究协商，确定本次试验检测38根桩。 四、检测依据 1、国家标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ/106-2003） 2、本次检测设计有关要求 五、检测方法及仪器设备 1、本次检测采用的检测方法：反射波法。 2、仪器设备： 采用武汉岩海工程技术开发公司制造的RS—1616Kp型桩基动测分析系统，传感器为一支灵敏度为（100mV/g）的加速度计，用手锤敲击激振，采样频率为20KHz. 3、单桩的激振方式：锤击；位置：桩头中心部位； 点数：不少于2点 六、检测桩选择及成桩情况说明： 1、被测桩选择由建设单位、监理单位、施工单位及检 测单位共同决定。 2、根据委托单位提供的设计及施工资料，该工程基 桩采用桩径为400mm的预应力管桩，设计桩长14-17m。 七、工程地质概况 1、回填土：黄色，主要由粘性土、碎石等组成，结构松散， 低应变反射波法检测 1适用范围 本细则适用于低应变反射波法检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。其有效检测桩长范围应通过现场试验确定。 2编制依据 《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 3检测仪器设备 检测仪器设备主要为RS-1616K（S）基桩动测仪、力锤、力棒。 4受检桩种类及要求 4.1 受检桩种类 1、混凝土预制桩 2、混凝土灌注桩 4.2 受检桩要求 4.2.1受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。 4.2.2桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 4.2.3桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。 5现场检测 5.1准备工作 5.1.1收集工程桩的桩型、桩长、桩径、设计桩身混凝土强度、施工记录及地质勘察报告等有关技术资料。 5.1.2检查桩顶条件和桩头处理情况 受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与设计条件基本相同。 灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶平面应平整干净无积水，必要时宜采用便携式砂轮机磨平；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。 预应力管桩当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电锯将桩头锯平。 当桩头与承台或垫层相连时，应将桩头与混凝土承台或垫层断开。 5.1.3检查仪器设备，使测试系统各部分之间匹配良好。 5.2现场仪器设备配置（如下图）： 5.3测量传感器的选择和安装 5.3.1传感器的选择 检测长桩的桩端反射信息或深部缺陷时，应选择低频性能好的传感器；检测短桩或桩的浅部缺陷时，应选择加速度传感器或宽频带的速度传感器。 5.3.2传感器的安装 1、传感器安装应采用化学粘结剂或石膏、黄油等粘贴，不应采用手扶式。安装时必须保证传感器与桩顶面垂直。 2、激振点和传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。 3、实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90度，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 5.4激振操作 1、激振方向应沿桩轴线方向。 2、激振方式应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫。宜采用小锤（窄脉冲）获取短桩或桩的上部缺陷反射信号，宜采用大锤（宽脉冲）获取长桩或桩的下部缺陷反射信号。 5.5测试参数设定 1、时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。 2、设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。 3、桩身波速根据本地区同类桩型的测试值初步设定。一般可按下表选择： 4、采样间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点，在保证测得完整信号的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。 5、放大器增益应结合激振方式通过现场对比试验确定。 