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1、中鐵一局滬昆客專長昆湖南段八標基樁檢測培訓 低應變反射波法 胡慶勛 編著 二一一年四月,國內低應變法遵循的規(guī)范、規(guī)程,1、鐵路工程基樁檢測技術規(guī)程（TB10218-2008） 2、公路工程基樁動測技術規(guī)程（JTG/TF81-01-2004） 3、建筑基樁檢測技術規(guī)范（JGJ106-2003）,目 錄,一、適用范圍（目的） 二、理論基礎 三、儀器設備 四、現場檢測技術 五、檢測數據分析與判定 六、檢測報告 七、工程實例,低應變反射波法 一、適用范圍（目的） 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，判斷樁端嵌固情況。,基本原理：在樁身頂部進行
2、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、斷樁和嚴重離析等部位）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。,二、理論基礎 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進行計算。 1、假設
3、條件： （1）視樁為一維彈性直桿； （2）假定基樁為均質材料構成，其各物理參數如彈性模量、質量密度為常數（及向同性），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，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。,2、建立波動方程（略） 3、波動方程的解 f =fn+1fn= Vc / 2L （n=0, 1, 2, ） 根據頻率和周期的關系得到： Vc= 2L f =2L/ T 瞬態(tài)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T或各階頻率間隔f、縱應力波Vc和樁長L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
4、道兩個就可以確定出第三個。,三、儀器設備 1檢測系統(tǒng)包括信號采集及處理儀、傳感器、激振設備和專用附件。 2信號采集及處理儀規(guī)定 （1）數據采集裝置的模-數轉換器不得低于12位。 （2）采樣間隔宜為10500s,可調。 （3）單通道采樣點不少于1024點。 （4）放大器增益宜大于60dB，可調，線性度良好。 （5）多通道采集系統(tǒng)具有一致性，基振幅偏差應小于3%，相位偏差應小于0.1ms。,3傳感器的性能規(guī)定 （1）傳感器宜選用壓電式加速度傳感器或磁電式速度傳感器，頻響曲線的有效范圍應覆蓋整個測試信號的頻帶范圍。 （2）加速度傳感器的電壓靈敏度應大于100mV/g，量程不小于50g。速度傳感器的靈
5、敏度不小于300mV/cms-1 30Hz，傳感器靈敏度選擇原則在滿足頻響范圍的前提下，盡可能地選擇靈敏度較高的傳感器。 （3）加速度傳感器的安裝諧振頻率應大于10kHz，速度傳感器的安裝諧振頻率應大于1.5kHz。,4激振設備的規(guī)定 根據樁型和檢測目的，激振設備采用不同材質和質量的力錘或力棒，以獲得所需的激振頻率和能量。,四、現場檢測技術 1檢測前準備工作 （1）進行現場調查，搜集工程地質資料、基樁設計圖紙和施工記錄、監(jiān)理日志等，了解施工工藝及施工過程中出現的異常情況，明確被檢測樁號。,搜集工程地質資料了解樁和樁周土的剛度比大小、樁側土阻尼大小、影響波形特征、影響檢測深度，采取適當的措施，幫
