基桩低应变检测厦门市工程检测中心有限公司孙雪峰基桩低应变检测一 低应变概念二 理论基础三 仪器设备四 现场检测五 结果分析一 低应变概念1 低应变法：采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，实测桩顶部的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定的检测方法。低应变法包括：动力参数法、锤击贯入法、水电效应法、机械阻抗法、共振法、反射波法。一 低应变概念低应变分析方法时域分析法瞬态时域分析法（反射波法）频域分析法瞬态频域分析法机械阻抗法瞬态机械阻抗法稳态机械阻抗法一 低应变概念低应变桩身应变量：一般小于0.01，桩-土系统处于弹性状态 。一 低应变概念桩身完整性：桩身截面尺寸相对变化 桩身材料密实性 桩身材料连续性。桩身缺陷：使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。桩身缺陷指标：位置、类型（性质）和程度。一 低应变概念低强度桩：在复合地基中，采用刚性桩或半刚性桩设计的桩身强度为815MPa的有粘结强度增强体成为低强度桩。（建筑地基检测技术规程DBJ/T131462012）二 理论基础测试原理：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息，从而判定桩身完整性情况。二 理论基础一维线弹性杆件模型（材质均匀、截面恒定、弹性杆 面积A 弹模E 密度 波速c）理论基础是一维波动理论二 理论基础桩截面变化情况桩截面变化处平衡相容条件：1位移连续条件2力连续条件3速度连续条件4应力应变关系 Z1 Fb Z2 VbVaFaVcFc二 理论基础公式1 EC2公式2 ZEA/C C A公式3 FZ v公式4 vc v：质点运动速度，注意和c不同c：波速：密度A：截面积E：弹性模量Z：声阻抗F：截面力：应变：对应下、上行波二 理论基础a=Z2/Z1反射波力FbFa(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 *2/(a+1)二 理论基础a1，则不存在突变，也无反射波。a1时，相当于扩径，为反相反射。a1时，相当于缩径，为同相反射。a为无穷大，相当于固定端，反射波使固定端处力值加倍，速度为零。 a为0，相当于自由端，反射波使自由端处速度值加倍，力值为零。二 理论基础低应变法适用性：1 受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5；对薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，低应变方法不适用。 2不能给出桩身纵向裂缝、较深部缺陷方位3低应变法对桩身缺陷程度只作定性判定 4一般不区分缺陷类型 5测不到桩底反射信号，无法判定整根桩的完整性。应通过现场试验，依据能否识别桩底反射信号，确定该方法是否适用。 二 理论基础例题：1 已知密度、波速c、截面积A，求弹模E，阻抗Z（ EC2， ZC A ）2 已知波速c、振动频率f，求波长。（ c/f ）3 透射波、反射波计算。（公式）思考： 对砼桩而言，波速和质点振动速度相比哪个大？三 仪器设备在检定期内使用环境条件符合设备要求（包括温度、湿度、电压波动、电磁干扰、振动冲击等）三 仪器设备动测仪：应在基桩动测仪JG/T30551999 2级标准以上：采样频率：20kHzA/D转换：12位采样点数：1024频率响应：33000Hz内幅频误差5， 25000Hz内幅频误差10幅值非线性： 5 传感器安装谐振频率：10kHz三 仪器设备传感器：将非电量转化为电量，指标：灵敏度，线性度，频响，迟滞，重复性等一般采用压电式加速度传感器压电传感器优点：体积小、重量轻、结构坚固、频带宽、稳定性好、适应场合广三 仪器设备激振设备：瞬态激振设备：手锤和力棒脉冲宽窄：锤越重，锤头或锤垫材料越软，力脉冲作用时间越长，表现为宽脉冲，反之则为窄脉冲。锤头材料依软硬不同依次为：钢、铝、尼龙、硬塑料、聚四氟乙烯、硬橡胶等。锤垫：一般用12mm厚薄层加筋或不加筋橡胶带。 稳态激振设备：主要由电磁式激振器、信号发生器、功率放大器和悬挂装置等组成。要求激振器出力在51500Hz频率范围内恒定，常用的电磁激振器出力为100N或200N，有条件时可选用出力400600N的激振器。 思考：激振能量大小影响衰减快慢？影响传播远近？三 仪器设备钟形力脉冲及其频谱fH2000/TpTp:力脉冲宽度,msfH:高端截止频率,Hz* 一般情况下，瞬态激振力谱宽可以提高速度响应的测量精度。思考：铁锤、尼龙锤、硬橡胶锤力信号频谱哪个最宽？例题：已知力脉冲宽度Tp，波速c，求特征波长p 。 (p=c Tp)四 现场检测抽样规则与抽检数量：A）柱下三桩或三桩以下承台抽检桩数不得少于1根；B）30且不得少于20根；一般项目20且不少于10根; C）地下水位以上终孔且持力层通过核验的人工挖孔桩、单节混凝土预制桩，不少于总桩数的10且不应少于10根。 D) 建筑基坑支护技术规程JGJ1202012，砼灌注桩20%，不少于5根。E）建筑地基检测技术规程DBJ/T13-146-2012，复合地基竖向增强体10，不少于10根，柱下承台不少于1根。四 现场检测检测时间：混凝土强度大于设计强度的70且不低于15MPa 思考：预制桩休止时间？四 现场检测1 桩头处理受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。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表面应平整干净且无积水；应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。对于预应力管桩，法兰盘与桩身混凝土之间结合不紧密时，应采用电锯将桩头锯平。如对测试有影响，桩头应与混凝土承台或垫层断开四 现场检测桩头处理四 现场检测 有浮浆 敲除浮浆四 现场检测 承台影响四 现场检测激振设备选择：应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲。宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。目的：控制激励脉冲的宽窄以获得清晰的桩身阻抗变化反射或桩底反射，同时又不明显产生波形失真或高频干扰；获得较大的信号动态范围而不超载。思考：宽脉冲测深部缺陷作用时间长，能量大；低频衰减慢四 现场检测传感器安装及激振点选择：传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；必要时可采用冲击钻打孔安装方式，但传感器底安装面应与桩顶面紧密接触。激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。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，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。四 锤击点和安装点示意图 实心桩 空心桩传感器安装点激振锤击点四 现场检测特征波速：C20：3200C25：3600C30C35：3800C40以上：3800以上PHC管桩（C80）：4000左右钢桩：5120四 现场检测信号采集和筛选：根据桩径大小，桩心对称布置24个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。时域信号2L/c后延5ms，幅频信号频率上限不小于2000Hz。检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。各条测试曲线反应应基本一致，有助于对桩身缺陷的准确把握和判断。信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。应去除场地周边环境电磁干扰、耦合剂、导线、桩头处理对曲线不一致的影响四 现场检测完整桩时域曲线完整桩频域曲线f=c/(2L) T 2L / c四 现场检测频域分析：信号频率上限，由采样定理：fmax1/（2t）f/2采样时间：T nt频率分辨率：f 1/（nt）f/n，该值越小分辨率越高t：采样时间间隔f：采样频率n：采样点数时域精度要求：采样频率20kHz，而频域为提高分辨率一般4kHz四 现场检测例题已知采样频率f和采样点数n，求频域分辨率f 。 (f=f/n)五 结果分析信号后处理： 选择合适的波速、滤波、放大系数 选择能够反应桩身缺陷的波形五 结果分析缺陷位置 xc t/2t 2x / cxc/(2f）f=c/(2x)五 结果分析场地波速平均值：cmci/n桩身波速：ci2L/T,ci=2Lf条件：1 类桩 2 n5 3 |cicm|/cm5五 结果分析例题：已知某场地6根类桩桩身波速分别为3200，3300，求场地平均波速。五 结果分析n第一种情况、第二种情况ff2f1c/2Ln机械阻抗法曲线 x轴为频率f，y轴为导纳速度V/力F无限柔性地基无限刚性地基五 结果分析n1 实际情况fc/2L n2 实际情况0f0c/4Ln3 由f0判定持力层情况，接近c/4L则持力层较好 。n机械阻抗法曲线 x轴为频率，y轴为导纳速度V/力FPmaxQmin五 结果分析由速度导纳曲线：导纳理论计算值：Nc1/（cm A）实测导纳几何平均值：Nm（PmaxQmin）0.5动刚度：Kd2fm/(|v/F|)m (动刚度：一定桩土条件下，桩受循环荷载作用时，桩顶产生单位弹性位移所需的力)Cm:桩身波速平均值Pmax、Qmin：导纳曲线上谐振波峰最大值、谐振波谷最小值fm、 (|v/F|)m：导纳曲线上起始近似直线段上任一频率值及相应的导纳值。判断：完整桩， Nm约等于Nc ， Kd值正常； 缺陷桩， Nm大于Nc ， Kd值低； 扩径桩， Nm小于Nc ， Kd值高。五 结果分析例题：已知某桩桩长，波速，第一共振频率（一阶基频），试判定持力层情况。(c/4L和第一共振频率相比，接近好，相差多则持力层差)五 结果分析桩身完整性判定：类：完整类：轻度缺陷类：明显缺陷类：严重缺陷如何正确判定缺陷程度，特别是缺陷十分明显时，如何区分是类桩还是类桩，应仔细对照桩型、地质条件、施工情况结合当地经验综合分析判断。同时，还应结合基础和上部结构型式对桩的承载安全性要求，考虑桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性，进行缺陷类别划分，不宜单凭测试信号定论。 五 结果分析完整严重缺陷轻度缺陷五 结果分析桩身阻抗多变：如果能测到明显的桩底或桩深部缺陷反射，则桩身上部的缺陷一般不可能属于很明显或严重的缺陷 五 结果分析桩身阻抗渐变：对于混凝土灌注桩，采用时域信号分析时应区分桩身截面渐变后恢复至原桩径并在该阻抗突变处的一次反射，或扩径突变处的二次反射。 五 结果分析对于嵌岩桩，桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核验桩端嵌岩情况。五 结果分析出现下列情况之一，桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行：实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价。桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。五 结果分析由于施工场地条件的复杂性，基桩在地下的形状是难以想象的，事实上这些桩径变化对低应变测试曲线影响是很大的，不能简单等同于桩身阻抗的变化。五 结果分析测试盲区： 桩身浅部缺陷不易识别和定位，桩顶呈现这种现象的区段成为盲区。一般在距桩顶11.5倍桩径范围内。 盲区问题相当于纵向尺寸效应问题。当脉冲波长较长时，理论计算结果表明浅部缺陷段波动性状不明显，无法用一维理论缺陷定位准则进行准确缺陷定位。一维应力波理论是在杆横向尺寸影响忽略背景下建立的，并没有排除浅部有严重缺陷的情况，不存在不符合和不适用问题。五 结果分析桩身浅部严重缺陷：大振幅、低频宽幅大摆动五 结果分析五 结果分析五 结果分析测试曲线上直接读取缺陷在1.5m左右开挖表明缺陷在0.9m左右，开挖的缺陷位置和上面初始测试曲线有一定出入，说明准确定位是较难的。五 结果分析某工程PHC管桩大部分桩桩底清晰但个别桩桩身阻抗与持力层阻抗匹配无桩底反射波谢谢！