6、传感器的设定值应按计量检定结果设定。 5.6测试信号采集和筛选 1、根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个，通过叠加平均提高信噪比。 2、检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 3、不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因，增加检测点数量。 4、信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统量程（避免信号波峰削波）。 5、每根被检测的基桩均应进行二次以上重复测试，当检测波形重复良好时方可存储记录。当重复性不好时应及时清理激振点，改善传感器安置条件或排除仪器故障后重新进行测试。对于异常波形，应在现场及时分析研究，排除可能存在的激振或接收条件不良因素的影响后重新测试。 试题 第1题 软土地区长摩擦桩在施工中易导致桩身缺陷是因为？ A.桩较长时，桩具备较大的惯性，使施工设备能给桩顶施加较高的能量，而使桩顶局部受拉破坏 B.桩较长，使桩身各截面运动的不均匀性增加，冲击脉冲产生的下行压缩波覆盖的桩身范围有限， 使冲击应力波经桩底反射后在桩下部产生较大的静拉应力而使桩身破坏 C.桩侧土阻力较小，冲击应力波有较大的能量传至桩底，经桩底放大后使桩尖受压破坏 D.桩较长时，冲击脉冲持续时间长，连续的施打使压应力反复叠加造成桩身中下部受压破坏 答案:B 您的答案：B 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第2题 高应变测桩时，若测出的力-时间曲线出现高频振荡波，说明什么问题？ A.桩顶有塑性变形 B.传感器已松动 C.桩身已断裂 D.锤击偏心 答案:B 您的答案：B 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第3题 锤击偏心，两侧力信号幅值相差多少时不能作为承载力分析计算的依据？ A.50% B.80% C.100% D.200% 答案:C 您的答案：C 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第4题 钢筋混凝土预制桩成桩后应休止一定时间才可以开始静载试验，原因是？ A.打桩引起的孔隙水压力有待消散 B.因打桩而被挤实的土体，其强度会随时间而下降 C.桩身混凝土强度会进一步提高 D.需待周围的桩施工完毕 答案:A 您的答案：A 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第5题 使用千斤顶时会出现荷载量和油压不呈严格的线性关系的状况，这是由于？ A.油压的影响 B.活塞摩擦力的影响 C.温度的影响 D.空气的影响 答案:B 您的答案：B 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第6题 为设计提供依据的单桩竖向抗拔静载荷试验，试桩按钢筋强度标准值计算的抗拉力应大于预估极限承载力的多少倍？ A.1.0倍 B.1.2倍 C.1.25倍 D.2倍 答案:C 您的答案：C 题目分数：2 此题得分：2.0 批注： 第7题 低应变反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式,实测桩顶加速度或速度响应时域曲线。籍一维波动理论分析来判定基桩得桩身完整性,这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。 传感器得安装方法: 实心桩得激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处; 空心桩得激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连 线形成得夹角宜为90 度,激振点与测量传感器安装位置宜为桩壁厚得1/2 处。 传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部,再把传感器放入桩顶部,松手后传感器不会移动与侧斜为佳。传感器安装地点,一点要平整。不然会影响采集效果,藕合可以用牙膏,黄油,口香糖,但不可用泥巴。 敲击: 敲击以力棒自由落体来敲击桩头,力棒落到桩头反弹后,立马抓住力棒。落距为5cm—15cm 为佳。视桩得长度而定,桩稍长可稍加大落距。长桩用得锤头最好为橡胶头,短桩用铝合金头。 波形分析完整桩:入射波与反 射波同相 也有桩底反射与初始入射波先反相再同相得扩底桩 下图为,某小区得住宅楼,长7、2 米人工挖孔桩,设计砼强度为C25。