6、助正確地進行波行分析。 基樁設計圖紙：了解樁型、設計砼強度、承載力、基礎類型，分析缺陷影響程度時參考。 施工記錄和監(jiān)理日志： 了解施工工藝及施工過程中出現的異常情況，做到有的放矢，最終盡可能正確地分析出缺陷的類型。 明確被檢測樁號：不能張冠李戴，造成被動。,（2）根據現場實際情況選擇合適的激振設備、傳感器及檢測儀，檢查測試系統(tǒng)各部分之間是否連接良好，確認整個測試系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。,激振設備：力錘、力棒； 錘頭或錘墊材料選用工程塑料、高強度尼龍、鋁、銅、鐵、錘墊用橡皮；錘的質量從幾百克到幾十千克。 激振設備選擇：根據檢測對象，短樁和淺部缺陷的樁，選用剛度較大的錘，產生的入射波的脈沖較窄，頻率
7、較高，分辨率高。缺點：能量衰減快，檢測深度小。長樁和深部缺陷的樁，選用剛度較小的錘，入射波的脈沖較寬，頻率較低，傳播距離較大，檢測深度大。缺點：分辨率較低，較小缺陷發(fā)現不了。,（3）樁頂應鑿至新鮮混凝土面，并用打磨機將測點和激振點磨平。 樁頂面條件的好壞直接影響測試信號的質量和對樁身完整性判定的準確性，要求被檢樁的樁頂面混凝土質量、截面尺寸與樁身設計條件基本相同，并且干凈無積水。,灌注樁有低強度的浮漿將直接影響到傳感器的安裝及錘擊所產生的彈性波在樁頂部分的傳播，因此必須清除干凈，以露出干凈的混凝土表面為準。 預應力管樁：當法蘭盤與樁身混凝土之間結合密實時，可不進行處理，若有松動和破損現象，必須
8、用電鋸截除，不可鑿除； 檢測前將被檢測樁頂部與相鄰的墊層或承臺斷開，避免因墊層或承臺連接造成波的散射，使波形復雜化。 測點和激振點磨平問題。,（4）應測量并記錄樁頂截面尺寸。 確定檢測點數 目的 幫助分析判斷 （5）混凝土灌注樁的檢測宜在成樁14d以后進行。 建設部和鐵道部規(guī)定：至少達到設計強度的70%，且不小于15MPa. （6）打入或靜壓式預制樁的檢測應在相鄰樁打完后進行。,1、會對周圍產生不同程度的擠土效應，嚴重的將會引起土體隆起和接樁部分脫焊； 基坑開挖造成土體應力釋放、土體 2、基坑開挖后檢測 位移 樁傾斜、斷裂； 開挖過程中，機械對樁的破壞。 避免超灌部分的質量 3、應在樁頂設計標
9、高檢測 問題造成誤判 后期開挖樁頭處理對樁身的破壞,2傳感器安裝規(guī)定 （1）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。 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，不得用手接觸傳感器，在信號采集過程中不得產生滑移或松動。,（2）對混凝土灌注樁，傳感器宜安裝在距樁中心2/3半徑處，傳感器與激振點的距離樁不宜小于1/2半徑，且避開鋼筋籠主筋的影響。 （3）當樁徑D800mm時應設置2個測點；當樁徑800D1250mm時應設置3個測點；當樁徑1250D2000mm時應設置4個測點。 （4）對預應力混凝土管樁應在兩條相互垂直的直徑上
10、各布置2個測點。,3激振時的規(guī)定 （1）混凝土灌注樁、混凝土預制樁的激振點宜在樁頂中心部位；預應力混凝土管樁的激振點和傳感器安裝點與樁中心連線的夾角應為90。 （2）激振錘和激振參數宜通過現場對比試驗選定。短樁或淺部缺陷樁的檢測宜采用輕錘短脈沖激振；長樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測宜采用重錘寬脈沖激振，也可采用不同的錘墊來調整激振脈沖寬度。 （3）采用力棒激振時，應自由下落；采用力錘敲擊時，應使其作用力方向與樁頂面垂直。,4檢測工作規(guī)定 （1）采樣頻率和最小的采樣長度應根據樁長和波形分析確定。 采樣點數不少于1024點，采樣間隔為10-500s。 對于時域信號，采樣頻率越高，則采集數字信號越接
11、近模擬信號，越有利于缺陷位置的判別。時域記錄的時間段長度應不小于2L/C+5ms，幅頻信號分析的頻率范圍上限不應小于2000Hz。,（2）各測點的重復檢測次數不應少于3次，且檢測波形具有良好的一致性。 （3）當干擾較大時，可采用信號增強技術進行重復激振，提高信噪比；當信號一致性差時，應分析原因，排除人為和檢測儀器等干擾因素，重新檢測。 （4）對存在缺陷的樁應改變檢測條件重復檢測，相互驗證。 位置 儀器 人員,五、檢測數據分析與判定 1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。,2樁身波速平均值的確定
