低应变法桩基检测

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1、 毕 业 论 文 毕 业 论 文 论文题目：论文题目： 浅析低应变反射波法检测桩身完整性 系 部： 路桥工程系 专业名称： 道路桥梁工程技术 班 级： 08212 学 号： 44 姓 名： 赵 琴 指导老师： 汪 莹 完成时间： 2011 年 05 月 15 日 目 录 前言.1 1 检测方法概述.2 1.1 检测原理 2 1.2 检测判别依据.2 1.3 仪器设备及要求.3 2 检测过程.4 2.1 检测流程.4 2.2 注意事项.5 2.3 操作方法的选择.6 2.4 检测数据的处理与判定.6 3 工程实例.8 3.1 完整桩.8 3.2 有缺陷的钻孔灌注桩.9 4 注意事项10 4.1

2、工程地质情况10 4.2 待测桩情况11 4.3 检测仪器情况12 5 提高准确度的措施13 5.1 资料的收集13 5.2 检测仪器的调试13 5.3 检测点的选定13 5.4 检测桩的分析13 5.5 其它14 结束语15 参考文献15 1 浅析低应变反射波法检测 桩身完整性 摘要：桩基础已成为我国交通工程建设中最重要的基础形式，属于隐蔽工程, 在施工过程 中易出现各类缺陷，其施工质量直接关系到工程建设的安危，而基桩检测作为隐蔽工程验 收的首要环节，对保证全部工程建设的安全稳固起着十分重要的作用。本文主要介绍了低 应变反射波法检测桩身完整性的原理、过程、注意事项等；并针对实际基桩检测中存在

3、的 不足，提出了相应的解决措施。 关键字：低应变；桩身；完整性；检测；不足；措施 前言 近年来，随着经济的发展，大型高速公路桥梁结构物的修建越来越多，而 相应的基础采用桩基础的形式已十分普遍，灌注桩更是常见的代表。灌注桩在 成桩过程中,由于不可避免地要受到混凝土自身质量、 操作人员素质、 施工工艺、 地质条件及桩土体系相互作用等相关各因素的综合影响,极易出现各类缺陷,因 桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题,一旦出现工程质量问题,极难 处理；若控制不当将危及上部主体结构的正常使用与安全,为排除工程隐患,确 保工程质量,基桩检测成为桩基础工程极为重要的质量控制环节 1。 基桩检测技术通常

4、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、高应变法和声波透射法,各有优缺 点。低应变反射波法因其具有室外数据采集快速、仪器轻便、测试成本低廉、 测试周期短、测试信号分析简单、对桩身无损,非常适用于规模普查, 因此在桩 身质量检测中应用最为广泛，在桩身完整性检测中有着不可替代的地位。低应 变反射波法主要用于检查桩身完整性,检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离 析、沉渣等桩身可能存在的异常及其位置,并核对桩长、推算混凝土强度等 2。 但是在实际工程中由于经常出现对桩基检测结果的误判，致使工程技术人 员对该种检测方法的可靠性提出了质疑。 为此,本文将根

5、据低应变反射波法测桩 工作原理,结合实际现场检测实例,对公路桥梁的桩基低应变反射波法适用性进 行探讨,并对波形判读中的有关问题进行分析,为实际桩基质量检测提供参考。 1 检测方法概述 1.1 检测原理 低应变反射波完整性诊断方法的基本原理 （见图 1） 是根据桩的一维波动理 论，利用桩顶锤击入射波在变截面(或变阻抗)处和桩尖处(变介质处)阻抗变化 所产生的不同反射波特征来判别桩的长度 (或波速)以及非完整性(扩、缩断面 或 、 变化)。 图 1 低应变反射波法原理图 1.2 检测判别依据 低应变反射波法主要是将单桩视为一维匀质弹性体杆件,桩头受到瞬态脉 冲力作用时,则桩身中产生压缩应力,使桩质