V=3675,经检测桩底反射明显,底部扩底属完整桩 缩径桩:在时程曲线上反映比较规则,缩径部位与缺陷呈先同相再反相,或仅现其同相反射信号,视严重程度,可能有多次反射,此类缺陷 桩一般可见桩底信号 离析:由于离析部位得混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成缺 陷波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,波速偏小,通常很难瞧到 桩底反射。 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同 时反射,反射幅值较高,衰减较慢,中部断裂反映为多次同相反射, 缺 陷得反射波幅值较低,而深部断裂波形反映下,类就是摩擦桩桩底反射,但算得得波速明显高于正常桩得波速。 桩基低应变检测曲线实例分析 1、完整桩 一般完整桩在时程曲线上的反应：对于摩擦桩和嵌岩桩表现有三种情况：桩底反射与初始入射波同相；桩底反射不明显,以及桩底反射与初始入射波先反相后同相。 如图所示： 预制管桩外径Φ500mm,h=13.3m壁厚100mm,砼强度等级C60,在空气中的反射波曲线 预应力空心管桩,外径Φ500mm,h=12m,壁厚80mm,砼强度等级C80,在空气中的反射波曲线 实例：桩类型：Φ1.2m，H＝38.5m钻孔灌注桩 地点：杭宁高速公路K76+8930-R2/0-R3桩 评价：完整嵌岩桩 该桩径1.2m,桩长38.5m,C30钻孔灌注桩，桩尖进入微风化泥质岩2m，测试波形完整。纵波速度为3600-3700m/s，桩底反向，说明无沉渣．为完整嵌岩桩. 地层影响的时程曲线桩 桩类型：Φ1200mm，h＝28.4m冲孔灌注桩 地点：诸永高速台州一段25标某桥桩 评价：该桩砼强度c25,采用冲抓钻,12m见基岩后采用冲击钻,一直到桩底,从波形可见进入基岩有明显的反向反射,为地层的反映 特殊桩形的曲线 桩类型：Φ1000mm,L约13m，冲击桩 地点：温州洞头中心渔港石码头 评价：完整桩 该外加5mm壁厚钢护筒至强风化，后变径800嵌岩2D。故在桩底前同向反映为钢护筒底变径处的部位，经钻孔验证而不是缺陷 2、桩头缺陷桩桩头疏松 桩头浮浆或强度偏低的桩，测试结果无法反映桩的完整性，曲线反应为入射波峰较低而且脉冲较缓，而且后续波形呈低频，此类现象均属桩头强度偏低。如图所示：桩类型：Φ1.2m,L=18.7m钻孔灌注桩 地点：杭兴高速公路MP14—R3桩 评价：桩头砼强度低 该桩径1.2m,长18.7m,设计混凝土强度等级为C25,测试发现曲线呈低频振荡,判为桩头浅部强度低或局部离柝,经取芯验证,0-1m岩芯松散,1-2.7m岩芯有气孔,强度低,2.7m以后岩芯强度达到要求,芯样完整,要求凿去３m桩头重新接上桩头处理. 3、桩底缺陷桩 桩类型:Φ800,H=19.0m钻孔灌注桩 地点:温州某工地嵌岩桩 评价:桩长明显沉渣 该桩设计桩长19m,单桩承载力3000kN，若按3520m/s计,测试桩底在18m处同向反射明显,取芯后有50cm淤泥沉渣，未进入中风化，后注浆再测也有同向反映，说明效果不明显。 桩基低应变检测 采用低能量瞬态或稳态激励方式在桩顶激励，实测桩顶速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判断的检测方法。 低应变桩基检测是使用小锤敲击桩顶，通过粘接在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号、频率信号，从而获得桩的完整性。该方法检测简便，且检测速度较快，但如何获取好的波形，如何较好地分析桩身完整性是检测工作的关键。 桩基低应变检测出现问题包括：（1）多次变径多次反射互相干扰（2）低应变反射波法不是精确测试（3）数值积分导致消息损失等内容：具体内容如下： 多次变径多次反射互相干扰 低应变反射波法检测桩基完整性，对直孔桩来讲就比较简单清晰，根据反射信号的时间、幅度和相位即可判断缺陷的位置和程度，而且判断效果比较好，而对于在施工中出现异常的桩，它的实际形态可能是正常、扩径互层，而下部的正常桩径相对于上部的扩径来讲，就表现为相对的缩径，对这类桩的检测相对来讲就困难的多，第一次扩径由于距离桩头近，反射能量直达桩头上安装的传感器，产生强烈的一次反向反射，二次同向反射和三次反向反射，它往往屏蔽甚至淹没了第二次，第三次扩径所产生的反射信号，因此第一次的扩径的多次反射 是一个重要的干扰源。 低应变反射波法不是精确测试 低应变反射波法由于采用尼龙力棒产生激振，其冲击脉冲频率低，频带窄，高频分量不足，识别缺陷分辨率较低。