工程樁樁身完整性檢測技術(shù)

1、第五章工程樁樁身完整性檢測技術(shù)5.1概述樁式基礎(chǔ)具有承載力高，沉降均勻，可提供較大的水平荷載，有較好的抗震性能等優(yōu)勢。故樁 式基礎(chǔ)是應(yīng)用廣泛的建筑基礎(chǔ)。上世紀九十年代末（1997）的統(tǒng)汁表明全國用樁量約300萬條，進 入二十一世紀，我國國民經(jīng)濟髙速發(fā)展，國家基礎(chǔ)設(shè)施建筑力度加大，全國的用樁量顯然早已大大 超過300萬條。但是，工程樁的施工是隱蔽于地下，由于地層的復(fù)雜、技術(shù)的難度、施工的人為因素，樁身的 完整性難于保證。例如根據(jù)原地質(zhì)礦產(chǎn)部19951997年對其所屬80余個樁基檢測單位的綜合統(tǒng)計 結(jié)果表明：“每年平均檢測的12萬條樁中，有缺陷的樁平均在20%,甚至有的年份高達25.6%"

2、;,由 此說明基樁在施工后對其完整性檢測的必要性。在論述工程和樁完整性檢測之前，先對樁及樁的檢測基本情況分述于下：5. 1.1樁的分類1.按樁身材料類型分:混凝土樁 鋼管樁 木樁 組合樁2.按樁的功能分:'抗壓樁（摩擦型樁、端承型樁） 抗拔樁水平受荷樁打入式預(yù)制枉3.按成樁工藝分:沉管灌注樁 鉆孔灌注樁 人工挖孔灌注樁 擠擴多支盤灌注樁5.1. 2工程樁完整性檢測方法'低應(yīng)孌反身寸波法 高應(yīng)變法”聲波透射法（埋管法）鉆芯法5.1. 3工程基樁可能出現(xiàn)的缺陷工程樁在施工過程中，由于地質(zhì)因素，成孔工藝條件，混凝上澆灌工藝等因素的影響，樁身 可能出現(xiàn)下列缺陷：沉渣、蜂窩、夾泥、空洞、

3、縮徑、二次澆灌面（斷樁）、裂縫、離析、樁頭低強 度區(qū)、擴徑。這些樁身不完整性的檢測，是本章要討論的問題。5.1. 4工程基樁完整性檢測的有關(guān)規(guī)程1.建筑工程基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ/T 106-2003）2. 公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程（JTG/T F81-01-2004）3. 基樁低應(yīng)變動力測樁規(guī)程（JGJ/T 93-95）4. 超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程（CECS21： 2000）5. 2工程樁聲波透射法檢測樁身完整性5. 2.1聲波透射法的檢測原理：聲波透射法檢測，是在預(yù)埋在樁身內(nèi)成對的檢測管內(nèi)，分別放入聲波發(fā)射換能器和接收換能器, 發(fā)射換能器發(fā)射的聲波穿透樁身混凝土后，被接收換能器接收

4、。聲波透射法檢測基樁完整性是根據(jù)接收換能器接收到的聲參量的變化對混凝上灌注樁樁身缺陷 和樁身完整性進行評價的一種有效方法。當(dāng)有缺陷存在時，超聲脈沖波穿越彼測混凝丄時傳播時間 （或傳播速度）及波幅（能量）都要發(fā)生變化，即：1. 聲時的變化：超聲波在遇到缺陷時產(chǎn)生繞射，聲時加長，計算聲速降低如圖1：PPPS%園2按氏&址的疊如i!R Mtt： I多炭反財2波幅的變化：超聲波在缺陷界而產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射如圖2。這時接收的聲波能量 衰減加大，于是波幅在有缺陷的部位波幅會降低，這是因為：聲波波幅的衰減有下列關(guān)系，如式（1）上式中L為聲波傳播距離：汕是發(fā)射點的聲波波幅：匕為聲波的衰減系數(shù)（

5、它是頻率的函數(shù)即髙頻 率的衰減比低頻要大，一般（】與頻率的一次方或二次方有關(guān)）；A是接收點的波幅。3. 主頻的變化：由（1）式可知，聲波在遇到缺陷時，髙頻成份損失較多，導(dǎo)致接收波主頻向低用5 有缺賂或勻質(zhì)性壟泌土的接收技形5. 2.2聲波透射法判斷樁身缺陷的思路與方法1. 由上所述可見，利用接收到的聲波信號的聲時（或聲速人波幅、頻率.波形對樁身混凝土 的缺陷、勻質(zhì)性較差的部位均能做出反映。但是，混凝上是非均勻介質(zhì)，它的致密程度、強度隨粗 丹料（石子）的分布狀況而異，相應(yīng)樁身各點的聲速也是非均勻分布，那么如何對非勻質(zhì)中的缺陷 鑒別出來？只有用數(shù)理統(tǒng)計的方法來加以區(qū)分。2. 數(shù)理統(tǒng)汁的思路與方法，