6、点产生运动,应力波在桩身中的传 播规律近似满足一维波动方程,根据一维波动方程分析导出的反射波相位特征。 其基本公式如下： (1-1) 式中：Z波透反射界面桩身的截面力学阻抗 (Ns/m) V质点的运动速度（m/s） F桩身受力（N） 桩身材料密度(kg/m 3) c桩身波速(m/s) A桩身截面积 () 2 桩顶入射波在桩尖处的反射与透射公式为: （1-2） （1-3） 式中：Z1，Z2为波透反射界面桩身的截面力学阻抗(Ns/m) 将（1-2）除以V1，得到： （1-4） 式中: K反射系数; 1c1A1桩身混凝土广义波阻抗； 2c2A2桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗。 由（1-4）可知，

7、在桩顶要接收到反射波，必须满足K0。对于完整桩来说， 桩身中无波阻抗的差异，所接收到的反射波基本上是桩底反射上来的；对于缺 陷桩，即有桩身缺陷部分的波阻抗2c2A2 存在，K值可在01范围内变化。 这样,就可以根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质: (1)K0 时，反射波与入射波同相，若1c1 =2c2，则A2A1，表明桩身扩径；若 A1=A2，则2c21c1，表明下界面强度大于上界面或嵌岩。 上述特征可以非常通俗地描述为：在桩扩径部位，反射波波形相位同初始 相位相反；在桩缩径或离析等缺陷部位，则反射波相位同初始相位相同。这两 点是判断缺陷的基本依据。 1.3 仪器设备及要求 低应变反射波方

8、法检测桩身完整性一般选用美国 PDI 公司研制生产的 PIT-W 桩基动态检测仪和国内厂家生产的桩基动态检测仪(RS-1616K)。 要求具有 防尘、防潮性能，并能在温度为1050，相对湿度小于或等于 80，电源 电压在 220(110)V(直流供电电压上下 5%)的环境下连续工作 4h 以上。主 要包括了传感器和检测系统以及激振设备和专用附件。 3 1.3.1 传感器 传感器可选用宽频带的速度型或加速度型传感器，其频响曲线的有效范围 应覆盖整个测试信号的频带范围。其中加速度传感器的电压灵敏度一般应大于 100mV/g，量程不小于 50g，安装谐振频率应大于 10kHz；速度传感器的灵敏度 应

9、不小于 300mV/cms-1，安装谐振频率应大于 1500Hz。传感器灵敏度选择原 则是在满足频响要求前提下，尽可能选择灵敏度高的传感器。 1.3.2 检测系统 检测系统应具有信号滤波、放大、显示、储存记录和信号处理分析功能。 其中数据采集装置的模/数转换位数不得小于8bit， 采样时间宜为501000s， 可分数档调整，单通道采样点不少于 1024 点，多通道采集系统应具有一致性， 其振幅偏差应小于 3%，相位偏差应小于 0.1ms；放大系统的增益宜大于 60dB， 长期变化量应小于 1%，折合输入端的噪声水平应低于 3V，频带宽度应不窄于 101000HZ，滤波频率可调。 1.3.2 激

10、振设备 能根据激振条件试验的桩型及检测要求，选择符合材质和质量要求的激振 设备：如力锤、力棒、手锤等，以获得所需的激振频带和冲击能量，满足不同 的检测目的。 2 检测过程 2.1 检测流程 低应变反射波检测流程如下图所示（见图 2） 。 图 2 反射波检测流程图 4 5 2.2 注意事项 2.2.1 受检桩 被测桩桩顶表面应平整干净且无积水，并与桩轴线垂直，如有浮浆或松散 破损部分应凿去，露出坚硬的混凝土表面；桩头的材质、强度、截面尺寸与桩 身设计条件基本相同；检测时标高应为设计标高，避免若不为设计标高时，后 期处理对桩的损伤；桩身混凝土强度应达到设计强度的 70且不小于 15Mpa 或 桩身

