低應變檢測原理及波形初步判識

1、低應變檢測原理及波形初步判識一、低應變動測原理1、低應變反射波法源于應力波理論，基本原理是在樁頂進行豎向激振，使樁中產(chǎn)生應力波，彈性波沿著樁身向下傳播，當樁身存在明顯波阻抗界面（如樁底、斷裂或離析、夾泥等部位）或樁身截面積變化（如縮頸或擴徑）部位，將產(chǎn)生反射波，利用特定的儀器設(shè)備經(jīng)接收、放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息。通過對反射信息進行分析計算，來判斷樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及其位置。2、樁判定標準在建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003（以下簡稱規(guī)范）中，樁身完整性定義為：反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續(xù)性的綜合定性指標；樁身缺陷定義為：使樁身

2、完整性惡化，在一定程度上引起樁身結(jié)構(gòu)強度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現(xiàn)象的統(tǒng)稱。注意，樁身完整性不是嚴格的定量指標，對不同的樁身完整性檢測方法，具體的判定特征各異，但為了便于采用，應有一個統(tǒng)的分類標準。所以，樁身完整性類別是按缺陷對樁身結(jié)構(gòu)承載力的影響程度，統(tǒng)一劃分為四類的： 類樁身完整。 類樁身有輕微缺陷不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮。 類樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。一般應采用其他方法驗證其可用性，或根據(jù)具體情況進行設(shè)計復核或補強處理。 類樁身存在嚴重缺陷，般應進行補強處理。二、 低應變動力測樁法的分類低應變動力測樁以所采用的激振方式及所觀測

3、的振動響應的不同分為兩類，即瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。 （一）、瞬態(tài)法所謂瞬態(tài)法就是采用激振方式并觀測橇的瞬態(tài)振動響應的方法，是對樁頂面施以軸向瞬時沖擊力或施以一沖量來激發(fā)樁的振動的方式，就是樁在瞬時沖擊力或沖量的作用下，樁的振動隨時間的變化過程，振動時間的持續(xù)時間一般不會超過1S。根據(jù)沖量的大小和可控制程度可分為：1、人工錘擊法。這種激振方式是最簡單、方便的，但這種人工錘擊方式的沖量是隨機的和不能較準確控制的，并且也不是完全軸向的，因而在觀測振動響應時，重復性有進較差。2、自由落錘沖擊法。這種激振方式是用一個已知重量短柱或球形錘，自樁頂面一定高度處自由下落沖擊樁頂面來激發(fā)樁的振動，這種沖擊力不但能保證

4、沿樁軸方向，而且沖量大小和沖擊點位都是可控的，因此是一種比較好的的瞬態(tài)激振方式。3、水電效應沖擊法。這種激振方式是在樁頂面設(shè)置盛有水的剛性容器，水中放置兩個極性相反、有一定距離的電極，在接通電源的瞬間，兩電極間發(fā)生脈沖放電形成一個脈沖力作用，通過水傳遞到樁頂面。比較適應于截面較大的樁。（二）穩(wěn)態(tài)法就是用用穩(wěn)態(tài)激振方式并觀測樁的穩(wěn)態(tài)振動響應的方法，是對樁頂面施以一個幅值恒定的軸向詣振力來激發(fā)樁的振動的方式，實現(xiàn)這種激振方式一般采用電磁激振器，樁在詣振力的作作下做強迫振動，當詣振力的頻率與樁的阻尼自振頻率相等時，便會引起樁的共振作用，這種動測方法正是利用了共振特性，所以又可將這種動測方法稱為“共振

5、法”。這里我們主要簡單說一下瞬態(tài)法。1、瞬態(tài)法數(shù)學模型假定樁是一維彈性桿, 在樁頂利用手錘(或力棒) 施加一脈沖力F ( T) 后, 激發(fā)一應力波沿樁身傳播, 遇到波阻抗變化處產(chǎn)生反射波, 根據(jù)波動理論和彈性波在樁身內(nèi)沿軸向傳播的基本規(guī)律, 振動速度可以表達為: 式中: VR 為反射波的速度量; V1 為入射波的速度量; 為樁自身質(zhì)量密度; C 為波速; A為樁的橫截面積; N 為樁身完整性系數(shù) 

6、    (1) 當N > 1 , 1 C1A1 >2 C2A2 , 此時, 反射波VR 與入射波V1 同相位。例如: 樁身存在離析(即、C ) 、縮徑(即A ) 、夾泥缺陷(即) 或嵌巖樁底沉渣過厚( A 變化) , 以及摩擦樁樁底反射都會出現(xiàn)反射波VR 與入射波V1 同相位的情況。  

7、   (2) 當N < 1 , 1 C1A1 <2 C2A2 , 此時, 反射波VR 與入射波V1 反相位。例如: 擴徑、端承樁樁底反射波形都屬于此類型。     若假定C 已知, 從實測的反射波曲線可以計算出樁長或缺陷位置LC 為波速; TR 為反射時間。2、低應變檢測示意圖3、低應變理論波形曲線 1）完整樁波形曲線2）擴徑樁波形曲線