6、是把非勻質(zhì)混凝丄聲速的波動看做是隨機的，即屬于隨機誤差，因 此其分布是符合正態(tài)分布的。但是，缺陷是人為產(chǎn)生的，屬于人為誤差。只要對樁身各測點所測得 的聲時（或聲速人波幅作下列數(shù)理統(tǒng)計處理，即可將缺陷區(qū)分出來。九由聲速判圧是否存在缺陷的臨界值VdVo=Vm - ASx其中vm=1n _上式中k值的確立方法:將同一檢測而各點聲速值由大到小依次排列，即TAX亠歲心也&莎心山k值是上式中將被舍去的明顯小的聲速值的個數(shù)。入的確立方法可由下表查出表1.統(tǒng)計數(shù)據(jù)個數(shù)（n-k）與對應(yīng)的X值n-k20222426283()323436A1.641.691.731.771.801.831.861.891.

7、91n-k384042444648505254A1.941.961.982.002.022.042.052.072.09n-k565860626466687072A2.102.112.132.142.152.172.182.192.20n-k747678808284868890A2.212.222.232.242.252.262.272.282.29n-k92949698100105110115120A20292.302312.322.332.342.362.382.39n-k125130135140145150160170180A2.412.422-432.452.462.472.502.5

8、22.54B. 由波幅判斷是否存在缺陷的臨界值A(chǔ)d聲波波幅比聲速對缺陷反應(yīng)更靈敏，采用比正?；炷系穆暡úǚ鶞p少一半，做為可能存在缺陷的臨界值，即Ai)=Am-6 (dB)n(m測量點數(shù)：Ax：第i點的波幅)波幅應(yīng)用的前提條件是應(yīng)保證：發(fā)射與接收換能器距藹一致：發(fā)射電壓不變：數(shù)字化聲波檢 測儀可以直接測讀出接收信號首波的分貝(dB)值或電壓(mV)值。C關(guān)于PSD (KAt)判據(jù)PSD (Product of Slop and D 辻 ference)是 KXt 即KX At = (td寧(Zi - Z.-i)PSD的作用在于解決聲測管不能保證平行時消除誤判，不作臨界值規(guī)左，用它與聲速及波幅綜

9、合判 左缺陷。5. 2.3聲波透射法的優(yōu)點1. 檢測結(jié)果比反射波法可靠因為聲波透射法是逐點檢測的結(jié)果:團7 用波幅蘆時異常判斷缺陷2. 可由波幅、聲時(或聲速)估計出缺陷平而展布范【樸因6有效揆枚聲場是一個橢回 箱陷在不同部位對渋幅的影響 m對披篇無任何彭晌心對波苗昭有彭響、對聲時無彩響 軋使波倍下隆=蘆時増加A. 有效接收聲場的概念有效接收聲場是發(fā)射換能器與接收換能器A、B為焦點的橢圓如圖6。缺陷D處在橢圓之外，接 收信號的波幅、聲時均無反應(yīng)；缺陷E處于橢圓內(nèi)，但不在AB連線上，聲時無變化、波幅會減小: 缺陷F處于橢圓內(nèi)且在AB連線上，聲時會加長、波幅會減小。由此，可判斷出缺陷的大體位置。B

10、. 當(dāng)樁身埋設(shè)三個檢測管時，對缺陷位垃的判斷可更加細致，見圖7。從圖7 (a)可見，由于 AC檢測而的聲時、波幅有異常、BC檢測而僅波幅岀現(xiàn)異常、AB檢測而聲時波幅均無異常，故可判 斷出缺陷在此檢測面上的展布范圍：同理，可判斷岀圖7 (b)的缺陷展布情況；而圖7 (c)表明的 是如果檢測管C局部為被混凝上包裹好.可能岀現(xiàn)誤判；圖7(d)說明三根檢查管的檢測盲區(qū)。所以公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程中規(guī)左直徑大于1.5m的樁應(yīng)埋設(shè)四根檢査管。C. 由聲速一深度曲線，再結(jié)合對缺陷的平面展布情況，可約略估計出缺陷空間分布狀態(tài)。3. 不受樁長、樁徑限制：4. 可測樁頂?shù)蛷妳^(qū)和樁底沉渣厚度：5. 樁頂不壺出地而

11、即可檢測，方便施工5. 2.4聲波透射法的不足1. 必須預(yù)先埋設(shè)檢測管：2. 無法檢測一般縮徑，嚴重縮徑時易誤判。5. 2.5我國現(xiàn)行檢測規(guī)范、規(guī)程對聲波透射法檢測的要求1. 對儀器的要求：A. 波形實時動態(tài)顯示：B. 能夠?qū)β晻r、幅度進行自動和手動判讀，具有頻譜分析功能；C. 聲時分辨率小于等于0.5us,聲波幅值測量相對誤差小于5觥2. 對聲測管的要求：A. 聲測管材質(zhì)：透聲率大、便于安裝、費用低，如鋼管、硬塑管；B. 聲測管內(nèi)徑大于換能器外徑（"26*40） 15mm以上；C. 檢測管的連接：外加8cm套管焊接（要求不漏漿、內(nèi)壁光滑），管底密封、上端加蓋、各 管間應(yīng)保持平行：D