12、 （1）當樁長已知、樁端反射信號明顯時，選取相同條件下不少于5根類樁的樁身波速按下式計算其平均值： 式中cm樁身波速平均值(m/s); Ci第i根樁的樁身波速計算值（m/s）； L完整樁樁長（m）； T 時域信號第一峰與樁端反射波峰間的時間差(ms)； f幅頻曲線樁端相鄰諧振峰間的頻差（Hz），計算時不宜取第一與第二峰； n基樁數量（n5）。,（2）當樁身波速平均值無法按上款確定時，可根據本地區(qū)相同樁型及施工工藝的其他樁基工程的測試結果，并結合樁身混凝土強度等級與實踐經驗綜合確定。 不同混凝土強度等級的反射波波速經驗值 注意：預制樁在空氣中測得速度要比在土中測得的速度高。,3樁身缺陷位置按下列
13、公式計算 式中x測點至樁身缺陷之間的距離（m）； tx時域信號第一峰與缺陷反射波峰間的時間差（ms）； fx幅頻曲線所對應缺陷的相鄰諧振峰間的頻差（Hz）； C樁身波速(m/s)，無法確定時用cm值替代。,4混凝土灌注樁采用時域信號分析時，應結合有關施工和巖土工程勘察資料，正確區(qū)分由擴徑處產生的二次同相反射與因樁身截面漸擴后急速恢復至原樁徑處的一次同相反射，以避免對樁身完整性的誤判。注意：土層影響會出現此情況。 5對于嵌巖樁，當樁端反射信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同相時，應結合巖土工程勘察和設計等有關資料以及樁端同相反射波幅的相對高低來推斷嵌巖質量，必要時采取其他合適方法進行核驗。,6樁身
14、完整性的分析當出現下列情況之一時，宜結合其他檢測方法： （1）超過有效檢測長度范圍的超長樁，其測試信號不能明確反映樁身下部和樁端情況。 （2）樁身截面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁。 （3）當樁長的推算值與實際樁長明顯不符，且又缺乏相關資料加以解釋或驗證。 （4）實測信號復雜、無規(guī)律，無法對其進行準確的樁身完整性分析和評價。 （5）對于預制樁，時域曲線在接頭處有明顯反射，但又難以判定是斷裂錯位還是接樁不良。,7樁身完整性類別判定的原則 （1）類樁：2L/C時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波；樁底諧振峰排列基本等間隔，其相鄰頻差f=C/2L。 （2）類樁： 2L/C時刻前出現輕微缺陷反射
15、波，有樁底反射波；樁底諧振峰排列基本等間隔，輕微缺陷產生諧振峰之間的頻差的其相鄰頻差fC/2L。 （3）類樁：2L/C時刻前有明顯缺陷反射波；缺陷諧振峰排列基本等間隔，相鄰頻差fC/2L。,（4）類樁：2L/C時刻前出現嚴重缺陷反射波，無樁底反射波；或因樁身淺部嚴重缺陷使波形呈現 低頻大振幅衰減振動，無樁底反射波；或按平均波 速計算的樁長明顯短于設計樁長。缺陷諧振峰排列 基本等間隔，相鄰頻差fC/2L，無樁底諧振峰；或因樁身淺部嚴重缺陷只出現單一諧振峰，無 樁底諧振峰。,六、檢測報告 檢測報告應結論準確，用詞規(guī)范。 （1）委托方名稱，工程名稱，建設單位、設計單位、監(jiān)理單位、咨詢單位、施工單位。 （2）工程概況、地質概況、設計與施工概況，受檢基樁相關參數，樁位布置圖。 （3）檢測技術及方法，檢測依據、數量、日期、儀器設備。,（4）受檢樁的檢測數據，實測與計算分析曲線，檢測結果匯總表，檢測結論，相關照片。 （5）檢測、報告編寫、審核、授權簽字人員簽字，加蓋檢測單位檢測專用章和計量認證CMA章。,七、工程實例 1.實測樁,2、實例與分析,謝謝各位,
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