8、在樁身擴徑處有1 = 2, c1= c2,A 1< A 2, 因此其反射系數(shù)R < 0, 故擴徑處反射波與入射波反相(如圖4所示). 根據(jù)平均縱波波速和反射波走時差t, 可以估算擴徑的位置L , 即有L = ctö 2. 3）縮徑樁波形曲線在樁身縮徑處有1 = 2, c1= c2,A 1> A 2, 因此其反射系數(shù)R < 0, 故縮徑處反射波與入射波同相(如圖6所示). 同樣根據(jù)平均縱波波速c 和反射波走時差t, 可以估算縮徑的位置L , 即有L = ctö 24）斷樁波形曲線在樁身斷裂處, 其反射系數(shù)R = 1, 即在樁身斷裂處發(fā)生全反射, 這時往

9、往可以見到多次反射波, 樁底反射信號很難見到。4、實際工程中低應變波形曲線實際施工中樁身材料不是非常均勻一致的，因此實際波形曲線沒有理論曲線歸整，也就是平直段不完全是一條直線。1） 、完整樁實測波形曲線2）、擴徑樁實測波形曲線3）、縮徑樁實測量波形曲線4）、離析樁實測曲線在樁身離析和膠結(jié)不良處有1 = 2 , c1= c2, A 1= A 2, 其反射系數(shù)R > 0, 故反射波與入射波理論上應該同相, 但由于波速發(fā)生改變, 使得波的頻率也發(fā)生變化, 其高頻成分衰減較快, 使得波形變得平坦(如圖所示).至于是由離析還是膠結(jié)不良引起的, 則要結(jié)合施工時的情況和地質(zhì)報告等輔助資料來加以區(qū)分。5

10、）、斷樁實測波形曲線6）、嵌巖樁實測波形曲線對嵌巖樁, 如果樁底沒有浮渣或浮渣比較少, 樁和基巖接觸良好, 則樁底反射信號不明顯, 但經(jīng)過指數(shù)放大等技術(shù)處理, 有時可以見到一反相反射信號. 如果樁底浮渣較多, 有時可以看到一同相反射波出現(xiàn), 由于浮渣對波的吸收較強, 有時也很難見到反射信號(如圖)5、檢測中注意事項1）激振問題激振脈沖波的頻率大約在300 1 500 Hz 左右. 不同的樁長和樁型, 其激振的頻率不一樣, 一般60 m 左右的摩擦樁或30 m 左右的摩擦端承樁, 脈沖波的主頻在300 500 Hz 左右; 10 20m 的短樁, 脈沖波的主頻在500 1 000 Hz 左右;

11、小于10 m 的短樁, 脈沖波主頻可高至1 000 1 500 Hz. 激振時另外一個要注意的問題是激振的能量要適中, 并不是能量越大越好. 對于硬地層, 由于樁身內(nèi)脈沖波能量擴散較多, 其所需的激振能量應稍微大一些. 此外, 激振時要干脆、利索, 不要拖泥帶水, 最好是由有經(jīng)驗的人專門激振。2）傳感器與粘結(jié)劑的選擇傳感器是基樁檢測的“眼睛”, 它的頻響特性、阻尼大小、靈敏度和動態(tài)范圍等對實測波形的影響非常大. 反射波法對傳感器有特殊的要求, 由于傳感器處于激振點附近, 很強的激振信號要不畸變的接收下來, 同時又要把傳播幾十米長距離后反射回來的波加以接收轉(zhuǎn)換成電信號, 因此傳感器的量程范圍和動

12、態(tài)范圍要足夠?qū)? 且要有較高的靈敏度. 在強烈的激振下, 其余振要短, 這就要求它有良好的阻尼特性.。在傳感器性能較好的情況下, 必須選擇好粘結(jié)劑, 使傳感器與基樁得到較好的耦合. 目前常用的粘結(jié)劑有石膏粉、橡皮泥、蛇皮膏、黃油等, 此外, 有些檢測人員還使用咀嚼后的口香糖作為粘結(jié)劑. 在這些粘結(jié)劑中, 石膏粉粘結(jié)的耦合頻率較高, 而后幾種的耦合頻率較低. 應該注意的是, 當樁頭較濕時, 采用橡皮泥和蛇皮膏作為粘結(jié)劑其粘結(jié)的效果不是很好, 此時最好用石膏粉。3）、樁頭的處理灌注樁的樁頭往往有一層浮漿, 特別是人工挖孔灌注樁, 由于樁頭一般低于地面, 成樁后經(jīng)沉淀作用, 會使樁身上部出現(xiàn)一層較厚的浮漿, 這使得在用小錘激振時能量不夠集中, 發(fā)散較快, 激振的脈沖波頻較低, 影響檢測效果, 因此在檢測時必須將浮漿打掉, 同時保持樁頭平整.此外, 預制樁在貫入過程中樁頭可能產(chǎn)生破損, 灌注樁在破除浮漿時也可使樁頭產(chǎn)生破碎, 這