第9章樁身完整性檢測

第9章樁身完整性檢測9.1低應(yīng)變法檢測樁身完整性方法定義：采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測樁頂部的速度時程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。試驗(yàn)過程及測試信號的評判傳感器

數(shù)據(jù)采集

計(jì)算機(jī)

軟件分析

試樁應(yīng)力波發(fā)射圖t=2L/C低應(yīng)變法測試設(shè)備北京康科瑞武漢巖海北京康科瑞1樁頭應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行處理：

（1）鑿去樁頂浮漿、清除松散或破損砼，使樁頂露出堅(jiān)硬的混凝土表面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無積水，最好采用便攜式砂輪機(jī)等工具磨平；

（2)樁頂?shù)牟馁|(zhì)、強(qiáng)度、截面尺寸應(yīng)與原樁身基本等同。

(3)對于預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合緊密時，可不進(jìn)行處理，否則，應(yīng)采用電動鋸將樁頭鋸平。

(4)妨礙正常測試的樁頂外露主筋應(yīng)割掉。9.1.1測試技術(shù)2應(yīng)仔細(xì)檢查和準(zhǔn)備儀器，使測試系統(tǒng)各部分之間匹配良好。采用交流電源檢測時，應(yīng)有接地措施，嚴(yán)禁電源零線帶電。

3應(yīng)通過對比測試，選擇適當(dāng)?shù)腻N型、錘重、錘墊材料、傳感器安裝方式。測試技術(shù)1傳感器安裝在樁頂面。安裝完畢后的傳感器必須與樁頂面保持垂直，且緊貼樁頂表面，在信號采集過程中不得產(chǎn)生滑移或松動。

2傳感器可用黃油、橡皮泥、石膏等材料作為耦合劑與樁頂面粘接，或采取沖擊鉆打眼安裝方式，不應(yīng)采用手扶方式。測試技術(shù)傳感器安裝3對于鋼筋混凝土灌注樁，傳感器安裝時應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)傳感器安裝點(diǎn)及其附近的表面應(yīng)平整，其周圍不得有缺損或裂縫；

(2)當(dāng)錘擊點(diǎn)在樁頂中心時，傳感器安裝點(diǎn)與樁中心的距離宜為樁半徑的三分之二左右。

(3)當(dāng)錘擊點(diǎn)不在樁頂中心時，傳感器安裝點(diǎn)與錘擊點(diǎn)的距離不應(yīng)小于樁半徑的二分之一。測試技術(shù)4對于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，傳感器安裝點(diǎn)、錘擊點(diǎn)與樁頂面圓心構(gòu)成的平面夾角宜為900左右。測試技術(shù)1檢測時，應(yīng)合理設(shè)置采樣時間間隔、采樣點(diǎn)數(shù)、增益、傳感器靈敏度、模擬濾波、觸發(fā)方式等，其中增益應(yīng)結(jié)合激振方式通過現(xiàn)場對比試驗(yàn)確定。

2檢測時用錘沖擊樁頂面，必須沿樁軸向激振。

3錘的質(zhì)量的選擇。測試技術(shù)測試要求沖擊錘型大小對波形的影響（ａ）沖擊錘型不合適（ｂ）沖擊錘型合適3每根樁的檢測信號數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)根據(jù)樁直徑大小，樁心對稱布置2～4個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)記錄的有效信號數(shù)不宜少于3個；

（2）不同測點(diǎn)所得到的信號一致性差時，應(yīng)分析原因，增加檢測點(diǎn)數(shù)量。測試技術(shù)4檢測時應(yīng)隨時檢查采集信號的質(zhì)量，可根據(jù)缺陷所在位置的深淺，及時改變錘擊脈沖寬度。當(dāng)檢測長樁的樁底反射信息或深部缺陷時，沖擊入射波脈沖應(yīng)較寬；當(dāng)檢測短樁或樁的淺部缺陷時，沖擊入射波脈沖應(yīng)較窄，同時采樣時間間隔應(yīng)較小。

5對檢測信號宜作疊加平均處理，參與疊加平均處理的信號應(yīng)不失真、無零漂現(xiàn)象，且信號數(shù)量不宜少于5個。測試技術(shù)（1）采用加速度傳感器時，可選擇小于10Hz的高通濾波和大于2000Hz的低通濾波對積分后的速度信號進(jìn)行處理。

