5第五章低应变基桩检测.

第5章桩基低应变检测5.1概述5.2基本理论5.3检测系统5.4现场测试系统5.5工程实例一、桩基础依靠桩把作用在平台上的各种载荷传到地基的基础结构。§5.1概述桩基础应用:软弱地基、特殊性土（自重湿陷性黄土、膨胀土等）地基、地基土质较差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求；水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。41、按承载性状：摩擦型桩、端承型桩；2、按施工方法：打入桩；灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、夯扩桩、复打桩、支盘桩、树根桩）、静压桩、螺旋桩、碎石桩、水泥土搅拌桩（深层搅拌桩、粉喷桩）等；3、按使用功能：受压桩、抗拔桩、锚桩等。二、基桩分类三、桩基工程常见的质量问题1、沉管灌注桩：断裂、缩颈、断桩、离析；2、冲、钻孔灌注桩：断桩、离析、塌孔、缩颈、夹泥、沉渣过厚；3、混凝土预制桩：桩身开裂、桩头打碎、挤折断、破裂。四、桩基检测现行的规范《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定桩基施工完毕后要进行质量验收(包括桩身完整性和承载力)，桩基检测是保证桩基质量的重要手段。五、检测方法静载试验法（单桩竖向抗压、抗拔、水平）、钻芯法、低应变法、高应变法、超声波透射法。其中：低应变法、高应变法、超声波透射法、钻芯法用来检测桩身完整性；静载试验法、高应变法用来检测承载力。第5章桩基低应变检测5.1概述5.2基本理论5.3检测系统5.4现场测试系统5.5工程实例§5.2基本理论一、应力波和波阻抗1.应力波：当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。2.波阻抗：：密度；C：应力波速；A：桩横截面积。一维直杆：dL的杆件二、低应变(反射波法)检测原理低应变检测时，桩身应变量一般小于0.01%。反射波法通过在当桩头受锤击时，会产生脉冲应力波，该应力波沿桩身向下传播（入射波）。在应力波向下传播的过程中，如遇波阻抗（Z=ρCA）变化处时，会产生反射波，入射波和反射波的信息可同时通过检波器和接收系统接收并记录，运用波动理论分析，可对被测桩的桩身完整性进行评价。三、基桩动测中的波动理论介绍1、波动方程取一不包含端点的小段（x,x+dx）,并设杆的横截面积为s，密度为ρ，杨氏模量E。),(),(txutdxxu该小段在t时刻的伸长量：相对伸长量：xudxtxutdxxu),(),(HOOK定律:AEFxuxuEEAF上式两边对x微分：xFxuAE22由牛顿第二定律:tuAdxdFtuAdxAdxadF2222xFxuAE22xuEtu222222222xuctu即为一维波动方程（抛物线型）。Ec2二维波动方程:三维波动方程:2222222(,,)uuuafxyttxy222222222(,,,)uuuuafxyzttxyz泛定方程。(1)初始条件：用来说明某一具体物理现象初始状态的条件。2、定解条件：00|()()ttuxuxt系统各点的初位移系统各点的初速度(2)边界条件：用来说明某一具体物理现象边界上的约束情况的条件。①第一类边界条件（固定端）：如两端固定的振动为②第二类边界条件（自由端）：x=a端既不固定，又不受位移方向力的作用。0xauTx0xaux③第三类边界条件（弹性支承端）：在x=a端受到的弹簧支承。xaxauTkux或0xauux2222,01,0(0,)(1,)0,0(,0)(,0)0,sin,01uuxttxututtuxuxxxt四、分离变量法求解分离变量法是将一个偏微分方程分解为两个或多个只含一个变量的常微分方程。首先求出常微分方程且满足边界条件的特解，然后由叠加原理作出方程解的组合，最后由其余的（初始）定解条件确定叠加系数。频谱分析：数学基础是傅立叶变换Lcf2反射系数：Z1和Z2分别为反射面上和下部的波阻抗，低应变反射波法检测对缺陷或桩反射信号进行分析判断的重要依据，由该式可以得出如下结论:2121ZZZZR11RIIRRVVZZZZV212111211)1(2VRVZZZVT六、波的反射和透射121)当z1z2,桩身存在缩颈、断裂、混凝土离析、夹泥或摩擦桩桩底等阻抗相对减小时，缺陷部位的反射与初始入射波同相;2)当z1z2,桩身存在扩颈或嵌岩桩桩底等阻抗相对增大时，其反射波与初始入射波反相:3)当z1=z2,桩身无缺陷或存在阻抗匹配时，无反射波信号。