低应变反射波法检测缺陷位置的原理是准确测出反射回波时间来确定其位置，由于低应变应力波速不是常数，它与混凝土的强度、骨料等有关，而且混凝土是非均质材料，应力波在不同密度的材料中传播速度不同，因此在确定缺陷位置时，实际上是一个包括二个未知数的方程，而实际工作中我们是假设一定的波速来确定位置，因此这种检测方法只是比较粗糙的识别。 数值积分导致消息损失 在实际检测过程中，加速度计采集的信号用离散函数的数值积分求解。在积分过程中，它滤除了加速计曲线中的部分高频信息，提升了信号的低频分量幅度，增强了桩深部缺陷反射信号幅度，变的比较容易识别桩低反射信号，同时降低了识别精度，尤其是上部缺陷的漏判。 低应变反射波法信号识别方法 从理论上讲，传感器越轻且越贴近桩顶面，测试信号也越接近桩面质点振动，测试效果越好。 目前，传感器安装普遍采用粘贴方式。橡皮泥具有柔性大、污染小、衰减小、价格便宜等优点，将橡皮泥用作传感大器的黏合剂一般可取得较好的检测信号。如果桩同处理不平整、桩顶面未清洗干净或寒冷季节使用，传感器常会出现虚粘现象，导致检测信号失真，影响判识。因此，用橡皮泥作黏合剂时，如果出现首波明显加宽、信号波浪式振荡等异常现象，应首先考虑传感器粘贴不牢，需重新粘结牢后再做检测。图1 为同一根桩传感器虚粘和粘合牢固时的对比检测曲线。 图1 传感器粘贴效果对比曲线 由图1 可以看出，传感器粘合牢固，波形规则，桩底反射信号清晰；传感器粘合不良，可导致首波变宽，信号震荡明显加大，桩底反射信号没出现或不明显，大大降低了检测信号的判断效果。 桩身浅部缺陷是桩基工程中最常见的缺陷。从桩身轴力传递特性可知，该类缺陷位置浅，在工作荷载下最易发生材料破坏，并且对工程质量危害最大。同时，浅部缺陷造成波形畸变，并且这种畸变很容易使桩身其他部位产生缺陷屏蔽。 桩顶至其以下2m 左右深度范围称为测试盲区。在测试盲区桩顶应力波传播复杂，信号干扰大。如果盲区内存在缺陷，由于激振脉冲有一定的宽度，则在脉冲宽度内，应力波遇到缺陷产生的上行反射波信号，将与能量较大的入射重叠在一起，从而给桩身浅部缺陷信号的判别增加难度。 尽管测试盲区的桩身缺陷判别难度较大，但并不是无法判断，因为该类缺陷发生频率高、位置浅，易于通过开挖方式予以验证，所以可以通过不断的对比测试和开挖验证，来找出该类缺陷在曲线上的特征和变化规律，以指导该类缺陷的识别。实践表明，根据以下特征对桩身浅部缺陷特别是严重缺陷进行判别效果较好。 完整桩波形，衰减规则，无缺陷反射波存在，桩底反射信号清晰（见图2（a））。如果波形特征表现为较宽的入射脉冲，或首波为非半正弦波或呈明显不对称半正弦波，波形在整体上呈现低频大振幅衰减振动，波形振荡延续时间长（见图2（a）），首波后反冲异常增大（见图2（c）），反冲后曲线明显在零线以上较长时间不归零或质点振动幅值异常增大（见图2（d）），则表明有浅部断桩或其他类型的严重浅 基桩低应变法检测报告 批准：审核：校核：主检： 一、工程概况： 该工程位于********，由*****单位承建。该工程桩基础全部为钻孔灌注桩，共计8根，设计桩径为500mm，于※※年※※月※※日浇注。混凝土的设计强度等级为C30。受中铁第十一工程局的委托，对该工程基础桩的桩身完整性进行了检测，受检桩编号为1、8、17、12、20、10、16、13，共8根。 二、地质情况 拟建场地土层情况自上而下为： （1）杂填土：稍湿，松散，层厚1.10～4.6m。（2）淤泥：饱和，流塑，厚度1.30～4.2m。（3）残积砂质粘性土：湿，可塑～坚硬，层厚2.20～8.60m。（3）-1强风化花岗岩：为花岗岩风化残留球状风化体，呈散体状、碎块状，厚度3.80～7.00m。（4）全风化花岗岩：中粗粒结构，散体状构造，厚度3.00～18.80m。（5）-1强风化花岗岩：中粗粒结构，散体状构造，最大揭露厚度1.50～23.20m。（5）-2强风化花岗岩：中粗粒结构，碎块状构造，最大揭露厚度0.50～15.20m。（6）中风化花岗岩：中粗粒结构，块状构造，原岩结构清晰，裂隙不发育，最大揭露厚度9.20 m。 三、反射波测桩的基本原理 反射波法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。 反射波法测桩的示意图如上图所示，其基本原理为：用锤激励桩头，所产生的应力波将沿着桩身向下传播，在传播过程中，如遇到波阻抗界面，将产生声波的反射和透射。应 力波反射和透射能量的大小取决于两种介质波阻抗的大小。由波动理论可知，当应力波遇到断裂、离析、缩颈及扩底时，由于波阻抗变小，反射波与入射波初动相位同相；当应力波遇到扩颈、扩底时，波阻抗变大，反射波与入射波的初动相位反相。结合振幅大小、波速高低、反射波到达时间等可对桩的完整性、缺陷程度、位置等作出综合判断。 桩身长度根据下列公式计算： L= 2T V p 式中，L为桩身长度，Vp为应力波传播速度，T为桩底反射波到达时间。 