（2）采用速度傳感器時，可選擇小于20Hz的高通濾波和大于1000Hz的低通濾波對速度信號進(jìn)行處理。9.1.2檢測數(shù)據(jù)的分析與判斷1信號處理（3）當(dāng)樁底信號較弱時，可采用指數(shù)放大，指數(shù)放大倍數(shù)以2～30倍為宜，被放大的信號幅值不應(yīng)大于入射波的幅值，進(jìn)行指數(shù)放大后的波形應(yīng)基本回零。

（4）當(dāng)需要時，可使用旋轉(zhuǎn)處理功能，使測試波形尾部基本位于零線附近。2應(yīng)根據(jù)應(yīng)力波理論對檢測信號進(jìn)行分析。

（1）信號分析前，首先應(yīng)確定樁基工程的縱波波速平均值。對工程地質(zhì)條件相近、成樁工藝相同、同一單位施工的樁基，確定其樁基工程的縱波波速平均值時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算的樁應(yīng)為一類樁，數(shù)量不應(yīng)少于5根；縱波波速時域計(jì)算示意圖縱波波速頻域計(jì)算示意圖縱波波速值與平均值之差的絕對值大于平均值的5％者，不得參與統(tǒng)計(jì)。

縱波波速平均值Cm按下式計(jì)算：

Cm＝∑Ci／n

式中:n一統(tǒng)計(jì)縱波波速平均值所用的被檢測樁的數(shù)量；所檢測樁的測試信號符合下列要求，判為一類樁：

（1）有明確的樁底反射信號；

（2）除沖擊入射波和樁底反射波外，在樁底反射波到達(dá)前，基本無反射波發(fā)生；

（3）實(shí)測縱波波速在正常的范圍內(nèi)。

(4)樁底諧振峰排列整齊等間距f=c/2L擴(kuò)頸樁應(yīng)判為一類樁。樁身某部分阻抗增大（強(qiáng)度增加或截面積增大），會產(chǎn)生與入射波相位相反的反射波。（a）單界面擴(kuò)頸反射波示意圖(b)擴(kuò)頸-還原反射波示意圖4樁底反射波與入射波相位相同，且能判定為樁底存在虛土或沉渣時，應(yīng)判為三類樁或四類樁。

5檢測信號顯示樁身存在缺陷時，應(yīng)根據(jù)缺陷反射波的幅值和相位、缺陷的深度位置、施工資料、工程地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)資料，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)綜合分析缺陷嚴(yán)重程度，確定樁的類別。6樁身缺陷位置可按下式估算：

Li＝Cm·Δti／2

式中:Li一測點(diǎn)至樁身第i個缺陷的距離；

Δti—樁身第i個缺陷的反射波波峰與入射波波峰對應(yīng)的時差）。

樁身缺陷位置也可用振幅譜上峰間頻差進(jìn)行估算：

Li＝Cm／Δfi／2缺陷位置計(jì)算示意圖缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（時域）缺陷位置計(jì)算示意圖缺陷樁縱波波速計(jì)算示意圖（頻域）缺陷位置計(jì)算示意圖7對于混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)測試信號出現(xiàn)以下情況之一時，宜判為四類樁：

(1)未見到樁底反射，卻出現(xiàn)周期性的同相反射波；

(2)未見到樁底反射，卻在2L／C時刻前出現(xiàn)幅值較大的反射波，且反射波與入射波同相位。8對于混凝土灌注樁，注意區(qū)分緩變形后阻抗突變處的反射和擴(kuò)經(jīng)突變處的二次反射。

9對于堪巖樁，樁底反射時域信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時，應(yīng)采取其他方法核驗(yàn)。

10樁頭疏松或樁身有淺部缺陷時，宜處理后重新檢測。11對于夯擴(kuò)樁，人工挖孔、鉆孔擴(kuò)底樁，沉管灌注復(fù)打樁，應(yīng)考慮樁的截面變化對測試結(jié)果的影響，綜合分析波形，確定所檢測樁的類別。12出現(xiàn)下列情況之一時，樁身結(jié)構(gòu)完整性評價(jià)應(yīng)結(jié)合其它檢測方法進(jìn)行：

（1）反射信號復(fù)雜，無規(guī)律，無法對其進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)；

（2）樁身界面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁；低應(yīng)變測試信號解讀低應(yīng)變法適用條件和應(yīng)用中應(yīng)注意的問題理論基礎(chǔ)：（振動）平截面一維彈性均勻細(xì)長桿樁徑限制不能過大設(shè)計(jì)樁身截面宜基本規(guī)則缺陷的難定量與類型難區(qū)分最大有效檢測深度受限制不能用波速推定樁身混凝土強(qiáng)度用波速只能估算不能校核樁長復(fù)合地基中樁的檢測問題特別注意：土阻力影響阻抗?jié)u變型多缺陷樁9.2高應(yīng)變法檢測基樁完整性樁身完整性判定txta9.3聲波透射法檢測樁身完整性2.3.7聲波透射法方法定義：