1.应力波在自由端完整桩中的传播桩在自由端桩底反射与入射波同相2.应力波在固定端完整桩中的传播TVL桩嵌岩桩底反射，与入射波反相3.应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL桩截面减小入射波与反射波同相桩底反射4.应力波在波阻抗增大桩中的传播桩截面增大并嵌岩TVL扩径反射与入射波反相桩底反射与入射波反相应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL桩扩径扩径反射，与入射波反相缩径反射，与入射波同相桩底反射，与入射波同相TVL桩缩径缩径反射，与入射波同相扩径反射，与入射波反相桩底反射TVLL1L2T1T2T3T4TVLL1L2T1T2T3T4整桩平均波速C：扩径位置L1：扩径范围（L2－L1）：2)(22231212114TTcLLTTcLTTLc•桩底•截面发生变化•夹泥•离析•混凝土质量变化•土层变化七、引起反射波的原因1.低应变所能检测到的现象2.低应变不能检测到的现象八、低应变检测的优缺点•快速检测方法（50-200根/日）•准备简便•操作简单•经验丰富1.优点2.缺点或局限性•不能提供单桩承载力•对小缺陷灵敏度不高•无法检测桩底沉渣第5章桩基低应变检测5.1概述5.2基本理论5.3检测系统5.4现场测试系统5.5工程实例5.3检测系统一、传感器二、采集仪器三、软件简介一、传感器能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。速度传感器加速度传感器速度传感器将桩顶的速度信号转化为电信号，而加速度传感器则将桩顶的加速度信号转化为电信号。这两种传感器均须固定在桩顶被测点上，跟随该点一同振动，因而均为惯性式传感器。在使用传感器时，传感器的频响特性是相当重要的技术指标。第5章桩基低应变检测5.1概述5.2基本理论5.3检测系统5.4现场测试系统5.5工程实例第4节现场测试技术一、检测流程二、影响测试的因素一、检测流程第1步桩头处理第2步仪器连接第3步传感器安装第4步程序设置第5步手锤锤击第6步信号采集第7步信号分析1桩头处理•凿掉浮浆•打磨平整•桩头干净干燥2仪器连接交流电源接线3传感器安装传感器放置距桩心2/3~3/4R处且安装位置要求平整尽可能使传感器垂直与桩头平面传感器耦合黄油耦合橡皮泥耦合口香糖耦合使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好4程序设置在开始检测之前必须根据不同桩的情况对程序进行设置，功能及程序中出现的参数请仔细阅读软件操作说明书。5手锤锤击手锤垂直与桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动现场采集注意事项•桩头的处理平整•传感器安装紧密•采集完数据存盘7信号分析（1）滤波分析：高通，低通，带通（2）指数放大：（3）频谱分析：数学基础是傅立叶变换Lcf2二、影响测试的因素•现场干扰•传感器安装•桩周土•现场干扰•现场有重型机械在施工回产生振动干扰•解决方案：建议在检测采样时停止•现场电压不稳造成干扰•解决方案：建议仪器用电池供电或将仪器接地传感器安装影响产生振荡调整传感器安装振荡消除解决方案：调整传感器安装使其紧粘桩头桩侧土影响桩在空气中桩在空气中桩在土中桩在土中桩侧土影响：土层摩阻对桩底反射有衰减；土层变化对应力波有影响：硬土层变为软土层与缩颈信号相似软土层变为硬土层与扩颈信号相似。解决方案：1.利用指数放大2.了解土层参数（或地质资料）1、完整桩：第5节工程实例2、缩径类桩：3、扩径类桩：4、断裂桩：5、嵌岩桩：不同混凝土强度等级的反射波波速经验值：注意：预制桩在空气中测得速度要比在土中测得的速度高。6、质量评价：I类桩：桩身完好，桩底反射清晰，无不良缺陷反射;Ⅱ类桩：桩底反射明显，桩身不良缺陷反射轻微;Ⅲ类桩：桩底反射不明显，桩身不良缺陷反射明显;Ⅳ类桩：无桩底反射，桩身不良缺陷反射强烈，且有连续的多次反射。