四、资料分析与结果 本次共对2根桩进行了低应变法检测。其结果详见附表，各试桩的实测信号曲线见附图。 桩身完整性分类为： （1）Ⅰ类桩（完好桩）：桩身连续性好，桩身规则，混凝土结构密实，桩体无缺陷存在，在时域波形上表现为曲线规整、圆滑、无异常信号迭加。 （2）Ⅱ类桩（一般桩）：相对完好桩而言，桩身规则性略有差异，反映在时域波形上则有轻微异常信号迭加，波形不甚圆滑，说明桩身局部存在轻微的离析、缩颈、扩颈等缺陷，但整体尚好。 （3）Ⅲ类桩（缺陷桩）：反映在时域曲线上畸变较大，桩底反射信号不清楚，难以辩认。说明桩身存在局部缩颈、夹泥、离析等缺陷。这类桩对单桩承载力有一定的影响，需要做进一步的处理。 （4）Ⅳ类桩（严重缺陷桩）：反映在时域曲线上严重畸变，无桩底反射信号，桩间反射信号较强，桩身存在严重缩颈、离析、夹泥、断裂等缺陷。 基桩检测成果报告表 洋洋味道洋洋味道 号：学姓名：林必挺 业：地质资源与地质工程专院系：地球科学与工程学院 教授职称：袁宝远指导教师： 2016年6月 2016年4月 基于桩基检测的低应变反射波法一、引言其作用在于将上部结构是建、构筑物重要的组成部分,桩基础属于隐蔽性工程,其质量优劣直接影响到 整个结构的安全与稳定。荷载传递到桩周及下部较好地层中,因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质常常会出现各种各样的工程,条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等离析、缩径、夹泥、稍有不慎就容易造成诸如扩径、缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响如果能事先较为准确地判断出桩身缺严 重者甚至使单桩丧失承载力。到桩基承载力,,排除事故隐患。因此,就可以及时采取补救措施,陷类型及严重程度、缺陷位置等 ,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。 高应变用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、目前,动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和具有操技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完 整性进行评价的动测方法,是目前桩基质量检测,作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点对于各检测方在桩基检测当中得到 了广泛的应用。规范首推的桩身完整性检测方法,所示。1法的对比如表 各检测方法的对比1表 无损检测检测类型有损检测 超声波透射低应变反射静载荷试钻芯检测高应变动测检测方法 法波法法验法 桩身结构完桩身结构完单桩承载力检测目的单桩承载桩身结构 和桩身结构整性完整性整性力 完整性 不能检测桩不能解决桩多解性不能区分检测局限易斜钻， 强度及沉降身外形畸变破坏模式性局部检测 问题 较高低较低一般高检测效率 较低低高较高较高检测费用 基桩动力检测低应变反射波法 第一节反射波法动测技术 反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当 桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。 一、反射波法动测原理 桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数 Z = EA/C =ρcA (2.1) 式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N?s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。在桩顶锤 击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。截面的任何变化都使部分入射波产生反射。反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。 （一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射 σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)] σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2) 及 v T = v1 [2A1 /(A1+A2)] v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3) 式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。 