低应变检测省培训-孙雪峰课件

五 结果分析
测试盲区：
桩身浅部缺陷不易识别和定位，桩顶呈现这种现象的区段成为 盲区。一般在距桩顶1～1.5倍桩径范围内。
盲区问题相当于纵向尺寸效应问题。当脉冲波长较长时，理论 计算结果表明浅部缺陷段波动性状不明显，无法用一维理论缺陷定 位准则进行准确缺陷定位。一维应力波理论是在杆横向尺寸影响忽 略背景下建立的，并没有排除浅部有严重缺陷的情况，不存在不符 合和不适用问题。
点记录的有效信号数不宜少于3个。 时域信号2L/c后延5ms，幅频信号频率上限不小于
2000Hz。 检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原
因，增加检测点数量。各条测试曲线反应应基本一致， 有助于对桩身缺陷的准确把握和判断。 信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统 的量程。 应去除场地周边环境电磁干扰、耦合剂、导线、桩头处 理对曲线不一致的影响
四 锤击点和安装点示意图
R
2 3
R
R
传感器安装点 激振锤击点
实心桩
空心桩
四 现场检测
特征波速： C20：3200 C25：3600 C30～C35：3800 C40以上：3800以上 PHC管桩（C80）：4000左右 钢桩：5120
四 现场检测
信号采集和筛选： 根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测
二 理论基础
例题： 1 已知密度ρ、波速c、截面积A，求弹模
E，阻抗Z 2 已知波速c、振动频率f，求波长λ。 3 已知力脉冲宽度Tp，波速c，求特征波
长。 4 透射波、反射波计算 5 对砼桩而言，波速和质点振动速度相比
哪个大？
三 仪器设备
在检定期内使用 环境条件符合设备要求（包括温度、湿度、
二 理论基础
a=Z2/Z1 反射波力Fb＝Fa(a-1)/(a+1) 透射波力Fc=Fa*2a/(a+1) 反射波速度vb=-va (a-1)/(a+1) 透射波速度vc=va *2/(a+1)
二 理论基础
a＝1，则不存在突变，也无反射波。 a＞1时，相当于扩径，为反相反射。 a＜1时，相当于缩径，为同相反射。 a为无穷大，相当于固定端，反射波使固定端处力值加倍，
土预制桩，不少于总桩数的10％且不应少于10根。
四 现场检测
检测时间：
混凝土强度大于设计强度的70％且不低于15MPa
思考：预制桩休止时间？
四 现场检测
1 桩头处理 受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计
条件基本等同。 灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出
坚硬的混凝土表面桩顶表面应平整干净且无积水； 应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平； 妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。 对于预应力管桩，法兰盘与桩身混凝土之间结合不
速度为零。 a为0，相当于自由端，反射波使自由端处速度值加倍，
力值为零。
二 理论基础
低应变法适用范围 1 受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量
的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5；对薄壁 钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，低应变方法 不适用。 2不能给出桩身纵向裂缝、较深部缺陷方位 3低应变法对桩身缺陷程度只作定性判定 4一般不区分缺陷类型 5测不到桩底反射信号，无法判定整根桩的完整 性。应通过现场试验，依据能否识别桩底反射信 号，确定该方法是否适用。
五 结果分析
桩身阻抗多变： 如果能测到明 显的桩底或桩 深部缺陷反射， 则桩身上部的 缺陷一般不可 能属于很明显 或严重的缺陷
五 结果分析
桩身阻抗渐变： 对于混凝土灌注 桩，采用时域信 号分析时应区分 桩身截面渐变后 恢复至原桩径并 在该阻抗突变处 的一次反射，或 扩径突变处的二 次反射。
五 结果分析
电磁干扰等）
三 仪器设备
动测仪：
应在《基桩动测仪》JG/T3055－1999 2级标准以上：
采样频率：≥20kHz A/D转换：≥12位 采样点数：≥1024 频率响应：3～3000Hz内幅频误差≤±5％， 2～5000Hz内幅频
误差≤±10％ 幅值非线性： ≤5％ 传感器安装谐振频率：≥10kHz
思考：宽脉冲测深部缺陷－－能量大，低频衰减慢
四 现场检测