11、混凝土龄期不少于 14 天。 2.2.2 仪器部分 检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用；各检测工地应进行激 振方式和接收条件的选择试验，以确定最佳激振方式和接收条件；为提高检测 的分辨率，应使用小能量激振，并选用高频率的传感器和放大器。 2.2.3 传感器安装和激振操作 传感器安装部位应清理干净，不得有浮动砂土颗粒存在，不得安装于松动 的石子上，安装应与桩轴线平行；当采用黄油或其它粘结耦合剂粘结时，应具 有足够的粘结强度；传感器底面粘结剂越薄越好，在信号采集过程中，传感器 不得产生滑移或松动。激振点处混凝土应密实，不得有破损，激振时激振点与 混凝土接触面应点接触； 激振点位置应选择在

12、桩中心，测量传感器安装位置宜 为距桩中心 2/3 半径处。激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼主筋的影 响。 激振操作时，激振方向沿桩轴线方向。采用力棒激振时，应自由下落，不 得连击。采用力棒或自由落锤，激振能量可控性和信号重复性比用榔头式锤敲 击效果好。激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定，其中短桩或浅部缺陷 桩的检测宜采用轻锤快击窄脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测宜 采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。现场实际操 作应综合应用手锤和力棒。激振能量在能看到桩底反射的前提下尽量小，可减 少桩周参加振动的土体，以减小土阻力对波形的影响。 2.2.4 检测参数的

13、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。 6 2）设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长。 3）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定，测试统计后可加以 修正，也可以制作模型桩测定。 4） 采样时间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。 5）传感器的灵敏度值应按计量检定结果设定。 2.2.5 信号采集和筛选 1）根据桩径大小，桩心对称布置 24 个检测点；各检测点重复检测次数 不宜少于 3 次，且检测波形应具有良好的一致性。 2）当信号干扰较大时，可采用信号增强技术进行重复激振，提高

14、信噪比。 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，排除人为 和检测仪器等干扰因素，增加检测点数量，重新检测。 4）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。 5）对存在缺陷的桩应改变检测条件重复检测，相互验证。 2.3 操作方法的选择 低应变反射波法主要适用于检测混凝土桩的完整性，例如：钻孔灌注桩、 管桩等，但不适用于薄壁钢管桩、异型桩和柔性桩。 2.3.1 钻孔灌注桩、夯扩桩、方桩 1）测量传感器垂直安装在桩顶面距桩中心 2/3 半径处,用耦合剂粘结； 2）选择桩中心处激振,采集信号并存贮； 3）转至下一根桩,直至完成现场测试工作。 2.3.2 管桩 1）测量

15、传感器垂直安装在桩顶壁厚的 1/2 处,用耦合剂粘结； 2）激振点与测量传感器在同一水平面上，与桩中心连线形成的夹角宜设置 为 90,选择壁厚的 1/2 处激振,采集信号并存贮; 3）转至下一根桩,直至完成现场测试工作。 2.4 检测数据的处理与判定 低应变反射波法检测桩身完整性只是对桩身缺陷作定性判定，分析时一般 根据曲线上缺陷反射的强烈程度来定性判定缺陷大小。但由于对于桩身缺陷类 型，曲线信号只反映出桩身阻抗减，因此在具体分析类型时宜以时域曲线为主， 辅以频域分析，并结合地质资料、施工资料和波形特征等因素进行综合分析判 定。 2.4.1 桩身波速平均值的确定 当桩长已知、桩底反射信号明显时

16、，选取相同条件下不少于 5 根类桩的 桩身波速按下式计算桩身平均波速： n i im c n c 1 1 (1-5) T L ci 10002 (1-6) fLci2 (1-7) 式中: 桩身波速的平均值(m/s)； m c i c 参与统计的第i根桩的桩身波速值(m/s)； L测点下桩长(m)； T 时域信号第一峰与桩底反射波峰间的时间差(ms)； f 幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差(Hz)，计算时不宜取第一与 第二峰； n参与波速平均值计算的基桩数量( 5)。 n 当桩身波速平均值无法按上述方法确定时，可根据本地区相同桩型及施工 工艺的其它桩基工程的测试结果，并结合桩身混凝土强度等级与实践经验综合 确定。如具备条件，可制作同混凝土强度等级的模型