12、. 固泄方法：聲測管應(yīng)牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，且相互平行，下埋至樁底，上高出 樁頂30cm以上。建議：（1）先點焊后綁扎，綁扎點的間距不宜大于2m；（2）樁底有素混凝土?xí)r，聲測管間宜采用三角架支撐，防止吊鋼筋籠時變形；設(shè)計樁頂在地而以下時，可以把聲測管加長，高出地而，方便施工和檢測；樁徑變化時：不要把聲測管掰彎，最好用“U”型件焊接，使聲測管離開鋼筋籠一段距離，保證聲測管平行: 在鋼筋籠架內(nèi)側(cè)綁扎固定或?qū)⒙暅y管代替一根主筋：5.檢測管埋設(shè)數(shù)疑：雙書fbl =«（c）Bff圖E.杭身埋設(shè)檢測它的數(shù)翁建筑工程基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ/T 106-2003）規(guī)左： 樁徑ei.Om以下埋

13、設(shè)二管<l>1.0m-<l>2. 5m 埋設(shè)三管<1> 2. 5m以上埋設(shè)四管公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程（JTG/T F81-01-2004） 規(guī)定：樁徑ei.Om以下埋設(shè)二管<1> 1. 0m- <1> 1. 5m 埋設(shè)三管<1> 1. 5m以上埋設(shè)四管6. 對檢測數(shù)量的規(guī)定A.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2003）規(guī)泄：（1）柱下三根樁或三根樁以下承臺不少于一根；（2）抽檢數(shù)量不少于總樁數(shù)的20%且不少于10根：（3）復(fù)雜條件下不少于總樁數(shù)的30%且不少于20根;（4）端承樁除進行聲波透法檢測和鉆芯法檢測外，低應(yīng)

14、變檢測數(shù)不少于總樁數(shù)的10弔：（5）人工挖孔樁 不少于總樁數(shù)的10%且不少于10根：（6）設(shè)計等相關(guān)單位要求的工程，按設(shè)計要求檢測；B.公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程（JTG/T F81-01-2004）規(guī)上：（1）100%進行低應(yīng)變反射波完整性檢測；（2）重要工程鉆孔灌筑樁聲波透射法檢測樁數(shù)不少于50%；5. 2. 6現(xiàn)場檢測技術(shù)檢測前的準備：1. 收集有關(guān)樁基施工過程的全部技術(shù)資料：填左委托單及原始記錄表；2. 齡期14天以上或樁身強度達到設(shè)計70%以上進場檢測；3. 檢測前用探繩檢測聲測管是否通暢；4. 測量聲測管間混凝上距離，聲測管內(nèi)徑、外徑、換能器直徑、孔深：5. 聲測管管口處理，套一段車

15、內(nèi)胎防止劃破信號線：6. 訃算零聲時。采用標(biāo)泄法確立系統(tǒng)延遲時間；計算聲測管及耦合水層聲時修正值：5. 2. 7零聲時的計算零聲時的計算 to = tOl +如+ to,t0l:系統(tǒng)延遲時間直接相對法或時距曲線法標(biāo)泄；如：耦合水層中傳播時間 （e管內(nèi)徑-"換能器）/v水：紜：聲測管中傳播時間（e管外徑-e管內(nèi)徑）/v管；已知無限固體聲波的傳播速度為V匕1-(7(1 + b)故不同介質(zhì)聲波的傳播速度如下: 鋼材：5850m/s硬塑管：2350m/s混凝土: 3500m/s4500m/s 水：1500 m/s空氣：340m/s5. 2. 8現(xiàn)場檢測方式一一即檢測過程換能器提升方式換能器的

16、提升方式可有三種方式：等髙同步（常用于樁身完整性檢測）；不等高同步（用于檢測 水平缺陷如二次澆灌而）：扇形掃描（用于CT成像檢測），見圖9；測點間距：不大于0. 25m （一般取0.2m,關(guān)于測點間距不能太大，否則易漏測）。圖9.聲被跨孔測式方法5. 2.7數(shù)據(jù)處理與檢測報告1. 根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，il算各測點的聲時、聲速、波幅，并繪制聲速-深度曲線、波幅-深度曲線 和PSD-深度曲線：2. 聲速臨界值的計算：建筑規(guī)范：由大到小排序，由小向大逐個排除：公路規(guī)范：平均值減二倍標(biāo)準差的方法；3. 聲速低限值判據(jù)：同條件正?；炷下曀賹Ρ荣Y料：4. 波幅異常值的汁算：波幅平均值減63B作為判立值：5

