成都课件(四)基桩完整性检测新技术.ppt

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基桩完整性检测新技术基桩完整性检测新技术贺怀建中国科学院武汉岩土力学研究所港口、码头基桩检测港口、码头基桩检测已有建筑结构地基加固已有建筑结构地基加固主要内容主要内容基桩完整性检测新技术（桩侧激振法、双速度法、旁孔透射法、单孔折射波法、弯曲渡法、超震波法以及动力荷栽法、桩长增量逼近法等）；建筑基桩检测设备操作中应注意的事项解析；侧向激振下桩身完整性试验在役结构基桩桩顶是嵌固在桩帽或横梁中，常规的在桩顶敲击与接收的反射波法不再适用，如何评价在役结构基桩的完整性是检测人员棘手的难题，为了解决该难题，侧向激振下桩身完整性试验应运而生。

侧向激振作用下的桩基质量检测新技术为桩身完整性检测提供了一种新的可靠手段，适应于桩顶为非自由端的桩或旧有适应于桩顶为非自由端的桩或旧有建筑物的原有桩基检测。

建筑物的原有桩基检测。

通过模型桩及工程实例验证：

采用侧向激振技术，结合时域法分析波形不失为一种有效的无损检测方法，该法操作简单、快速，值得推广。

工程应用用侧向激振法对某市某桥工地进行了反射波法动测试桩，该工地采用人工挖孔灌注桩，对其中2#桩进行了侧向激振测试，桩径700mm，有效桩长38.5m，混凝土设计强度等级为C25，测试龄期为40d，桩端为弱风化花岗岩，设计极限承载力为4800kN。

在2#桩距桩顶20cm处粘贴预制好的混凝土楔块，正对面用加速度传感器接收响应信号，下图是侧向激振时的加速度响应曲线，由桩底反射波形得时间差为217ms，多次测试算得平均波速为3545ms。

从而也可以确定出其它桩的实际桩长。

由图可见，在与首脉冲时间差36ms处，出现与入射波同相的反射波形，即阻抗变小的反射信号，且多次反射，则算得该处距离为：

h=1/2（vt）=-1/235453610-3=068m后经施工方考证，实际施工中在距桩顶约60cm处开始扩大桩头，半径外扩lOcm，用于提高桩顶的嵌固能力。

对于旧楼改造或旧桥评估来讲,由于历史原因，常缺少准确的地质、结构设计、施工或验收检测等相关资料。

特别是隐蔽工程的地下桩基础，由于其与上部结构相连接，其桩身完整性无法采用常规的低应变反射法进行检测。

基桩完整性双速度测试技术双速度测试方法同样用于既有结构下桩身完整性测试，其原理为在桩身侧面距离桩顶Z1和Z2处分别安装两个加速度计A1和A2。

测试时在A1之上某一位置冲击桩身,可以得到两条速度曲线。

图中显示了应力波传播路径及两道速度随时间的变化，其中L表示桩长，c表示桩身平均波速，应力波沿桩身传到桩底的时间为L/c，桩底反射波到达A，处时间为ZL/c。

平均波速的确定由于实测了两个速度曲线，可采用下式计算桩身平均波速:

C=z/t式中：

c为桩身平均波速；z为加速度传感器A1和A2之间的已知距离（z=z2-z1）：

t为到达加速度传感器A1和A2的时间差（t=t2t1或t4-t3）。

既有建筑下的桩基测试举一个简单的例子，桩顶上部存在一个承台基础，承台顶部允许敲击，桩身上只安装一个加速度传感器，如图所示。

使用手锤敲击承台顶部。

由速度记录可观察到如下反射信号：

1、由冲击作用产生的下行应力波；2、由承台界面反射形成的下行应力波；3、由缺陷反射形成的上行应力波；4、由承台界面反射形成的下行应力波；5、由桩底反射形成的上行应力波。

其中缺陷反射的上行波3和桩底反射的上行波5是有效波，而冲击作用和承台界面引起的下行波是需要加以区分的。

实例分析试桩为一截面25.4cmx25.4cm,桩长12.2m的预制混凝土桩。

两个加速度传感器A1和A2分别安装在桩顶以下4.57。

和5.18m处,冲击位置在桩顶以下3.96m处，如图5所示。

敲击后，产生两个应力波，一个向上传播称为应力波1，另一个向下传播称为应力波2。

应力波1向上至桩顶反射,应力波2向下至桩底反射。

A1处观测到的速度变化包括:

1）应力波2的冲击脉冲;2）应力波1的桩顶反射;3）应力波2的桩底反射;4）应力波1的桩底反射;5）应力波2的桩顶反射;6）应力波1的桩顶反射;7）应力波2的桩底反射。

