桩身完整性测试与实测波形汇编

1桩身完整性测试桩的分类动测所需要的专业知识基本原理及方法所需的仪器设备波形采集及数据分析常见缺陷类型与典型曲线实测波形汇编桩模型模型试桩工程桩（开挖资料）照片资料2一、桩的分类1.按受力情况分类：○磨擦桩○端承桩○磨擦端承桩○端承磨擦桩2.按施工方法分类：○灌注桩○搅拌桩○预制桩3.按桩的外型尺寸分类：○长桩○中长桩○短桩○变截面桩3二、动测所需要的专业知识●工程地质●建筑结构●地基与基础●桩基设计与施工●岩土力学●电子仪表●振动理论●测试技术●波动理论●数据分析4三、方法简述小扰动应力波反射法的现场测试工作（或力棒）在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器或加速度传感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底产生的反射信号组合的时程曲线（或称为波形），最后分析者利用信号采集分析仪对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。图1小扰动应力波反射法示意图5四、基本原理小扰动应力波反射法主要功能是检验桩身结构完整性，如桩身缺陷位置判断、施工桩长校核和混凝土强度等级定性估计等。用手锤或力锤、力棒敲击桩顶，由此产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗Z（Z=ρAC）变化界面时（如图2所示），例如缩颈、夹异物，混凝土离析或扩颈，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。图2应力波的反射与透射由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度时程曲线。6设桩身上下阻抗Z上和Z下，可由界面处的力平衡方程和速度连续方程得反射系数：Z上=ρ上C上A上Z下=ρ下C下A下式中：ρ、C、A——分别表示桩身介质密度、弹性波速、截面面积。VI——下行速度波VR——上行速度波当Z上Z下时，则VI与VR同号（同相位）例如缩颈、离析、夹泥等。当Z上Z下时，则VI与VR异号（反相位）例如扩颈。从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长，由平均波速大小估计混凝土的强度等级。7五、动测所需的仪器设备（一）RSM系列产品8PRT低应变仪924FD（分体机）24FDN（一体机）10RSM-SY5（分体机）RSM-SY5N（一体机）11高阻尼速度计高灵敏度加速度计（二）传感器12（三）组合锤组合手锤（分解）13组合手锤（组合）14六、常见缺陷类型与典型缺陷曲线（一）预制桩常见缺陷接缝断裂裂纹内部裂纹离析缺损15（二）灌注桩常见缺陷蜂窝疏松夹泥缩颈裂纹弯曲沉渣浮浆16（三）模型桩预制缺陷17（四）桩身缺陷与典型记录曲线18七、低应变动测流程图19采样参数设定：20传感器安装：21力棒锤击22八、低应变波形分析流程图23九、桩身完整性判别桩身完整性判定表注：1.表中L为桩长（m）；2.I、II类桩可用，III类桩需经处理后使用，IV类桩处理后使用或报废。241.桩身及桩周变化对波形的影响：a.桩身波阻抗变化b.桩周土层变化碎石粘土层砂质粘土层硬塑粘土层流塑泥土层淤泥层当入射波由软土层进入硬土层时，软土层部位易产生扩颈现象，出现压缩应力波，当入射波由硬土层进入软土层，常常出现缩颈现象，产生拉伸应力波。CAZ253.实测波形细判：（1）多次锤击的波形重复性好；（2）波形真实反映桩的实际情况，完好桩桩底反射明确；（3）波形光滑，不应含毛刺或振荡波形；（4）波形最终回归基线。4.相关的信息：查看地质勘察报告、施工记录、了解成桩机具、灌注桩成孔工艺等，分析可能出现缺陷的原因及部位。2.实测波形的初判大致分直达波、缺陷反射波、桩底反射波三部分，如图所示，结合其“相位”、“振幅”及“频率”三者的判据综合分析。26砼等级C15C20C25C30C40平均波速(m/s)29003200350038004100波速范围(m/s)2700-31003000-34003300-37003600-40003900-4300混凝土强度等级与波速关系参考表5.现场测定波速——由完整桩定出桩身的平均波速（参考值）。波速公式：C=2L/△t亦可用频差计算波速：△t=1/△fC=2L△f6.用混凝土标号对应的波速关系（试验经验值），估算桩长：L=△t·C/227十、误判问题1.指数放大功能。E指数放大要适中，避免为突出桩底反射，而夸大了桩身缺陷。2.传感器耦合不好，导致波形不正常。3.桩头未处理好，特别是表面平整，里面存在空洞及浮浆等，此时可用锤敲击听声音判别。4.桩周土层变化，特别是在软硬界面变化所产生的反射（地勘资料有助分析）。5.端承桩底反清楚，可能存在孔底沉渣。6.长桩不易得到桩底反射。287.波速影响到判定分析的准确性（1）由底反信号计算桩长的精度与波速的准确度有关，即使是现场浇灌养护较好的混凝土，其波速值常有5%的波动，故由此计算桩长的误差也有±5%左右。