17、. PSD判據(jù)：聲測管不平行時作為輔助判摒：6. 主頻判據(jù)：輔助判據(jù)，不常用：7. 結(jié)合樁基施工過程的全部技術(shù)資料，對樁完整性進行分析、判斷和評價，形成檢測報告。樁身 完整性判定：5. 2. 8 樁身完整性分類表樁身完整性的判定類別曲線特征完整性描述I各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)均無界常，無聲速低干低限值異常樁身完整II某一檢測剖面?zhèn)€別測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常. 無聲速低于低限值異常樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承戦力的正常發(fā)揮III某一檢測剖面連續(xù)女個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)界常：兩個或兩個 以檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)界常：局部混凝上 聲速低于低限值異常樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響I

18、V某一檢測剖而連續(xù)多個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯界常：兩個或 兩個以檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯界常：樁 身混凝上聲速出現(xiàn)普遍低于低限值異常或無法檢測首波或聲 波接收信號嚴重畸變樁身存在嚴重缺陷5. 2.9工程實例1模型樁的檢測98.XJXV二二衣昨 t. tffiKEn A.4. MU«因10，摸型旅的聲液透射法檢測文例2. 多缺陷樁的檢測實例哥速公路1600mm直徑帖孔濯注樁(ki/s)g$26¥2920011=1000> V>3.151trc S.6mi意工諂錄：3 6 -4. 8m 目丙.毋止 浚注.地勘扳吿： 特力層皎巧 地下水i8n檜測點內(nèi)有

19、O.W2( 8M圖11有多處缺陷的栓測實例3.樁身夾泥檢測實例inir圖13拉身夾泥開挖結(jié)果4樁身離析的檢測實例2048 00丿to M u 汐 ns21 :U -Sta,3<f- »-”A圖14樁身離析的檢測實例圖15 .樁身離祈的開挖結(jié)果5.3反射波法檢測工程樁完整性5.3.1工程樁的缺陷類型由于施工中的工藝因素，地層的地質(zhì)因素，施工的人為因素，樁身可能出現(xiàn)下列缺陷:1. 離析（原地灌注樁）2.空洞（原地灌注樁）3. 夾泥（原地灌注樁）4.微裂（預(yù)制打入式樁、原地灌注樁）5.斷、裂（預(yù)制打入式樁、原地灌注樁）6二次澆灌面（原地灌注樁）7縮徑(原地灌注樁)&擴徑(原地

20、灌注樁)5. 3. 2與反射波法有關(guān)的檢測規(guī)程1. 建筑工程基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ/T 106-2003)2. 公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程(JTG/T F81-01-2004)3. 基樁低應(yīng)變動力測樁規(guī)程(JGJ/T 93-95)5.3.3反射波法的基本原理一波阻抗界面的反射規(guī)律見圖16,如樁身介質(zhì)是不連續(xù)的存在界而n , n界而以上的波阻抗為乙，以下的波阻抗為Z2, 其中乙=OCS = p£?圖垢垂入射的反射電遜過當(dāng)ZiHZ2,縱波P垂直入射到界而n時，在產(chǎn)生垂直向上的反射波R的同時，還有垂直的透過波T反射波R的大小取決于振速反射系數(shù)& _ P|C1 P1C2qC 4- p

21、2c2A A 此外'一維桿的粧截而積變化時也產(chǎn)生反射'貝反射系數(shù)心=；+仏綜合上述兩式，廣義的振速反射系數(shù)/?=玉二三=0(/廠°C兒(1)Z? +Z PqCqA? + /?|C| A|(1)中的qGA =Z): p2C2A2=Z2可稱為廣義波阻抗透過波的大小取決于透過系數(shù)Rr2Z.(2)Z +z2可見：Zi=Z2,無反射；ZaZ2反射系數(shù)為正：Zi越大于Z?反射系數(shù)越大，透過系數(shù)越小 其中Z廣義波阻抗，Ns/m：P介質(zhì)的密度，kg/mJ；C介質(zhì)中的傳播速度，m/s：A介質(zhì)的截而積，m2；53.4反射波法檢測基樁完整性的基本原理1樁可視為一維桿件的邊界條件：當(dāng)滿足下列

22、條件時，基樁可視為一維桿件，即久2Q（3）式中入為入射到樁身中的聲波（彈性波）波長（已知X =C/f=VB/f）: D為樁徑：L為樁長2樁身內(nèi)的縱波聲速由波動方程可推導(dǎo)岀一維桿沿其軸線傳播的聲速為Vb（4）中E為彈性模量：P為介質(zhì)的密度?？梢?，一維桿的聲速比無限體的聲速=匡 I (1-b)Y Q Y (1 + 0-)(1 - 2b)要小,一般樁身混凝土的泊桑比。=（0.2025）時國17.樁土體系聲波傳播規(guī)律Vp =(1.051. 1)VD3樁丄體系內(nèi)聲波的傳播規(guī)律如圖17,當(dāng)錘H瞬態(tài)激勵樁頭，產(chǎn)生半球面波垂直向樁身下傳 播，經(jīng)一泄距離后，已近似為平而波入射至樁底，在樁底與地層的 分界而（可稱