在預(yù)埋聲測管之間發(fā)射并接收聲波，通過實(shí)測聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時、頻率和波幅衰減等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，對樁身完整性進(jìn)行檢測的方法。測試原理與過程：預(yù)埋聲測管2～4根聲測管內(nèi)注水介質(zhì)從下往上間隔<25cm測試主要判定依據(jù)：聲時t、波幅A、頻率f砼質(zhì)量差t、A、f發(fā)生變化與低應(yīng)變法原理上區(qū)別

樁身缺陷

樁身

換能器

樁身缺陷

樁身

1

2

1

聲測管聲測法原理圖聲波透射法的基本原理

聲波種類和對應(yīng)的頻率范圍名稱頻率范圍次聲波0～2×101Hz可聞聲波醫(yī)用聲波2×101～2×104Hz1×104～1.5×104Hz超聲波2×104～1010Hz特超聲波>1010Hz混凝土聲波透射法使用的主頻率一般為2×104～1010Hz縱波P橫波S注：只有固體才能傳播橫波表面波R波類型波的形式：平面波、球面波、柱面波蘭姆波、扭轉(zhuǎn)波等有關(guān)波的概念：波振面、波前、波線波面波線u波前（c）波動方程平面余弦波在理想介質(zhì)中的波動方程

物理意義：tTA0xAu

x=x0處平面上質(zhì)點(diǎn)的振動規(guī)律t=t0時，介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)的位移影響聲波波速的主要因素：縱波波速橫波波速表面波波速vP＞vS＞vR

彈性固體介質(zhì)中聲波在不同邊界下波速（1）波長和邊界條件（2）聲波頻率（3）測距反射波法與聲波透射波法波速的比較聲波在固體介質(zhì)中傳播時的能量衰減衰減的原因：吸收衰減散射衰減擴(kuò)散衰減衰減系數(shù)：α的單位為NP/cm

衰減系數(shù)的單位為dB/cm

聲波在混凝土中傳播的特點(diǎn)聲波能量衰減大指向性差聲波傳播路徑復(fù)雜經(jīng)混凝土介質(zhì)特性調(diào)制后聲波的構(gòu)成復(fù)雜聲波信號的頻域分析時域分析與頻域分析頻域分析的特點(diǎn)目的：分析聲波穿越被測介質(zhì)后的頻譜變化情況，而不是被測介質(zhì)的自振特性。截取時域波形長度越長，頻域分辨率越高，泄漏的信號越少，但由于波的疊加，主頻位置隨截取長度增大而向低頻區(qū)漂移。符合采樣定理f=1/τ>2fc頻率分辨率、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率三者之間的關(guān)系采樣頻率一定，增加采用點(diǎn)數(shù)，頻率分辨率提高；采樣點(diǎn)數(shù)一定，增加采樣頻率，頻率分辨率降低。聲波透射法的儀器設(shè)備（1）檢測儀器：聲波儀的組成：計(jì)算機(jī)、高壓發(fā)射與控制、程控放大與衰減、A/D轉(zhuǎn)換與采集混凝土聲波儀的功能：向待測的結(jié)構(gòu)混凝土發(fā)射聲波脈沖，頻率在20～250kHz范圍內(nèi)，使其穿過混凝土，然后接收穿過混凝土的脈沖信號。儀器顯示聲脈沖穿過混凝土所需時間、接收信號的波形、波幅等。根據(jù)聲脈沖穿越混凝土的時間和距離，可計(jì)算聲波在混凝土中的傳播速度；波幅可反映聲脈沖在混凝土中的能量衰減狀況，根據(jù)所顯示的波形，經(jīng)過適當(dāng)處理后可對被測信號進(jìn)行頻譜分析。《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CS21：2000）對聲波儀的要求：聲時最小分度為0.1μs、接收放大器的頻響范圍10～500kHz（2）換能器：功能：發(fā)射換能器——實(shí)現(xiàn)電能向聲能的轉(zhuǎn)換；接收換能器——實(shí)現(xiàn)聲能向電能的轉(zhuǎn)換。一般可互換，但增設(shè)前置放大器，不能互換主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率；指向性技術(shù)要求：a 沿徑向（水平方向）無指向性。

b徑向換能器的諧振頻率宜采用20～60kHz、有效工作面軸向長度不大于150mm。c實(shí)測主頻與標(biāo)稱頻率相差應(yīng)不大于±10%，其水密性應(yīng)在1MPa水壓下不滲漏。(3)聲測管鋼管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管要求內(nèi)徑比換能器直徑大1～2cm埋設(shè)數(shù)量：1

