5桩基础的测试与检测(动测)

检测结果的应用
☼确定桩身混凝土的纵波波速（已知桩长）
2L C tr
C － 桩身纵波波速（m/s）； L － 桩长（m）； tr －桩底反射波到达时间（s）。
检测结果的应用
☼
评价桩身质量
反射波形的特征是桩身质量的反应，利用反射波曲线进行桩身完整性 判定时，应根据波形、相位、振幅、频率及波至时刻等因素综合考虑。 （1）完整桩的波形特征 完整性好的基桩反射波 具有波形规则、清晰、 桩底反射波明显、反射波至时间容易读取、桩身混凝土平均纵波波速较高 的特性，同一场地完整桩反射波形具有较好的相似性。
Osterberg法的试验装置(以钢管桩为例) (a)试验装置 (b)钢管桩顶部装置 (c)荷载箱被推开 1―活塞 2―顶盖 3―箱壁 4―输压竖管 5―芯棒 6―密封圈; 7―输压横管 8―压力表 9，10，11―百分表 12―基准梁
由于作用力与反作用力相等，Osterberg 法所施加的荷载为传统试桩法桩顶荷载的一半。
扩径不是缺陷
反射波法
埋设于地下桩的长度要远大于其直径，因此可将其简化为无侧限约束的 一维弹性杆件，在桩顶初始扰力作用下产生的应力波沿桩身向下传播并且满 足一维波动方程（桩长远大于直径、且入射波长大于桩的直径）：
2 2u u 2 c 2 t x 2
弹性波沿桩身传播过程中，在桩身夹泥、离析、扩颈、缩颈、断裂、桩 端等桩身阻抗变化处将会发生反射和透射，用记录仪记录下反射波在桩身中 的传播的波形,通过对反射波曲线特征的分析即可对桩身的完整性、缺陷的位 置进行判定，并对桩身混凝土的强度进行评估。
基桩的高应变动测
基桩高应变动测就是在动测过程中利用外力使桩身产生较大的位移，
进而可以对桩身的质量和其承载能力进行判断。 高应变动测常用的方法有锤击贯入法、波动方程法等。
锤击贯入法是指用一定质量的重锤以不同的落距由低到高依次锤击
桩顶，用力传感器量测桩顶锤击力Ｑd，用百分表量测每次贯入所产生的贯 入度ｅ，通过对测试结果的分析，判断桩身缺陷，确定单桩的承载能力。
反射波法
桩的广义波阻抗
EA Z rC A C
C 为桩的声波速度 E 为桩的弹性模量 r 为桩的质量密度
rc 为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率
在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。
假定桩的材料沿长度不变(即rc不变)，则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化,
截面的任何变化都使部分入射波产生反射。
目的：检验桩基施工质量、判断桩身完整性、判定桩身缺陷
程度及位置等。
低应变法具有快速、简便、经济、实用等优点。低应变法基桩 动测的方法很多，本节主要介绍在工程中应用比较广泛、效果较好 的反射波法。
桩基的低应变动测
桩身完整性：反映桩身截面相对变化 －桩径、连续性－桩长、断桩、短桩。
缺陷判别：是否有利于承载力提高
当检测深部缺陷时，应选用柄长、重的尼龙锤来加大冲击能量； 当检测浅部缺陷时，可选用柄短、轻的尼龙锤。
检测方法
反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下 传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等)或桩身截 面积变化(如缩径或扩径)部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理 可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整 性、估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。
桩身缺陷段纵波速度 缺陷类别
纵波速度/ms-1
离析 1500～2700
断层夹泥 800～1000
裂缝空间 ＜600
缩颈
正常纵波速度
检测结果的应用
4）推求桩身混凝土强度
混凝土纵波波速与桩身强度关系 混凝土纵波波速/ ms-1 ＞4100 3700～4100 3500～3700 2500～3500 ＜2700 混凝土强度（等级） ＞C35 C30 C25 C20 ＜C20
基桩的高应变动测
单桩极限承载力
锤击贯入试验时，在软粘土地中可能使桩间土产生压缩，在粘土和砂土 中，贯入作用会引起孔隙水压力上升，而孔隙水压力的消散是需要一定时
间的，这都会使得贯入试验所确定的承载力比桩的实际承载力降低；
在风化岩石和泥质岩石中，桩周和桩端岩土的蠕变效应会导致桩承载力 的降低，贯入法确定的单桩承载力偏高。
检测结果的应用
桩身质量评定
A类桩：波形规则衰减，无缺陷反射波存在，桩底清晰，波速正
常，桩身完好。 B类桩：波形规则衰减，存在轻度缺陷反射波，桩身有小缺陷， 桩底可分辩，波速正常。可以作为工程桩使用。 C类桩：波形存在严重的缺陷反射波，桩底反射不易识别，波速 偏低，性质量较差。作为工程桩使用需采取处理措施。 D类桩：波形存在严重的缺陷反射波，且多次重复反射，波无法 向下传播，无桩底反射，为废桩。
♣按照测试时桩身和桩周土所产生的相对位移大小的不同。基桩的动 力测试又可分为低应变法和高应变法。