23、其為波阻抗界而）產(chǎn)生反射，反射波傳播到樁頭，被 接收傳感器R接收。入射的半球而波還有一些是斜入射的，于是根據(jù)折射左律 （Snell左律）在樁身側(cè)面將產(chǎn)生折射縱波PP和折射橫波PS,使一 部分能量由樁身折射擴散進入地層。僅以縱波為例，英折射入地層 的能量與苴斜入射的折射系數(shù)Rt有關(guān)門 _2ZCOS aRt <5）7 Z£OSa + Z、COSp；（5）式說明：地層的波阻抗Z?越大（地層越硬人由樁身折射入地層的聲能越多；同時也說明 軟地層中樁身內(nèi)的聲能折射擴散岀去的聲能要 少，絕大多數(shù)的聲能在樁身內(nèi)傳播，更容易獲得 樁底反射波4. 樁身內(nèi)缺陷的反射圖1&說明樁身內(nèi)存在缺陷時

24、缺陷的反射。 入射P波的波形在時程曲線上為D,入射波在缺 陷上界面的反射波為Pr，由于貝反射系數(shù)為正， Pi的相位與D同相。缺陷下界面的反射波為P, s，其反射系數(shù)為負,P"的相位與D相反（注: 實際工程樁檢測時，只有當(dāng)缺陷尺寸較大時，上 下界而的反射波Ps與P,才能分開一一原因待 述）。樁底反射波Pr的反射系數(shù)為正，英相位與D相同。5. 缺陷反射波與直達波的相位關(guān)系：A. 相位相反：（1）截面積變大PC相同，>凡，R > 0 ,反射波與入射波反相位：（2）介質(zhì)波阻抗增大由疏松介質(zhì)入射到堅硬密實介質(zhì)中（如混凝土到巖石，土 層向卵石層、砂土層等），A相同，PC不同，P ：C

25、= > P iCx, R > 0 ,反射波 與入射波反相位：B. 相位相同：（1）截而積變小PC相同，汕< A：, R < 0 ，反射波與入射波同相位（如縮徑、夾泥、離析、非巖石類異物、空洞、蜂窩、低強區(qū)等）（2）介質(zhì)波阻抗PC變小，由堅硬密實介質(zhì)入射到疏松介質(zhì)中（如巖石到混凝 土：卵石、砂土層向土層等），A相同，PC不同，p=G<p,G, R<0，反 射波與入射波同相位。圖20傳感器安裝與激振5.3.5反射波法的現(xiàn)場檢測技術(shù)要點1. 樁頭的處理一鑿去浮漿層，霍出密實混凝上：激振 點和傳感器安裝位置最好用工具磨平，宜水平，不宜磨 成斜面：激振點和傳感器安裝位

26、巻遠離鋼筋籠主筋位 置：2. 瞬態(tài)擊振問題一一擊振脈沖寬度要適當(dāng)激振點：一般在樁中心位置附近；傳感器：一般在2/3R處；大直徑樁：多點重復(fù)檢測：瞬態(tài)擊振技術(shù)是基樁反射波法完整性檢測技術(shù)的關(guān)鍵，其核心問題是：應(yīng)根據(jù)樁長、地層狀態(tài)和預(yù)期檢測缺陷位置來選擇擊振脈沖波的頻率，原則是:A.長樁擊振頻率要低（寬脈沖）C.短樁擊振頻率要髙（窄脈沖）B.硬地層的中長樁頻率要低（較寬脈沖）D.檢測注部缺陷頻率要髙（窄脈沖）擊振脈沖波的頻率與擊振脈沖寬度有關(guān)，窄脈沖頻率髙，寬脈沖頻率低，即擊振脈沖頻率與擊 振脈沖寬度成一泄比例關(guān)系，圖4說明了它們的關(guān)系(b)(c)圖21.錘擊擊振脈沖寬度的有關(guān)因素從圖21.中可以

27、看出：擊振錘錘頭的材質(zhì)與擊振脈沖寬度有關(guān)，材質(zhì)軟脈沖寬度寬擊振錘錘頭的面積與擊振脈沖寬度有關(guān)，面積大脈沖寬度寬擊振錘的落距與擊振脈沖寬度關(guān)系不大此外，加不同材質(zhì)的錘墊，也能調(diào)整擊振脈沖寬度3. 接收傳感器的安裝與耦合不論速度型還是加速度型傳感器，安裝和耦合都是能否能取得優(yōu)質(zhì)信號的關(guān)鍵，是檢 測工作中非常重要的一個環(huán)節(jié)。應(yīng)注意的問題有：安裝的位置混凝土應(yīng)完整、無松動，表而平整傳感器安裝應(yīng)與樁頂而垂直用耦合劑粘結(jié)時要粘牢，不可在擊振時使其產(chǎn)生付加振動耦合劑可以是黃汕、凡士林、牙膏、橡皮泥。在用加速度傳感器時，用橡皮泥一類 的耦合劑還可以起到機械濾波，將擊振的高頻干擾成分濾除其它有關(guān)問題參閱“建筑基

