低应变检测

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频率低于谐振峰后,灵敏度下降 灵敏度——200mV/(cm·s-1 )
缺点——高频上不去,低频下不来,影响了使用。
加速度型传感器——压电式 频带范围—— 1 Hz~5000 Hz 安装谐振频率——几十Hz 横向灵敏度——小于5 %,直达波不会很大 电荷灵敏度——对加速度的响应程度
灵敏度高,频带宽,被广泛推广使用
需了解地层是否由软突然变硬,或由硬突然变软; l没掌握施工时水下灌注未用导管对桩底离析出现的误判;
缺陷桩的分类
类别
分类原则
时域信号特征
Ⅰ类桩 Ⅱ类桩
桩身完整
桩身有轻微缺陷,不会 影响结构承载力的正常 发挥
2L/c时刻前无缺陷反射波, 有桩底反射波
2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波, 有桩底反射波
Ⅲ类桩
桩身混凝土强度达到设计强度70%以上才能进行检测
2.3 瞬态击振问题——击振脉冲宽度要适当 A. 根据桩长、地层状况和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波,
击振频率应能分辨整个桩长的一阶和多阶共振频率(3ΔF以上), 桩的轴向振动特性
桩长
5m 10m 20m 30m 40m 60m
ΔF(Hz 400 200 100 67 50 33
桩身有明显缺陷,对桩 身结构承载力有影响
有明显缺陷反射波,其他特征介于 Ⅱ类和Ⅳ类之间
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷
2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或 周期性反射波,无桩底反射波;或因 桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大 振幅衰减振动,无桩底反射波
3.7 工程实例 实例1 完整桩
加速度信号
完整桩
速度信号
实例2 —— 预制方型桩,长10m,尺寸350×350mm
3 反射波的信号处理
目的:去除杂波、改善信号质量、使信号直观、一般人员能看懂。
3.1 低通滤波—— 去处高频杂波或干扰波 长桩(30~40m):f=500~1000Hz 短桩(10~20m):f=1000~2000Hz 浅部缺陷: f=1000~2000Hz
原始信号
低通滤波 3000Hz
低通滤波 2000Hz
正确对桩身完整性、缺陷性质做出推断解释的方法
l由地层的岩性是否粘土层,可以判断排除是否缩径; l 由地层是否是砂层来判断是否扩径,或可能是渐扩径; l 由成孔方式可推断缺陷是否是夹泥; l 由地下水文地质条件及混凝土灌注方法、工艺来判断是否
可能离析; l 浇灌过程是否连续,判断缺陷是否是二次浇灌面或断桩; l同一场地,如许多桩都在同一深度存在“缺陷”反射波时;
低应变反射波法 基桩完整性检测技术
第三章 反射波法检测技术
1 声学基础
1.1反射波的基本原理
在桩顶进行竖向激振,弹性波沿着桩身向下 传播,在桩身存在明显波阻抗界面(如桩底、断桩 或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或 扩径)部位,将产生反射波。反射波经接收、放大 、滤波和数据处理,可识别来自桩身不同部位的反 射信息。据此计算桩身波速、判断桩身缺陷的程度 及位置。
2.6 浅部缺陷的位置确定
如果发现桩头浅部有缺陷时(波形表现为宽幅低频大摆动 信号),除了正常敲击信号外,还要增加高频敲击信号。
方法为: 1 选用质量较轻的铁锤或铝质锤头轻轻敲击,得到的高
频信号在分析时可以准确确定缺陷的深度。 2 设定较短的桩长(比如设定的桩长为2m左右),波速
设为经验值,再用质量较轻的铁锤或铝质锤头轻轻敲击, 得到的高频信号。
不同材质的锤头激励脉冲宽度和主频相关关系
锤头材质
脉冲宽度 (ms)
脉冲长度 (m)
估算主频 (Hz)
铁头
0.5
1.0
1000
铝头
0.75
1.5
666
尼龙头
1.1
2.0
455
聚四氟乙烯 1.3
2.5
385
桩力长 棒 5m 110m.5 20m 330m.0 40m 36000m ΔF(Hz 400 200 100 67 50 33
2.4 接收传感器