对测试来讲,有效波是来自桩底的反射3、4和7的上行波。

下图为A1处的实测曲线。

若无桩长和桩身结构资料,很难从曲线中辨别出桩底反射。

A1和A2处的实测速度曲线如图a所示，计算的上行波速度曲线如图b所示可以看出有三个主要反射峰，分别位于7.6，11.6，19.8m处。

显然，位于7.6m处的第一个主反射是桩底反射。

如果只使用A1，则很难确定桩底反射位置，甚至可能将3.5m的反射误以为缺陷。

弯曲波法该法是在桩侧横向敲击产生一个弯曲波，而不是常规低应变检测用的压缩波在桩侧水平向激振产生弯曲波向同时上下传播.起初只是用来评估桥梁下木桩的桩长。

国内目前对桩顶受到横向冲击荷载时桩的瞬态横向动力响应的研究不多，但是规范有类似规定，对桩体浅部断裂的定性判断，可通过横向激振，比较同类桩横向振动特征的差异进行辅助判断.弯曲波被安在装桩顶下方附近，位于桩身同一侧的2只相距不远的加速度计的记录，2只加速度计与激振点位于桩同侧的同一平面内，该方法的理论基础是不同脉宽的脉冲激励以后桩身弯曲波能量的频散采集系统包括动态信号分析仪，橡胶、硬塑料和钢制等不同材质锤头的激振手锤或类似的激振设备，采用金属锤头的激振手锤时，还要有保护桩身的锤垫单孔折射法一发双收换能器的工作原理工作原理为当一发双收换能器置于混凝土钻孔的中心，发射换能器T辐射的声波，满足入射角等于第一临界角的声线，在岩体或混凝土孔壁的声波折射角将等于90度，即声波沿着钻孔壁滑行，然后又分别折射回孔中，由接收换能器R1和R2分别接收（所以可称其为折射波法）。

关于源距L和间距h由上图可见，t1和t2都包含了声波在钻孔井液内及混凝土中的传播时间，通过（t2-t1）后井液中的声时便可以完全抵消了，便只保留了声波由R1传播到R2的声时。

要注意的是，声波还会由发射换能器T直接在井液中传播到接收换能器R1。

好在混凝土或岩体的声速远高于井液的声速，所以只要源距L足够大，使声波在混凝土或岩体中传播距离也足够大，也就是使t1小于由井液中传播的时间tw。

这样，单孔一发双收测试才能成为可能。

最小源距的问题，也就是要求：

式中tw为发射换能器T发射的声波由井液传播到R1的声时；Cw为井液的声速；Lmin为满足上式的源距，即最小源距。

通过计算，最小源距的计算公式如下：

式中Lmin为最小源距；Cw：

井液声速、CR：

岩体或混凝土最低声速（可取CR=1800m/s）；D为钻孔直径；d为“一发双收”换能器直径。

一发双收换能器测试系统旁孔透射波法旁孔透射波法一种用旁孔透射波法检测既有建筑物基桩质量的方法，它是通过在既有建筑物基桩旁埋设平行于基桩的PVC管，利用工程地震仪沿PVC管深度方向测试经基桩透射过来的地震波，根据检波器所接收到地震波的初至时间和振幅来判断基桩长度和完整性的方法。

旁孔透射波法原理示意图该测试方法的原理是：

地震波在基桩的传播速度远远大于在桩周土，而衰减系数小于桩周土，当检波器远离基桩底端时，接收到的地震波在土壤中传播的距离增大，必然加大初至时间的后延且加速振幅的衰减，同理在基桩缺陷的位置也会出现初至时间的突然增大和振幅的突然衰减，因此可通过对地震波波列初至时间和振幅综合分析，判断基桩长度和完整性。

钻孔钻孔附近地面应尽可能平整考虑到减少对孔壁周围土层的扰动，在保证传感器能顺利地在测管中上下移动的前提下，钻孔孔径应尽可能的小，一般为510cm，因为钻孔孔径过大，测管周围与孔壁之间的孔隙被填充，会改变波的传播路径钻孔位置一般要尽可能地接近桩，一般距离桩宜在1.5m以内，如果桩周土较好，例如饱和砂土，4.56.0m也是可行的，当然，距离越远，数据处理的难度越大，钻孔的深度一般应比预估桩长深，至少35m，钻孔应与桩身轴线平行为了避免可能的误差，钻孔垂直度宜控制在0.5%以内。