28、樁檢測技術(shù)規(guī)范”(JGJ 106 2003)4. 典型的檢測實例檢測實例見圖22特殊的缺陷反射一 1,見圖23特殊的缺陷反射一2,見圖24特殊的缺陷反射一3,見圖25機&:門0003"ei I II6IV1!©:火*圧杞DATr 19V3. IT. 3/1、, < 2 廠 »7Ift： » M*r tL ifc 1n f21五他泄M1圖22典型的基樁反射波法記錄(a)完整樁：(b)擴徑樁:(c)縮徑樁：(d)藝缺陷樁<a)示殿 (b)實例(a)(b)(b)開挖照片圖25.樁頂嚴重離析(J實測曲線5.3.6反射波的信號處理國內(nèi)外的反射波

29、基樁完整性檢測儀器,都不同程度需要對現(xiàn)場采集到的反射信號進行處 理，目的在于去處雜波，改善信號質(zhì)雖，甚至使信號看起來更加直觀，讓委托檢測單位的一 般人員也能看懂。這些后續(xù)處理歸結(jié)起來有：o OOvvMOonra UZI1111匕 Wz V% （f）移動（e）旋轉(zhuǎn)圖27反射波的后處理一2目前，國內(nèi)外的反射波基樁完整性檢測儀，并不是都將上述的并種后處理全表現(xiàn)出來， 都由操作者進行處理，有的國外儀器只需由用戶選擇：是否選用多點平滑濾波及所選平滑點 數(shù)（此功能把波形處理得平滑好看，把小的缺陷遮蓋掉，如荷蘭TNO的FPDS型）：是否選 擇使用指數(shù)放大及放大倍數(shù)，如美國PDL公司的PIT儀、TNO的FPD

30、S儀）：是否選擇積 分（如美國的PIT）；有的把信號處理與編輯功能放在機外軟件上去處理?？悼迫鸸镜腒ON-PIT反射波基樁完整性檢測儀，強調(diào)首先要能看到采集到的原始信 號，因為只有未受加工的原始信號才能反映樁的真實情況，這樣才可以有目的的進行信號處 理，使處理后的結(jié)果更加符合真實情況。KON-PIT儀器內(nèi)部的信號處理功能如圖26,而 機外信號處理軟件功能如圖27,但它不具備多點平滑濾波功能。5.3.7反射法的頻域解釋前而論述的是反射波在時間域中的波形分析原理，所考慮的是當(dāng)錘擊激勵樁頭后樁內(nèi) 質(zhì)點的振動傳播的有關(guān)規(guī)律。但實際是如錘擊激勵的合適，還可以任激勵起樁身內(nèi)質(zhì)點振動 的同時，使一維桿狀的

31、樁在樁的軸線方向上下振動，即軸向振動。軸向振動需要在頻率域里 來研究。1. 樁頂受脈沖力F沖擊后樁的軸向振動前提條件：X>D>L （入二空為波長；D：樁徑：L：樁長）f樁身等截而；材質(zhì)均勻：地層對樁身有阻尼力一維桿的振動方程：(6)1 d2u _ d2u hc du V8 dt1 dz2 EA dt它的邊界條件是:dudz=0z=0EAou%向振功u：沿軸向位移：E：彈性模量；A:樁身截而積：Ka：動剛度；he：丄的阻尼系數(shù)英解為tg 匕x匕EAxco可得樁的軸向振動頻率也如下:九 K尸co （樁尖地基剛性）或 f _(2n + l)匕-n 4L叫=(2n + lFVb2(n=0

32、,1,2,)B. kd->0 (樁尖地基剛度為零即樁尖自由)coL= n/r (n=l 2 3 n)(8)C. 實際情況是kd<oo, kd>0(9)由(7)或(8)式可有(10)V=2SfL=2Cf2-f) L2 動剛度K與頻差的關(guān)系當(dāng)樁底嵌固極差K=0, (f-fj/f：二1(MV2L)當(dāng)樁底嵌固極佳 K=8, (f2-f:) /fx = 2(fi=Vfl/4L)由此，可了解樁底的嵌固情況實例圖12 反射法的頻域解釋實例5.3.8反射法的資料解釋需掌握樁制造過程的相關(guān)資料1. 一般反射波的波幅、頻率、相位來推斷評價樁身完整性。但是，僅僅依靠這些聲參 量來分析推斷樁身完整性