速度型传感器——磁电式速度传感器 工作原理:电磁传感器固定在实测体上,当被测体产生振动时, 金属外壳和永久磁铁相对静止,线圈在弹簧片支撑下,将随被测体的
质点振动而振动,线圈切割磁力线,产生感应电动势输出处理。 临界阻尼——传感器设计在0.6~0.7倍临界阻尼,只振动1~2个
周期,有利于信号的接收和识别 幅频特性——谐振峰小于30Hz,上限频率频率1500-2000Hz
放大的起点位置在桩头向下一定深度开始
3.4 频谱分析
频谱分析—— 用于了解干扰波的频率范围,根据声速估算桩长、缺陷位置 或者根据设计桩长计算波速
频域曲线: 频差、多阶振型
3.5 其它处理技术
去除直流成分—— 将信号中的直流干扰成份去除 多点平滑—— 使波形光滑 波幅的归一化处理—— 将波形中最大峰值调到满度,其他波峰
一般桩身混凝土的泊桑比σ=(0.2~0.25)
Vp =(1.05 ~ 1.1)VB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VB =(0.9 ~ 0.95) Vp
这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因
1.4 桩土体系内声波传播规律
入射的半球面波有一些是 斜入射的,根据折射定律 ,在桩身侧面将产生折射纵波PP和 折射横波PS,使一部分能量由桩身 折射扩散进入地层。折射入地层的 能量与斜入射的折射系数 RT 有关
一般默认采样长度从1024点,只设桩长和波速,仪器自动计 算采样间隔
增益:信号的放大倍数(放大镜) 对接收到的信号按指定倍数进行放大 长桩信号弱,应加大倍数,短桩减小倍数,以在屏
幕上显示的波形大小适宜为准,不能超屏,也不能过小。 放大的特点是所有信号(含干扰信号)都进行放大了

区别于信号处理时的放大(指数放大、线性放大) 按指数规律把桩底信号放大显示出来。
实例3
实例4
时域分析与频分析深度不一致的情况应引起注意, 要多个波形综合分析
同一根桩的另一组测试信号
实例5——浅部缺陷
3.8 反射波法存在的不足
▼缺陷垂直方向大小无法确定 缺陷的上下界面混叠,很难分辨缺陷垂直方向的尺寸;
▼ 缺陷的水平方向尺寸无法定量确定;
▼ 嵌岩桩有可能推断出孔底有无沉渣,但
1.1 波阻抗界面的反射与透射 如介质是不连续的,存在界面 n 介质的波阻抗Z1≠Z2 纵波P垂直入射到界面n时, 产生垂直向上的反射波R 还有垂直的透过波T
1.2 一维杆件
VB
E
1.3 一维杆的声速与无限体声速间的关系
一维杆的声速 V B
E
无限体的声速
E (1) VP (1)1(2)
RT=Z2C2O Z2C SZO 1C SOtS
( 注:上式中的α即图中的θ ;式中 的βt即图中的θ2)
1.5 桩底及缺陷的反射波
t
t
L 摩擦桩桩底反射
t
L 缩径类缺陷反射 t
L 嵌岩桩桩底反射
L 扩径类缺陷反射
t L 扩径多次反射
2. 现场检测技术要点
2.1 参数设置中应注意的问题 A 工程信息设置 工程名称、检测单位、检测日期 桩号、桩长、桩径、 波速、桩型、灌桩工艺
积分后的 速度信号
速度信号 积分后的 位移信号
第二组信号 原始加速度信号
第二组信号 积分后的 速度信号
低通+积分 速度信号
3.3 信号放大
线性放大,波幅按固定的放大倍数放大 指数放大,波幅是按指数规律衰减,按指数放大的目的
是突出深部缺陷及桩底信号 放大延迟,桩头和浅部信号较强,不需要放大处理,
触发方式:外触发、内触发(力锤)
触发电平:电压大于某个数值(阀值)时,认为是有用信 号
速度/加速度:显示速度信号或加速度信号 一般使用的是加速度传感器,接收到的是加速度信号
习惯上看速度信号,相当于把原始信号进行积分,显示的 是积分后的速度信号
2.2 桩头的处理——击振点及接收点应打磨平整
凿去桩头浮浆层和不密实混凝土后,选择2~4个点打磨 平整(桩中心一个点,周边均匀分布几个点)
按比例增加 波形的编辑—— 对上述处理后的波形进行“平移、旋转、局部缩放”
3.6 反射法的资料解释
声时 波幅 频率 相位
时域曲线: 直达波
桩底反射波 缩径类缺陷反射波 扩径类缺陷反射波 扩径多次反射波
频域曲线: 频差、多阶振型
同相位反射波
反相位反射波
RV 11C C11A A11 22C C22A A22
接收传感器的安装与耦合
传感器的安装和耦合是能否能取得优质信号的关键问题,是检 测工作另一个重要环节。