由式（1.2）及式（1.3）可得： （1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有 σT = σI v T =v I σR= 0 v R = 0 (2.4) 可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。 （2）当下行压缩波遇到截面减小时，即A1>A2，则产生 试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答 案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案 第1题 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为 答案:B 第2题 低应变反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是，实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度 答案:B 第3题 低应变反射波法检测时，每个检测点有效信号数不宜少于个，通过叠加平均提高信噪比 答案:C 第4题 当桩进入硬夹层时，在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案:A 第5题 低应变反射波法检测中，桩身完整性类别分为类 答案:D 第6题 低应变反射波法所针对的检测对象，下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩 答案:B 第7题 对某一工地确定桩身波速平均值时，应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算 答案:D 第8题 低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间 答案:B 第9题 低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时，激振的能量和频率要求 A.能量小，频率低 B.能量大，频率高 C.能量小，频率高 D.能量大，频率低答案:C 第10题 港口工程桩基动力检测规程中，“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述，应判为桩 低应变反射波检测桩身 缺陷性分析 黄恒英黄燕陈文 摘要低应变反射波法桩身完整性的检测，依据弹性波理论，视桩体为一维弹性杆件而建立起来的原理，应用在工程桩测试，但在测试技术上，有很多值得探讨的问题及完善方面。本文主要从理论与工程实例结合分析，浅谈基桩完整性检测效果。 关键词低应变反射法基桩质量检测工程实例验证与分析 一、前言 低应变反射波法检测桩身完整性已应用多年，国内外许多专家对基桩完整性检测技术做了大量研究，并取得较为成熟的技术经验。在实际工程桩测试中，根据测得的反射曲线信号，利用反射波能量初至，相位和频率特征，来判别桩身质量。目前在检测中，会遇到测试效果不理想，导致难以识别桩底信号或桩身缺陷性质，容易对缺陷造成误判，漏判等现象。如能准确地判断桩身质量排除工程隐患，可以确保工程质量。本文主要是从理论结合工程实例，对基桩低应变完整性检测技术进行分析和判别。 二、低应变反射波法基本机理 低应变反射波法适用于检测混凝土的桩身完整性判定、桩身缺陷的程度及位置。 假定桩为一根均匀各向同性的一维弹性件体，根据桩的轴向振动微分方程的建立和求解，设桩身混凝土的波速C及桩身缺陷的深度L`可按下列公式计算： C=2L/△T ① L`=1/2C m△tx② 式中：L—测点下桩长（m）； △T—速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）; △tx—速度波第一峰与缺陷反射波峰的时间差（ms）； Cm—桩身波速的平均值（m/s）； 根据波动理论，弹性波在桩身内轴向传播的基本规律由如下方程来表达： δR=F?δx③ UR=-F?ux ④ F=Z2-Z1/Z1-Z2 ⑤ δR,δx分别为反射波,入射波应力; UR, ux分别为反射波,入射波的质点振动速度; F为反射系数; Z1和Z2为反射界面两侧介质的广义波阻抗(假设弹性波从Z1介质进入Z2介质)。 从上述③、④、⑤式得出，可以看出反射波相位特征与桩身缺陷的关系（见表），以此可以判别桩身质量。 