33、是不夠的，主要原因是：反射波法和其它的物理檢測方法一樣，存 在多解性。也就是僅從波形和聲參量異常，可能會有多種解釋。例如：A. 對樁身中的離析、空洞、二次澆灌面、夾泥等和樁身縮徑的反射波曲線的反映大體 一致，因而無法確切說明究竟是何種缺陷：B. 當(dāng)樁身漸漸的擴徑后再縮徑，反射波曲線反應(yīng)的是縮徑，于是常常會把擴徑誤判為 縮徑：C. 地層變化引起的反射波和樁身缺陷的反射波是無法區(qū)分的，因而會導(dǎo)致誤判為樁 身存在缺陷2. 解決多解性的方法是：在檢測之前，必須收集與掌握基樁全部制作過程的技術(shù)資料、 檔案，包括：A. 工程場地的工程地質(zhì)勘察報告、水文地質(zhì)概況；B. 灌注樁的成孔方式、工藝；C. 灌注樁的

34、澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、方式、工藝；只有掌握上述技術(shù)資料，做為分析判斷樁身完整性、有無缺陷、是何種缺陷的佐證后，才有 可能比較正確的對樁身完整性及缺陷性質(zhì)做出推斷解釋。例如：由地層的巖性是否黏土層，可以判斷排除是否縮徑由地層是否是砂層來判斷是否擴徑，或可能是漸擴徑由成孔方式（是人工挖孔，還是鉆孔）可推斷缺陷是否是夾泥由地下水文地質(zhì)條件及混凝土灌注方法、工藝來判斷是否可能是離析由澆灌過程是否連續(xù)或中斷，判斷缺陷是否是二次澆灌而或斷樁同一場地，如許多樁都在同一深度存在“缺陷”反射波時，應(yīng)査看地質(zhì)勘察報告， 了解地層是否由軟突然變硬，或由硬突然變軟。5.3.9反射法存在的不足反射波法檢測基樁完

35、整性存在下列問題1. 缺陷的上下界而混疊，很難分辨缺陷垂直方向的尺寸2. 缺陷水平方向的尺寸無法定量確定3. 嵌巖樁有可能推斷岀孔底有無沉渣，但無法確左苴厚度4. 逐漸擴徑后突然縮徑的缺陷很容易誤判為縮徑5. 只能了解樁身的平均聲速，不可用聲速推左樁身混凝上強度6 .僅從反射波的時域波形不能推斷出缺陷的性質(zhì)5. 3.10檢測儀器與設(shè)備1. 激振設(shè)備：錘、力棒、沖擊器等，A. 錘頭材料：材料硬，激發(fā)髙頻脈沖信號，提高分辨率，測注部缺陷有利，但易衰減；B. 沖擊能量： 能量適中，長樁重錘慢擊，短樁輕錘快擊，以有明顯樁底信號為原則；C. 接觸面積： 接觸而積大，能雖傳遞多；接觸而積小，能量傳遞少：D

36、. 脈沖寬度：測長樁或深部缺陷：軟材質(zhì)錘頭、重錘、慢擊、接觸面積大產(chǎn)生的信號脈沖寬度大，低頻信號豐富，但分辨率低； 測短樁或淺部缺陷：硬材質(zhì)錘頭、輕錘、快擊、接觸面積小產(chǎn)生的信號脈沖寬度窄，高頻信號豐富；一般情況下：小鋼錘一小鐵錘一輕質(zhì)脆性尼龍錘一輕質(zhì)木錘一大鐵錘一柔性塑 料錘一橡皮錘按照順序，產(chǎn)生的脈沖寬度越來越大；2.傳感器A.速度型傳感器：動態(tài)范圍約60dB；選擇寬頻帶高阻尼：工作原理：磁電感應(yīng)式B.加速度型傳感器：動態(tài)范國約140160dB；可滿足測樁對頻率范囤的要求（信號經(jīng)過一次積分后可得到速度信號）；工作原理：正壓電效應(yīng)（晶體材料受外力作用時，在晶體表 面產(chǎn)生電荷）優(yōu)點：靈敏度高、

37、頻率范用寬、線性動態(tài)范圍大、質(zhì)量輕、 體積小：主要技術(shù)指標(biāo)：固有頻率和頻帶寬度；固有頻率15-20kHz,測量上限取5-7kHz電荷靈敏度電圧靈敏度橫向靈敏度安裝諧振頻率大于 100mV/g大于lOOpC/g,雖:程大于100g 越小越好，一般小于5%15kHz以上特別說明：傳感器是精密儀器配件，一左要注意保護，不能摔、碰、壓，否則可能嚴重損 壞。3. 檢測儀器A. 放大器特點：有極高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗：能將微弱電信號放大至容易測量的電壓信號：主要技術(shù)指標(biāo)：增益大于60dB,長期變化量小于1%：頻帶寬度不窄于lO-lOOOHz；濾波頻率可調(diào)整：B. 信號采集系統(tǒng)：儀器長期不用時，一泄要