测管的埋设在进行旁孔透射波法检测时，为了防止孔壁坍落以及使传感器与桩周土层更好地耦合，应在钻孔完毕后下PVC管或ABS管，考虑到测管与周边土壤的粘结，套管与孔壁之间的孔隙不宜用一般的砂土回填，应灌注混凝土浆液其中测管底端及管节处应密封，管中应注满清水作为耦合剂浑浊水将明显甚至严重加大声波衰减和延长传播时间，给检测结果带来误差。

现场检测利用手锤在桩顶面（或与桩顶联结的上部结构）上激振产生力脉冲，其中手锤与一触发装置相连，力脉冲一旦产生，触发装置即开始记录。

信号分析旁孔透射波法是测量透射波的初至时间与检测深度之间的关系和能量的衰减情况初至时间与检测深度之间的关系是一条折线，折点位置就是两种不同介质的分界面，对于基桩检测，当波在桩的传播速度远大于桩周土且桩与测孔的间距较小时，折点的位置就是桩底的位置。

三、桩身内力和桩端阻力测试滑动测微计80年代初，瑞士联邦苏黎世科技大学K.Kovari教授等提出了线法监测原理。

其显著特点区别于以应变计为代表的点法监测原理。

点法监测只能测定元件埋设处的应变信息,而线法监测是连续地测量相邻2点间的信息,从而导出整条测线上的变形分布。

本工程采用瑞士生产的滑动测微计，运用线法检测原理，确定灌注桩在荷载作用下轴力、摩阻力、端承力等参数及其变化规律。

滑动测位计测试示意自平衡法，是一种基于在桩基内部寻求加载反力的静载荷试验方法。

相应地，这种试验方法的实施技术，称为“自反力法测桩技术”或者“自平衡法测桩技术”。

44、自平衡法、自平衡法传统的静载试桩法遇到了挑战传统的静载试桩法遇到了挑战费时、费力、费钱、费时、费力、费钱、不安全不安全OsterbergOsterberg试桩法的主要特点试桩法的主要特点O-cellO-cell可放在桩身的不同部位可放在桩身的不同部位O-cellO-cell放置在灌注桩的中部放置在灌注桩的中部O-cell可以组合可以组合O-cellO-cell法在国外的应用法在国外的应用国外应用国外应用OsterbergOsterberg试桩法测得的最大单桩承载力试桩法测得的最大单桩承载力（t=t=美吨美吨=2000=2000磅）磅）日本的一项研究成果日本的一项研究成果日本学者曾于日本学者曾于19601960年代末提出桩底加载法，并获得专利年代末提出桩底加载法，并获得专利清华大学李广信教授进行了不同加载方式下清华大学李广信教授进行了不同加载方式下桩侧阻力研究及桩侧阻力研究及模型试验模型试验+现场试验现场试验江苏南京的研究应用江苏南京的研究应用19971997、20002000龚维明教授申请获得了龚维明教授申请获得了“桩承桩承载力测定装置载力测定装置”及及“桩承载力测定用荷载箱桩承载力测定用荷载箱”专利专利提出了提出了“自平衡法自平衡法”之名称之名称桩承载力自平衡测试技术规程桩承载力自平衡测试技术规程出台出台在国内大面积推广在国内大面积推广O-cellO-cell法的优点和局限性法的优点和局限性它是一种构思独特、装置简单，试验方便安全，它是一种构思独特、装置简单，试验方便安全，有巨大推广价值的试桩方法有巨大推广价值的试桩方法由于试桩的受荷状态，毕竟不同于桩在正常工由于试桩的受荷状态，毕竟不同于桩在正常工作时的状态，诸多问题有待深入研究作时的状态，诸多问题有待深入研究,例如：

例如：

桩侧阻力的问题桩侧阻力的问题荷载箱的摆放位置，影响试桩结果荷载箱的摆放位置，影响试桩结果判定单桩承载力的方法不一，有待研究判定单桩承载力的方法不一，有待研究对长桩测试可能问题较多；对嵌岩桩测试较好对长桩测试可能问题较多；对嵌岩桩测试较好不能应用于桩基竣工后检测，等等不能应用于桩基竣工后检测，等等某地方标准第一节总则第某地方标准第一节总则第1.1条称：

条称：

“自平衡试桩自平衡试桩法是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件法是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的一种试桩方法的一种试桩方法”。

几个问题供大家商榷

（一）几个问题供大家商榷

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（二）几个问题供大家商榷

（二）“自平衡法自平衡法”，要找到自平衡点，要找到自平衡点，是一个困难是一个困难而又复杂的问题（龚维明教授语）而又复杂的问题（龚维明教授语）几个问题供大