三、低应变反射波法对不同类型缺陷桩的判别特征 通过上节理论推理和收集有关资料，结合一些典型桩实测情况,对各种缺陷桩的判别归纳如下几点: 桩基低应变检测报告 案场各岗位服务流程 销售大厅服务岗： 1、销售大厅服务岗岗位职责： 1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品; 2)保持销售区域台面整洁; 3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等; 4)收集客户意见、建议及现场问题点； 2、销售大厅服务岗工作及服务流程 阶段工作及服务流程 班前阶段1）自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域 2）检查使用工具及销售大厅物资情况，异常情况及时登记并报告上级。 班中工作程序服务 流程 行为 规范 迎接 指引 递阅 资料 上饮品 （糕点） 添加茶水 工作 要求 1）眼神关注客人，当客人距3米距离 时，应主动跨出自己的位置迎宾，然后 侯客迎询问客户送客户 注意事项 15度鞠躬微笑问候：“您好！欢迎光临！”2）在客人前方1-2米距离领位，指引请客人向休息区，在客人入座后问客人对座位是否满意：“您好！请问坐这儿可以吗？”得到同意后为客人拉椅入座“好的，请入座！” 3）若客人无置业顾问陪同，可询问：请问您有专属的置业顾问吗？，为客人取阅项目资料，并礼貌的告知请客人稍等，置业顾问会很快过来介绍，同时请置业顾问关注该客人； 4）问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好，这里是XX销售中心，这边请”5）问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好 6）关注客人物品，如物品较多，则主动询问是否需要帮助（如拾到物品须两名人员在场方能打开，提示客人注意贵重物品）； 7）在满座位的情况下，须先向客人致歉，在请其到沙盘区进行观摩稍作等 待； 阶段工作及服务流程 班中工作程序工作 要求 注意 事项 饮料（糕点服务） 1）在所有饮料（糕点）服务中必须使用 托盘； 2）所有饮料服务均已“对不起，打扰一 下，请问您需要什么饮品”为起始； 3）服务方向：从客人的右面服务； 4）当客人的饮料杯中只剩三分之一时， 必须询问客人是否需要再添一杯，在二 次服务中特别注意瓶口绝对不可以与 客人使用的杯子接触； 5）在客人再次需要饮料时必须更换杯 子； 下班程 序1）检查使用的工具及销售案场物资情况，异常情况及时记录并报告上级领导； 2）填写物资领用申请表并整理客户意见；3）参加班后总结会； 4）积极配合销售人员的接待工作，如果下班时间已经到，必须待客人离开后下班； 2004年度低应变动测试卷 一、填空（20分）： 1.低应变动测方法适应于各种混凝土预制桩、灌注桩的完整性检验， 判定桩身是否存在缺陷、缺陷程度及其位置。 2.低应变动测方法检测缺陷的有效深度，40m以上的长桩宜按长径比 不大于 ———50 — 控制。 3.对有接头的多节混凝土预制桩，抽检桩数不应少于总桩数的30%，并不得少于 10 根；单节混凝土预制桩，抽检数量不应少于总桩数10%，灌注桩抽检数量必须大于总桩数的50%，桥梁工程、一柱一桩结构形式的工程应进行普测。 4. 动测以后Ⅲ、Ⅳ类桩比例过高时，占抽检总数 5% 以上，应以相同的扩大抽检，直至普测。 5.实心桩的激振点位置宜选择在桩顶中心、传感器安装点宜为距中心2/3半径处；空心桩的激振点位置宜与传感器安装位置的水平夹角为 90°、传感器安装位置宜在壁厚度的1/2处；每根桩的测点不得少于两点。 6. 式L ri = C/2△f ri 中, △f ri 为缺陷桩相邻波峰间频差的 平均值。 7. Ⅳ类桩时刻前缺陷反射波、且有重复反射；无桩底 反射；幅频曲线有十分的峰~谷状多次起伏。 8.机械阻抗法是测桩顶及的响应，其主要分析参数 为、等。 9. 当抽样检测中发现承载力不满足设计要求或。 10.抽检原则：、、并、检测桩的具体桩位宜由 会同共同决定。 二、判断题（10分）： 1.低应变动测时钻孔灌注桩休止期宜为14天。（） 2.在施工过程中发现有疑问的桩必须进行检测，但其数量不应计入正常抽检比例 内；（） 3. 桩的固有频率与桩长成正比，与桩的截面尺寸成正比（） 4.应通过对比试验选择不同重量和材质的特制手锤（或激振器）进行轴向激振， 原则上用高频脉冲波获取桩身下部缺陷的反射信号，用低频脉冲波获取桩身上部缺陷的反射讯号（） 5.低应变动测加速度传感器的频率宜为1~5000Hz，采样频率为不小于60kHz （） 6. 承载力越高，桩底反射越强烈。（） 7. 机械阻抗法加速度传感器频宽宜为5~2000Hz。