2

1

3

2

1

2

3

4

D≤800mm800mm<D≤2000mmD>2000mm北京康科瑞廣東汕頭超聲儀器研究所武漢中科創(chuàng)新國內(nèi)90多種型號聲波透射法測試裝置與設(shè)備聲波透射法的檢測技術(shù)測試前的準(zhǔn)備：檢測步驟：首先采用平測法進(jìn)行普查，找出聲學(xué)參數(shù)異常的測點(diǎn)。然后，采用加密測試、斜測或扇形掃測等方法進(jìn)一步檢測一方面可以驗(yàn)證普查結(jié)果，另一方面可以進(jìn)一步確定異常部位的范圍。平測（1）將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進(jìn)行全組合，進(jìn)行剖面編碼。（2）將發(fā)、收換能器分別置于某一剖面的兩聲測管中，并放至樁的底部，保持相同標(biāo)高。（3）自下而上將發(fā)、收換能器以相同的步長（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，進(jìn)行一次測試，實(shí)時顯示和記錄測點(diǎn)的聲波信號的時程曲線，讀取聲時、首波幅值和周期值（模擬式聲波儀），宜同時顯示頻譜曲線和主頻值（數(shù)字式儀器）。重點(diǎn)是聲時和波幅，同時也要注意實(shí)測波形的變化。（4）在同一樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。TTRR對可疑點(diǎn)的細(xì)測（加密平測、斜測、扇形掃測）1)局部缺陷：在平測中發(fā)現(xiàn)某測線測值異常，進(jìn)行斜測，在多條斜測線中，如果僅有一條測線測值異常，則可以判斷這只是一個局部的缺陷，位置就在兩條實(shí)線的交點(diǎn)處。2)縮頸或聲測管附著泥團(tuán)：在平測中發(fā)現(xiàn)某些測線測值異常，進(jìn)行斜測。如果斜測線中、通過異常平測點(diǎn)發(fā)收處的測線測值異常，而穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值正常，則可判斷樁中心部位是正?；炷粒毕輵?yīng)出現(xiàn)在樁的邊緣，聲測管附近，有可能是縮頸或聲測管附著泥團(tuán)。3)層狀缺陷（斷樁）：平測中發(fā)現(xiàn)某（些）測線值異常，進(jìn)行斜測。如果斜測線中除通過異常平測點(diǎn)發(fā)收處的測線測值異常外，所有穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值均異常，則可判定該聲測管間缺陷連成一片。如果三個測試面均在此高程處出現(xiàn)這樣情況，如果不是在樁的底部，測值又嚴(yán)重偏低，則可判定是整個斷面的缺陷，如夾泥層或疏松層，既斷樁。斜測有兩面斜測和一面斜測。最好進(jìn)行兩面斜測，以便相互印證，特別是那種縮頸或包裹聲測管的缺陷，兩面斜測可以避免誤判。樁身缺陷在樁橫截面上的分布狀況對單一檢測剖面的平測、斜測結(jié)果進(jìn)行分析，我們只能得出缺陷在該檢測剖面上的投影范圍，樁身缺陷在空間的分布是一個不規(guī)則的幾何體，要進(jìn)一步確定缺陷的范圍，則應(yīng)綜合分析各個檢測剖面在同一高程或鄰近高程上的測點(diǎn)的測試結(jié)果，如圖所示，一灌注樁樁身存在缺陷，在三個檢測剖面的同一高程上通過細(xì)測，確定了該樁身缺陷在三個檢測剖面上的投影范圍，綜合分析樁身缺陷的三個剖面投影可大致推斷樁身缺陷在樁橫截面上的分布范圍。鉆孔樁成像技術(shù)CrossholeTomography(CT)脈沖發(fā)射端接收端小缺陷嚴(yán)重缺陷樁外缺陷PVC或鋼管T=174us無信號T=230usT=174usDExampleCSLandCTResultsSoftBottomConditionPier2Tubes4-5聲波透射法檢測數(shù)據(jù)及結(jié)果分析聲學(xué)參數(shù)的計(jì)算和波形記錄

聲測管壁延時耦合介質(zhì)（水）中的延遲系統(tǒng)延時－時距法波幅檢測

波幅是測點(diǎn)首波幅值，它有兩種表示方式。一種是用分貝（dB）數(shù)表示，即用測點(diǎn)實(shí)測首波幅值與某一