应注意的问题有:
A. 安装的部位混凝土应完整、无松动,表面平整; B. 传感器安装应与桩顶面垂直;
C. 用耦合剂粘结要粘牢,不可在击振时使其产生附加振动;
D. 耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥; E. 使用加速度感器时用橡皮泥一类的耦合剂还可以起到机
中科智创公司基桩动测仪RSMPRT(W)
美国PDI公司基桩动测仪PIT系列
第四章 缺陷成因及处理措施
1. 缺陷的信号特征及成因分析 1.1 桩头质量问题
位置:一般在桩头向下5m以内区域,出现的问题有夹泥、 夹砂或严重离析、分层等
缺陷类型: 分层离析、夹泥、低强混凝土,缩径、开裂等 信号特征: 表现为“低头”现象 成因:剔凿桩头不到位
导管拔出方式和拔出时间不正确 其它原因(塌孔、地表强泾流等)
1.2 桩中缺陷
位置:桩头向下5m以上,夹泥、夹砂或严重离析等
缺陷类型:与桩头缺陷有点类似,但缺陷类型更多 信号特征:表现为“冒尖”现象 成因:与施工工艺有关,如导管埋深不够造成泥浆或沉残留
等。也有可能导管埋的太深,混凝土上部水泥浆层与 泥砂混合,不能全部翻出来。 坍孔或异物掉入也是形成缺陷的主要原因之一。
无法确定其厚度;
▼ 逐渐扩径后突然缩径的缺陷很容易误判 为缩径;
▼ 只能了解桩身的平均声速,不能用 声
速判定桩身混凝土匀质性;
▼ 仅从反射波的时域波形不能推断出缺陷
的性质
4 低应变反射波法检测设备
康科瑞公司基桩动测仪KON-PIT(N)
智博联公司基桩动测ZBL-U8系列
岩海公司基桩动测仪RS16系列
械滤波,将击振的高频干扰成分滤除。 F. 防止碰撞破坏
2.5 存储多道波形
每个安装点敲击三次,三次波形叠加后的平均波形存储下 来作为一道。所以要求三次敲击的波形基本一致,否则平 均下来的波形就没有意义。
每个安装点要求存储2道以上波形,如果有三个安装点,就 要存储6道波形,这6道波形要求趋势基本一致,可能看到 桩底信号。目的是在波形分析的时候波形相互对比,确定 缺陷的位置和性质。
时程曲线图与扩径多次反射信号
缺陷的判定: 缩径类缺陷:同相位波形,存在多解性,例如:
离析、空洞、二次浇灌面、夹泥、缩径 地层由硬变软 扩径类缺陷:反相位波形 必须收集与掌握基桩施工过程的全部技术资料、档案,包括 工程场地的工程地质勘察报告、水文地质概况 灌注桩的成孔方式、成孔工艺 灌注桩的作业环境、灌注工艺、施工记录、异常情况

下限频3Δ率F33Hz,上12限0频率63Δ00F=123000H0z 200 150 100 因此(,H击z振)频率区0间(30,1500)Hz
假设C=4000m/s ΔF=C/2L
B . 击振脉冲波的频率与击振脉冲宽度有关, 窄脉冲频率高,宽脉冲频率低。不同材质的锤垫, 能调整脉冲宽度。 锤头的材质软,脉冲宽度宽
低通滤波 1000Hz
低通滤波 500Hz
3.2 积分处理
加速度型传感器信号积分的结果是质点速度(振动) 信号,积分的目的是改善信号质量,去除弱的振动,减小 余振,使直达波和桩底反射信号、缺陷反射信号更加直观
振动速度信号微分的结果是还原为加速度信号
振动速度信号再积分可成为位移信号。
第一组信号 原始波形 加速度信号
B 参数设置: 传感器类型: 速度型、加速度型 激振器:冲击锤、力锤(带传感器的锤)
采样间隔、采样点数: 决定了每次采样的记录时间长度,一般采样长度设置为
1024个点,采样间隔5μs~50μs 举例说明 显示时间:1024×10μs≈10000μs =10ms 假设V=4km/s , 可测桩长L=4km/s×10ms÷2=10m

l 锤头的面积大脉冲宽度宽
l 锤的落距与脉冲宽度关系不大,只有信号能量大小变化;
C. 击振的锤及力棒
尼龙头 铁头
力棒(尼龙头)
聚四氟乙烯头 铝头
激振方法总结
击振脉冲波的主频选择推荐值: ● 长桩、硬地层的中长桩击振频率要求低,用材质软的锤 头,重锤重敲
L=40m左右,f=500~1000Hz,用力棒敲击 L=15~25m,f=500~1000Hz,用力棒或软锤头敲击 ● 短桩或浅部缺陷击振频率要高, 用材质硬、质量轻的锤头,轻锤轻敲 L=10m左右,f=1000~2000Hz,用质量较轻的铁锤轻敲
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