还有水泥型号，骨料的粒径，钢筋型号，钢筋笼的长度及地质构造等诸多因素的影响。（2）缺陷桩。波速是桩底反射确定（全桩长的平均波速），它往往低于缺陷部位以上的波速，若用平均波速去判定缺陷部位时，可能略偏浅（短）些。CC′C=2L/△tC′=2L′/△t′29十一、反射波法测桩身结构完整性的优点和局限性1.优点：（1）轻便（3）价格便宜（2）快速（4）进行大面积普测2.局限性：（1）反射波法作用在桩顶上能量较小，应力波沿桩身传播衰减较快，所以低应变测桩的长度受到一定限制。（2）桩身有多个缺陷时，一般低应变法只能检测到最上面的缺陷（例如多节空心预制管桩）。（3）当桩侧阻力很大时，桩尖反射难于看到。（4）不如开挖、钻孔、取芯、声波透视直观。（5）反射波法对缺陷方位、钢筋笼的长度、孔底沉渣厚度等缺陷不易确定。3.《规范》对检测结果的判定没有要求区分缺陷种类，如果需要应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。30十二、动测波形实例汇编○桩模型○模型试桩○工程桩（开挖资料）○照片资料31（一）桩模型被测试模型桩照片1.桩模型试验之一（GY-bb）32时域曲线质点纵向振动速度时程空间曲面33桩模型试验之一（GY-bb）L=0.85m￠=0.05mC=700m/s桩身完整0.39m处扩0.19m处扩0.53m处扩0.26m处扩0.80m处扩34（二）桩模型实测波形之二（BJ-bb）L=0.88mΦ=0.1mC=730m/s0.2m处缩0.5m处缩0.2m处先缩后扩0.5m处先扩后缩0.2m处缩，0.5m处扩0.2m处缩，0.5m处扩35（三）传感器安装对波形的影响（四）高低阻尼速度检波器实测波形比较1.比较之一（完整桩）2.比较之二（缺陷桩）36（五）同一根桩，不同锤头及不同传感器实测波形比较高阻尼速度计尼龙锤头敲击高阻尼速度计金属头敲击加速度计尼龙锤头敲击加速度计金属锤头敲击37（六）传感器、耦合、锤头的影响（河南开封）不同粘接材料对动测波形的影响速度计与加速度计拾振信号的对比不同的锤击工具引起的不同的动力响应小铁锤尼龙头力锤细金属杆38（七）河北某地灌注试验桩实测波形1#试桩L=5.8mΦ=0.4m砼C25，C=3000m/s桩身完整2#试桩L=6mΦ=0.4m0~2m碎石2~4m砼C253#试桩L=6.5mΦ=0.4m0~2.5m砼252.5~4m碎石39（八）同一根预制管桩设制面缺陷所得到波形（L=5.8mΦ=0.35m）3.5m处表面存在裂纹3.5m处1/3截面裂缝3.5m处2/3截面裂缝3.5m处全断桩401.武汉某模型桩实测波形（敞开式）（1）反射波法实测波形桩型：预制方桩；预制桩尺寸：桩长为6m，桩径为0.35m；混凝土波速：4000m/s左右；设制缺陷：完整、缩、扩、夹泥、渐扩、渐缩等缺陷。（二）模型试桩411A桩身完整2A3.2米处严重夹物2B2.15米处严重夹物4.3米处为二次反射时域曲线图频谱曲线图423A1.9米处轻微缩颈4.2米处轻微扩颈4B1.5米处轻微夹泥4.9米处轻微缩颈5A2米处开始渐扩4米处严重缩颈（此处恢复正常桩颈）5B2米处严重扩径2米到4米之间渐变4米后恢复正常桩径43（2）声波检测对比试验声速图44波列图452.天津某模型桩实测波形（垂直植入式）463.福建模型桩实测波形（横卧植入式）完整桩先扩后缩扩颈桩先缩后扩断桩474.陕西渭南某模型桩实测波形485.西安某模型桩实测波形496.长春某模型桩实测波形试验桩桩身完整性结果表507.河南开封某模型桩实测波形模型桩外型与缺陷特性(a)完整(b)扩缩(c)空洞扩底(d)扩(e)离析蜂窝(f)缩、裂(g)缩、扩518.北京RSM与国外仪器对比说明：该桩6米处缩颈，12米断裂，14.5米离析，1.8米存在界面说明：该桩1.8米处扩颈，10.9米界面，13.5米缩颈说明：该桩6.3米处轻微离析，10.3米处严重离析说明：该桩实测长为13.9米，比设计的16米值短，造成空悬521.延吉州木材厂5号楼沉管灌注桩：Φ=0.35mL=5.8mV=3300m/s距桩顶2.8m处，缩3/5距桩顶3处，断距桩顶2.8m处，缩3/5（三）实测工程桩172#173#174#53延吉开挖照片54555657585960612.保山某工地开挖实例0.9米处轻度缩颈，3米处严重缩颈62保山工地开挖照片633.牡丹江工地实例核头松实测波形处理后实测波形644.河南某工地开挖照片（1）65河南某工地开挖照片（2）665.唐山某工地开挖照片（1）67唐山某工地开挖照片（2）686.江西宜春就业大厦工地桩型：沉管灌注桩桩径：Ф420mm桩长：L6.4m砼标号：C20缺陷：距桩顶2.2m~2.4m扩颈扩颈尺寸为150mm（开挖验证）2.4m2.2m桩69原始波形滤波后波形滤波后波形原始波形707.厦门集美大道（鹰厦立交）桩型：钻孔灌桩桩径：Ф1.5m桩长：L38.9m检测结果：反射波法：距桩顶15.2m处局部离析声波透射法：AB面及AC面在15m~16m段局部声速偏小，声幅降低。71AB面剖面图72AC面剖面图73谢谢大家