反射波法检测基桩完整性2014
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反射波法检测基桩完整性
2014年06月
反射波检测基桩完整性
z基本原理
z仪器设备
z现场检测
z工程实例
基本原理——基本假设
z连续弹性的一维均质杆件（D<λ 的影响 z桩在变形时横截面保持为平面，沿截 面有均布的轴向应力 满足以上假定条件时，桩可视为一维杆件 •检测桩身混凝土的完整性•推定缺陷类型及 其在桩身中的位置 当在桩顶垂直施加一瞬时作用力后，桩的端面上的质点受力后产生振动，而振动的传播就形成了波，此时弹性波就会沿着桩身进行传播。1、激振产生的是半球面波，要求垂直激振，只产生纵波；2、因波长较长，远离桩头后可按准平面波考虑；3、近桩头部位有斜入射发生，会有折射纵波P、折射横波S，向桩身外传播；4、垂直入射的纵波传播至桩底，再向上反射。 z折射及折射损失：折射损失主要在桩头附近产生；土层越硬，折射损失越大，反射信号越弱。 z衰减损失：高频成份会不同程度的衰减。 桩不是完全弹性的，桩身存在内阻尼 桩是埋入土中，桩侧土的阻力，同样产生弹性波的衰减 z反射、透射及反射损失：桩身内出现缺陷的部位及桩底均存在波阻抗界面，均会产生反射及透射 Z1 F↑, v↑F1↓, v1 ↓ F↓, v↓Z2 z A2 z So that, Z2 z Z1-Z2>0 z[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V↓>0 z V↑& V↓in the same direction z F↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F↓ z V↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V↓ A1 > A2 局部阻抗缩小全界面阻抗缩小 Z1 F ↑, v ↑ F 1↓, v 1 ↓ F ↓, v ↓ Z2 z F ↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F ↓z V ↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓ ρ1 > ρ2 z A2=A1, ρ2<ρ1, C2 z [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓>0z V ↑& V ↓in the same direction 基本原理——空洞、孔隙、离析 Z1 F ↑, v ↑ F 1↓, v 1 ↓ F ↓, v ↓ Z2 z F ↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F ↓z V ↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓ A1 < A2z A2>A1, ρ2=ρ1, C2=C1z So that, Z2>Z1z Z1-Z2<0 z [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓<0z V ↑& V ↓in the opposite direction 基本原理——扩径（颈） 局部阻抗增大全界面阻抗增大 基本原理——扩径（颈） z 桩端模型(两种极限状态) V1 V2 V1=V2/2 自由端F=0固定端 V=0 基本原理——桩端模型 基本原理——小结 z对于缩颈类缺陷（缩径、空洞、离析、裂缝等），反射波与入射波同相 z对于扩颈类缺陷，反射波与入射波反相 z当桩长和桩径一定时，桩身强度愈大、桩侧土强度愈小，桩底反射信号愈强；反之，桩身强度愈低、桩侧土强度愈大，桩底反射信号愈弱。 z 主机系统z 激振设备z 接收传感器z 分析处理软件 仪器设备——主要组成 z A/D 位数：24位 z 前置放大：1、2、5、10、20、50、100倍 z 采样间隔：1us 至64ms ，可调 z 采样长度：>=4096 z 频响：10Hz 至10000Hz z 波形采集、显示、存储、处理、打印 主要包括控制系统、电源系统、模拟滤波、放大系统、信号采集、控制与分析软件等。 仪器设备——主机系统 z激振效果的好坏，主要受碰撞材料的重量、硬度、弹模、接触面积及碰撞方向和速度等影响； z材质越软、碰撞速度越低，锤体越重，信号的脉冲宽度就越大，覆盖的高频成份也就越少。 z碰撞方向和碰撞形式主要影响波形形态，反射波测桩以自由 落体和垂直敲击为宜，有利于 抑制质点的横向振动。 z对不同长度、不同类型的基桩，需采用不同材料、不同能量的激振设 备。一般大长桩用大力棒（能量大、频率低），短细桩或测试浅部缺陷 时用手锤（能量小，频率高），介 于中间的桩则可用小力棒（能量及 频率介于大力棒及手锤之间），当 然敲击设备的选择也与地质情况有 关，用户可以根据经验选择 z振源对检测信号的影响 z锤头材料：过硬，高频波提高缺陷分辨率，探测浅部缺陷有利，易衰减，不易获取桩底反射；过软，低频波有利于桩底反射，但降低桩身上部缺陷的分辨能力。 z冲击能量：锤重及落锤速度决定能量大小。能量应适中，过小，应力波很快衰减，看不到下部缺陷和桩底反射。在检测大直径长桩时应选择较重的力锤并加大锤击速度，大幅度提高敲击力，但锤过重将掩盖微小缺陷。锤重的选择应使得有明显的桩底反射为原则。