（） 8.桩身缩径时，截面下部力的强度增大。（） 9.缺陷桩当缺陷位置较浅时，频差也较小。（） 10.桩身的弹性模量与材料重度成反比。（） 三、选择题（25分）： 1.机械阻抗法中，电动式激振器不小于。 A. 100N B. 150N C. 200N D. 300N 2.低应变动测数据采集器采样频率为。 A. 20kHz B. 40kHz C. 50kHz D. 60kHz 3. 钻孔灌注桩的主控指标为。 A. 充盈系数 B. 沉渣厚度 C. 砼强度 D. 孔深 4.当桩身缩颈时，则有。 A. F<0 T>0 i>1 B. F<0 T<0 i>1 C. F<0 T>0 i<1 D. F>0 T>0 i>1 5、关于阻抗的论述，下列正确的是。 A．与E、A成正比、与C成反比 B. 与A、C成正比、与E成反比 C．与E、C成正比、与A成反比 D. 与E、A成正比、与P成反比 6、缺陷处反射波强烈程度与因素有关。 基桩低应变法检测报告 批准：审核：校核：主检： 一、工程概况： 该工程位于********，由*****单位承建。该工程桩基础全部为钻孔灌注桩，共计8根，设计桩径为500mm，于※※年※※月※※日浇注。混凝土的设计强度等级为C30。受中铁第十一工程局的委托，对该工程基础桩的桩身完整性进行了检测，受检桩编号为1、8、17、12、20、10、16、13，共8根。 二、地质情况 拟建场地土层情况自上而下为： （1）杂填土：稍湿，松散，层厚1.10～4.6m。（2）淤泥：饱和，流塑， 厚度1.30～4.2m。（3）残积砂质粘性土：湿，可塑～坚硬，层厚2.20～8.60m。（3）-1强风化花岗岩：为花岗岩风化残留球状风化体，呈散体状、碎块状，厚度3.80～7.00m。（4）全风化花岗岩：中粗粒结构，散体状构造，厚度3.00～18.80m。（5）-1强风化花岗岩：中粗粒结构，散体状构造，最大揭露厚度1.50～23.20m。（5）-2强风化花岗岩：中粗粒结构，碎块状构造，最大揭露厚度0.50～15.20m。（6）中风化花岗岩：中粗粒结构，块状构造，原岩结构清晰，裂隙不发育，最大揭露厚度9.20 m。 三、反射波测桩的基本原理 反射波法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。 反射波法测桩的示意图如上图所示，其基本原理为：用锤激励桩头，所产生的应力波将沿着桩身向下传播，在传播过程中，如遇到波阻抗界面，将产生声波的反射和透射。应力波反射和透射能量的大小取决于两种介质波阻抗 的大小。由波动理论可知，当应力波遇到断裂、离析、缩颈及扩底时，由于波阻抗变小，反射波与入射波初动相位同相；当应力波遇到扩颈、扩底时，波阻抗变大，反射波与入射波的初动相位反相。结合振幅大小、波速高低、反射波到达时间等可对桩的完整性、缺陷程度、位置等作出综合判断。 桩身长度根据下列公式计算： L= 2T V p 式中，L为桩身长度，Vp为应力波传播速度，T为桩底反射波到达时间。 四、资料分析与结果 本次共对2根桩进行了低应变法检测。其结果详见附表，各试桩的实测信号曲线见附图。 桩身完整性分类为： （1）Ⅰ类桩（完好桩）：桩身连续性好，桩身规则，混凝土结构密实，桩体无缺陷存在，在时域波形上表现为曲线规整、圆滑、无异常信号迭加。 （2）Ⅱ类桩（一般桩）：相对完好桩而言，桩身规则性略有差异，反映在时域波形上则有轻微异常信号迭加，波形不甚圆滑，说明桩身局部存在轻微的离析、缩颈、扩颈等缺陷，但整体尚好。 （3）Ⅲ类桩（缺陷桩）：反映在时域曲线上畸变较大，桩底反射信号不清楚，难以辩认。说明桩身存在局部缩颈、夹泥、离析等缺陷。这类桩对单桩承载力有一定的影响，需要做进一步的处理。 （4）Ⅳ类桩（严重缺陷桩）：反映在时域曲线上严重畸变，无桩底反射信号，桩间反射信号较强，桩身存在严重缩颈、离析、夹泥、断裂等缺陷。 一、低应变反射波法的基本原理 低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。 桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定:Z=ρCA 假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。 ①当Z1=Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷。 ②当Z1>Z2时，表示在相应位置存在截面缩小或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。 ③当Z1经典低应变反射波法的基本原理
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