38、左期充電和開機，以防受潮：每年要計量一次，計量時 要與傳感器配套計量：5. 3.11現(xiàn)場測試經(jīng)驗介紹1. 不同缺陷的理論反射波曲線2. 現(xiàn)場檢測過程中應(yīng)注意的問題強調(diào)曲線有多解性，因此，必須收集一切可以利用的資料，輔助進行分析判斷。 進場檢測前要充分了解基樁信息：樁的類型、成樁工藝、地質(zhì)條件、施工記錄、 樁長、樁徑等，可以制泄一些包含這些信息的表格，事先要求有關(guān)單位填寫完 整：備用錘頭：準備一套各種材質(zhì)的沖擊錘和錘墊，測試前試用：敲擊時作用力一定要垂直樁頭：多波疊加，增大有用信號的幅度：及時存儲和傳輸數(shù)據(jù)；3. 數(shù)據(jù)的分析處理低通濾波：上截止頻率一般在0.5kHz2kHz之間，不宜低于0.4k

39、Hz；高通濾波：一般不用，設(shè)為0即可：積分：使用的加速度傳感器原始信號中有許多髙頻干擾信號，影響波形判讀， 積分一次后得到的速度信號比較平滑，易判讀。移動與旋轉(zhuǎn)：有時信號質(zhì)量差時，積分后的波形嚴重偏移基線位宜，可用這些 功能使之回到基線位程附近：信號放大：樁底信號不明顯時，可以設(shè)置信號按指數(shù)規(guī)律逐漸增加，或按線性 規(guī)律逐漸增加：5. 3.12康科瑞檢測儀器設(shè)備介紹1. KON-PIT反射波基樁完整性檢測分析儀2. 功能特點：髙淸晰、寬視角彩色液晶顯示一一視覺效果更好 全新的浮點放大技術(shù)一一長樁樁底反射更淸晰強大的USB接口技術(shù)一一數(shù)據(jù)存儲、軟件升級更簡單全新的人性化軟件界而設(shè)計，儀器的操作更為

40、方便 內(nèi)苣大容量可充電鋰電池，工作時間長全新的防塵而板，觸摸屏一一操作簡單、方便便于攜帶，體積小，重量輕，僅重1. 8kg：5.4單孔“一發(fā)雙收”聲波測井法在基樁鉆芯孔中的檢測應(yīng)用5. 4.1單孔“一發(fā)雙收”聲波測試的有關(guān)規(guī)程“公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程” JTG/T F81-01-2004 （2004年11月中華人民共和國 交通部頒發(fā)），超聲法中規(guī)定：“單孔檢測采用一發(fā)雙收一體型換能器，英發(fā)射換能器至接收 換能器的最近距離不應(yīng)小于30 c m,兩接收換能器間距為20 c m?！?（第17頁6. 2. 5_6 ） “單孔折射波法（即單孔一發(fā)雙收聲波測試法一筆者注）是根據(jù)公路橋梁對樁基的質(zhì)量要 求

41、，檢測鉆芯孔孔壁周圍的混凝丄質(zhì)量”（第54頁條文說明6. 1. l）o單孔一發(fā)雙收測試法，早先用于石油及煤田井中物探，上世紀七十年代引入工程地質(zhì)及 巖上工程中使用?，F(xiàn)將單孔一發(fā)雙收聲波測試的有關(guān)問題分述于下：5. 4. 2單孔一發(fā)雙收換能器的結(jié)構(gòu)圖1是軟連接一發(fā)雙收換能器外形，圖2是硬連接一發(fā)雙收換能器的外形。圖1軟連接“一發(fā)雙收”圖2硬連揍一發(fā)雙收它們都是由一個發(fā)射換能器，和兩個接收換能器組成，如圖3。發(fā)射換能器T至接收換能器R：間的距離為L,稱英為“源距”：接收換能藩R：與接收換能器R=間的距離為AL稱其為“間距二對于上述換能器的要求是：徑向無指向性、軸向亦應(yīng)無指向性；發(fā)射功率要大,要有足夠的接收靈敏度。5.4.3 一發(fā)雙收換能器的工作原理工作原理由圖4加以說明。當(dāng)一發(fā)雙收換能器置于巖體 或混凝上鉆孔的中心，發(fā)射換能器T輻射的聲波，滿足入射 角等于第一臨界角的聲線，在巖體或混凝上孔壁的聲波折射 角將等于90° ,即聲波沿著鉆孔孔壁滑行，然后又分別折射 回孔中，由接收換能器R：和R：分別接收(所以可稱其為折 射波法)。于是可有： t = tc tl (1)LtiAl- 12- llV ALVr=AT圖4一發(fā)雙收工作原理Vn=AL/At (2)上兩式中t：為T傳播到Rc的聲波傳播時間：B為T傳播到R,的聲波傳播時間；齊為孔壁