传感器安装及激振点选择：
传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；必要时可采 用冲击钻打孔安装方式，但传感器底安装面应与桩顶面紧 密接触。激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。
实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位 置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感 器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹 角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的 1/2处。
思考：激振能量大小影响衰减快慢？影响传播远近？
三 仪器设备
钟形力脉冲及其频谱
fH≈2000/Tp Tp:力脉冲宽度力脉冲频谱 fH:高端截止频率
思考：铁锤、尼龙锤、硬橡胶锤力信号频谱哪个最宽？
四 现场检测
抽样规则与抽检数量：
A）柱下三桩或三桩以下承台抽检桩数不得少于1根； B）30％且不得少于20根；一般项目20％且不少于10根; C）地下水位以上终孔且持力层通过核验的人工挖孔桩、单节混凝
二 理论基础
一维线弹性杆件模型（材质均匀、截面恒定、弹性杆 面积A 弹模E 密度ρ 波速c）
理论基础是一维波动理论
σ
x
dx
σ+ dx x u
2u x 2
1 c2
2u t 2
二 理论基础
Z1 Va ↓ Vb ↑ Fa ↓ Fb ↑
Vc ↓ Fc ↓ Z2
桩截面变化情况
桩截面变化处平衡 相容条件：
桩身缺陷指标：位置、类型（性质）和程度。
二 理论基础
测试原理：在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下
传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析 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。 经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息， 从而判定桩身完整性情况。
对于嵌岩桩，桩底时域反射信号为单一反射波 且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核 验桩端嵌岩情况。
五 结果分析
出现下列情况之一，桩身完整性判定宜结合其 他检测方法进行：
实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价。 桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。
五 结果分析
桩身浅部严重缺陷：大振幅、低频宽幅大摆动
间越长，表现为宽脉冲，反之则为窄脉冲。 锤头材料依软硬不同依次为：钢、铝、尼龙、硬塑料、聚
四氟乙烯、硬橡胶等。 锤垫：一般用1～2mm厚薄层加筋或不加筋橡胶带。 稳态激振设备： 主要由电磁式激振器、信号发生器、功率放大器和悬挂装
置等组成。要求激振器出力在5～1500Hz频率范围内恒 定，常用的电磁激振器出力为100N或200N，有条件时可 选用出力400～600N的激振器。
基桩低应变检测
厦门市工程检测中心有限公司
孙雪峰
基桩低应变检测
一 低应变概念 二 理论基础 三 仪器设备 四 现场检测 五 结果分析
一 低应变概念
1 低应变法：采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激
振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动 理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。
低应变方法：动力参数法、锤击灌入试桩法、水电效应法、
机械阻抗法、共振法、反射波法。
低应变桩身应变量：一般小于0.01‰，桩-土系统处
于弹性状态 。
一 低应变概念
桩身完整性：①桩身截面尺寸相对变化
②桩身材料密实性
③桩身材料连续性。
桩身缺陷：使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构
强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、 松散等现象的统称。
1 位移连续条件 2 力连续条件 3 速度连续条件 4 应力应变关系
二 理论基础