♣基桩的低应变动测试验 ♣基桩的高应变动测试验
桩基的低应变动测
基桩的低应变动测就是通过对桩顶施加激振能量,引 起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测和记录 桩顶的振动速度和加速度，利用波动理论或机械阻抗理 论对记录结果加以分析。
1 L t r C0 2
'
L′──桩身缺陷的位置（m）； tr′──桩身缺陷的部位反射波至时间（s）； c0 ──场地范围内桩身纵波波速平均值（m/s）。
检测结果的应用
桩身缺陷范围是指桩身缺陷沿轴向的经历长度。桩身缺陷范围可 按下面的方法计算：
1 l tC ' 2
l ──桩身缺陷的位置（m）； △t ──桩身缺陷的上、下面反射波至时间差（s）； Ｃ′──桩身缺陷段纵波波速（m/s）。
则表明在相应位置存在截面缩小；反之，当反射波信号与入射
被初始信号极性相反时，则表明在相应位置存在扩颈。 ☼ 变截面处反射波幅值(速度或应力幅值)与截面的变化差值成正比。
截面变化越大，反射波信号越强;
☼ 透射波的速度或应力在缩颈或扩颈处均不改变方向和符号。且 缩颈处透射波的幅值大于入射波。而扩颈处则相反。 ☼ 缩颈引起的反射波幅值总小于入射波。
基桩动测试验
20世纪80年代以来，我国的基桩动测技术得到了飞速发展。 基桩的动力测试，一般是在桩顶施加一激振能量，引起桩身 的振动，利用特定的仪器记录下桩身的振动信号并加以分析， 从中提取能够反映桩身性质的信息，从而达到确定桩身材料 强度、检查桩身的完整性、评价桩身施工质量和桩身承载力 等目的。
锤击贯入法试验装置
1―自动脱钩器 2―锤 3―锤垫 4―力传感器 5―桩帽 6―桩 7―百分表 8―动态应变仪 9―记录
基桩的高应变动测
在桩基工程的实践中，人们早已从直观上认识到同一场地、同一种 桩在相同的打桩设备条件下，桩容易打入土中时，表明土对桩的阻力小， 桩的承载力低；不易打入土中时，表明土对桩的阻力大，桩的承载力高。 因此，打桩过程中最后几击的贯入度常作为沉桩的控制标准。这就是说， 桩的静承载力和其贯入过程中的动阻力是密切相关。这就是用锤击贯入法 检验桩基质量、确定桩基承载力的客观依据。
检测方法
۞ ۞ ۞ ۞ ۞ ۞ ۞ ۞ 对被测桩头进行处理，凿去浮浆，平整桩头，割除桩外露的过长钢筋； 接通电源，对测试仪器进行预热，进行激振和接收条件的选择性试验， 以确定最佳激振方式和接收条件； 对于灌注桩和预制桩，激振点一般选在桩头的中心部位；对于水泥土桩， 激振点应选择在1/4桩径处。 为了保证传感器与桩头的紧密接触，应在传感器底面涂抹凡士林或黄油。 当桩径较大时，可在桩头安放两个或多个传感器； 为了减少随机干扰的影响，可采用信号增强技术进行多次重复激振，以 提高信噪比； 为了提高反射波的分辨率，应尽量使用小能量激振，并选用截止频率较 高的传感器和放大器； 由于面波的干扰，桩身浅部的反射比较紊乱，为了有效地识别桩头附近 的浅部缺陷，必要时可采用横向激振水平接收的方式进行辅助判别； 每根试桩应进行3～5次重复测试，出现异常波形应立即分析原因，排除 影响测试的不良因素后再重复测试，重复测试的波形应与原波形有良好 的相似性。
Osterberg试桩法
（自平衡试桩法）
该方法由Osterberg(1989)所开发，并且得到了快速和极大的发展。所 以，又以Osterberg试桩法闻名于世。 Osterberg试桩法由于其加压装置简单，不需压重平台，不需锚桩反 力架，不占用施工场地。试验方便，费用低廉，节省时间，且能直接测出 桩的侧阻力和端阻力，近10年来该法已在美国许多州广泛使用。美国深基 础协会(DFI)为此授予Osterberg教授以“杰出贡献奖”，并称试桩已进入 “Osterberg新时期”。 该方法已成为多国专利，并已在英、日、加拿大、菲律宾、新加坡等 国及我国香港、台湾等地应用。
检测设备
用于反射波法桩基动测的仪器一般有传感器、放大器、滤波器、 数据处理系统以及激振设备和专用附件等。
（1）传感器 传感器一般可选用宽频带的速度或加速度传感器。 （2）放大器 放大器的增益应大于60dB，长期变化量小于1%，折合 输入端的噪声水平应低于3μv，频带宽度应宽于1Hz～20kHz，滤波频 率可调。 （3）激振设备 激振设备应有不同材质、不同重量之分，以便于改变 激振频谱和能量，满足不同的检测目的。 目前工程中常用的锤头有塑料头锤和尼龙头锤，锤柄有塑料柄、 尼龙柄、铁柄等，柄长可根据需要而变化。一般说来，柄越短，则由 柄本身振动所引起的噪声越小。
检测结果的应用
（2）离析和缩颈桩的波形特征 离析和缩颈桩桩身混凝土纵波波速较低， 反射波幅减少，桩的波形特征 桩身断裂时其反射波到达时间小于桩底反射波 到达时间，波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射。
检测结果的应用
3）确定桩身缺陷的位置与范围（已知桩身纵波波速） 桩身缺陷离开桩顶的位置L′
锤击贯入法和静载荷试验对比曲线
基桩的高应变动测
桩身缺陷判别
锤击贯入法对桩身缺陷，尤其是对桩身深部的轻 度缺陷反应并不敏感。同时，这种方法对确定灌注桩 缺陷类型、规模时的适用性远不如其它检测方法。因 此，利用锤击贯入法检测桩身缺陷，需十分谨慎。