公式1 E＝ρC2 公式2 Z＝EA/C ＝ ρC A 公式3 F＝±Z v 公式4 v＝±c ε
v：质点运动速度，注意和c不同 c：波速 ρ：密度 A：截面积 E：弹性模量 Z：声阻抗 F：截面力 ε：应变 ±：对应下、上行波
三 仪器设备
传感器：
将非电量转化为电量，指标：灵敏度，线性度，频响，迟滞，重复 性等
一般采用压电式加速度传感器 压电传感器优点：体积小、重量轻、结构坚固、频带宽、稳定性好、
适应场合广
三 仪器设备
激振设备： 瞬态激振设备：手锤和力棒 脉冲宽窄：锤越重，锤头或锤垫材料越软，力脉冲作用时
相应的导纳值。
判断：完整桩， Nm约等于Nc ， Kd值正常；
缺陷桩， Nm大于Nc ， Kd值低；
扩径桩， Nm小于Nc ， Kd值高。
五 结果分析
例题：
已知某桩桩长，波速，第一共振频率（一阶基频），试判定持力 层情况。
结果分析
桩身完整性判定：
Ⅰ类：完整 Ⅱ类：轻度缺陷 Ⅲ类：明显缺陷 Ⅳ类：严重缺陷
五 结果分析
由速度导纳曲线：
导纳理论计算值：Nc＝1/（ρcm A） 实测导纳几何平均值：Nm＝（PmaxQmin）0.5 动刚度：Kd＝2πfm/(|v/F|)m Cm:桩身波速平均值 Pmax、Qmin：导纳曲线上谐振波峰最大值、谐振波谷最小值 fm、 (|v/F|)m：导纳曲线上起始近似直线段上任一频率值及
exp:20
sr
Site
26A
Thu
Jan
28,
2 0V 17 0. 4 P i l e
0 . 71 5. 25 . 23 5 3 . 74 5. 55 . 26 5 6 . 77 5. 5 [ m ]
D B 3 5 0 0 [ m / s f] : 3
exp:10
sr
26AA
Thu
Feb
04,
2 0V 17 0. 4
四 现场检测
例题
已知采样频率f和采样点数n，求频域分辨率。
五 结果分析
信号后处理： 选择合适的波速、滤波、放大系数 选择能够反应桩身缺陷的波形
五 结果分析
V(mm/s)
Δtx =2x/c
V(mm/s)
ΔT= 2L/c
3Δf ' 4Δf
t(ms)
缺陷位置
x＝c Δt/2
x＝c/(2Δf’）
如何正确判定缺陷程Fra Baidu bibliotek，特别是缺陷十分明显时，如何区分 是Ⅲ类桩还是Ⅳ类桩，应仔细对照桩型、地质条件、施工情 况结合当地经验综合分析判断。同时，还应结合基础和上部 结构型式对桩的承载安全性要求，考虑桩身承载力不足引发 桩身结构破坏的可能性，进行缺陷类别划分，不宜单凭测试 信号定论。
五 结果分析
完整 轻度缺陷 严重缺陷
紧密时，应采用电锯将桩头锯平。 如对测试有影响，桩头应与混凝土承台或垫层断开
四 现场检测
桩头处理
四 现场检测
0 Site Pile
0 . 71 5. 25 . 23 5 3 . 74 5. 55 . 26 5 6 . 77 5. 5 [ m ]
0
D B 3 5 0 0 [ m / s f] : 3
五 结果分析
无限柔性地基
无限刚性地基
机械阻抗法曲线 x轴为频率，纵轴υ＝速度V/力F
第一种情况、第二种情况Δf＝f2－f1＝c/2L
五 结果分析
Pmax Qmin
机械阻抗法曲线 x轴为频率，纵轴υ＝速度V/力F
1 实际情况Δf≈c/2L
2 实际情况0＜f0＜c/4L
3 由f0判定持力层情况，接近c/4L则持力层较好 。
有浮浆
敲除浮浆
四 现场检测
承台影响
四 现场检测
激振设备选择：
应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽 脉冲或高频窄脉冲。宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反 射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。
目的：控制激励脉冲的宽窄以获得清晰的桩身阻抗变化反射 或桩底反射，同时又不明显产生波形失真或高频干扰；获得 较大的信号动态范围而不超载。
四 现场检测
V(mm/s) ΔT = 2L/c
完整桩时域 曲线
t(ms)
5Δf
完整桩频域 曲线
0
300
600
900
1200
1500 f(Hz)
四 现场检测
频域分析：
信号频率上限，由采样定理：fmax＝1/（2Δt） 采样时间：T＝ nΔt 频率分辨率：Δf＝ 1/（nΔt） Δt：采样时间间隔 n：采样点数 时域精度要求：采样频率≥20kHz，而频域为提高分辨率一般 ≤4kHz
0
300
600
900
1200
1500 f(Hz)
五 结果分析
场地波速平均值：cm＝Σci/n 桩身波速：ci＝2L/ΔT,ci=2LΔf 条件：1 Ⅰ类桩
2 n≥5
3 |ci－cm|/cm≤5％
五 结果分析
例题： 已知某场地6根Ⅰ类桩桩身波速分别为
3200，3300，……，求场地平均波速。