工程基桩检测技术.docx

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工程基桩检测技术

基桩检测的基本方法

1低应变反射波法（瞬态激振时域频域分析法）。

2声波透射法。

3高应变法。

4单桩竖向抗压静载试验。

5单桩竖向抗拔静载试验。

６单桩水平静载试验

７钻芯法

基本规定

1一般规定

1基桩完整性及承载力检测应在桩顶设计标高位置进行。

2基桩检测开始时间应符合下列规定：

（1）当采用低应变反射波法或声波透射法检测时，受检桩桩身混凝土强度不得低于设计强度的70%且桩身强度应不低于15MPa；

（2）单桩静载试验与高应变法检测前桩身混凝土强度应达到设计强度，桩周土的间歇时间应满足下列要求：

对打入桩，砂土7天，粉土10天，非饱和粘性土15天，饱和粘性土25天；对于泥浆护壁混凝土灌注桩，宜适当延长间歇时间。

3当对检测结果有怀疑或有争议时，可进行验证检测。

验证检测应符合下列规定：

（1）对低应变法检测结果有怀疑或争议时，可采用钻芯法、高应变法或直接开挖进行验证；

（2）对声波透射法检测结果有怀疑或争议时，可进行钻芯法验证；

（3）对高应变法提供的单桩承载力有怀疑或争议时，应采用静载试验验证，并应以静载试验的结果为准。

4当检测结果不满足设计要求时，应进行扩大抽检。

扩大抽检应符合下列规定：

（1）当采用低应变法检测桩身完整性时，按所发现Ⅲ、Ⅳ类桩的桩数加倍抽检；

（2）单桩承载力或钻芯法抽检结果不满足设计要求时，应分析原因并按不满足设计要求的桩（点）数加倍抽检。

2检测结果评定

1桩身完整性检测结果评定应给出每根受检桩的桩身完整性类别。

桩身完整性分类应符合表1的规定。

表1桩身完整性类别表

桩身完整性类别

分类原则

Ⅰ类桩

桩身完整

Ⅱ类桩

桩身存在轻微缺陷

Ⅲ类桩

桩身存在明显缺陷

Ⅳ类桩

桩身存在严重缺陷

2Ⅰ类、Ⅱ类桩为合格桩；Ⅲ类桩需由工程建设方与设计方等单位研究，以确定修补方案或继续使用；Ⅳ类桩为不合格桩。

一、低应变反射波法（瞬态激振时域频域分析法）

1适用范围

1.1本方法适用于检测规则截面混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置范围。

1.2本方法检测的基桩桩径应小于2.0m，桩长不大于50m，或有效检测深度根据现场试验确定。

2检测原理

2.1低应变反射波法（瞬态激振时域频域分析法）是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法，它采用瞬态激振方式，通过实测桩顶加速度或速度信号的时、频域特征，籍一维弹性波动理论分析来判定基桩桩身完整性，其中包括桩身存在的缺陷位置及其影响程度。

假设桩为一维线型弹性杆件模型，可推导出一维波动方程，结合边界条件可对一维波动方程采用波动法求解。

桩顶激振产生的下行压缩波在桩身波阻抗发生变化处会产生上行反射波。

在某一桩身截面处波阻抗降低，如缩颈、松散、离析、夹泥或断裂等缺陷，反射波与入射波的相位相同；在某一桩身截面处波阻抗增大，如扩径或桩身嵌岩等，反射波与入射波的相位相反。

对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号主要反映桩身波阻抗减小的信息，缺陷的具体类型较难区分。

应结合地质、施工情况综合分析。

一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假定成立，所以对混凝土竹节桩、挤扩支盘灌注桩和类似于H型钢桩的异型桩，本方法不适用。

2.2桩完整性和类别可根据时域频域图形特点结合表2.2判定：

1完整桩时域频域图形的特点（图2.2-1、图2.2-2）

在时域波形中有桩底反射信号，其反射周期为，波形规则，波程中无其它明显的阻抗变化反射。

在频域图形中，谱峰排列规律，相邻峰间隔即特征频率基本相等，且＝1/。

摩擦桩桩底反射波与入射波同相位；嵌岩桩桩底反射波与入射波反相位。

加速度信号：

图2.2-1完整桩时域频域图

速度信号：

图2.2-2完整桩时域频域图

2断桩时域频域图形的特点

时域波形和频域波形规则。

在时域波形中反射信号明显并与入射波同相位，反射波周期为。

在频域图形中，相邻峰间隔也基本相等。

但由平均波速与算出的桩长比施工桩长要短，即<，在时域频域图形中无桩底反射信号。

3其它缺陷桩时域频域图形的特点（图2.2-3）

时域波形中有桩底反射，有完整桩的反射波周期；缺陷反射与入射波同相位，缺陷的反射波周期为。

频域图形中既有完整桩的特征频率，也有缺陷部位的特征频率。

速度信号：

图2.2-3缺陷桩的时域和频域图

2.3当灌注桩截面渐扩后突然缩回到原截面出现的二次同向反射，以及桩身扩径处出现二次反射表现为与首波同向的情形，不应判为缺陷桩；对于桩身截面渐缩后突然扩径出现的扩径反射不应判为扩径桩。

因此，应结合施工、地质情况综合分析加以区分；无法区分时，应结合其它检测方法综合判定。

2.4对嵌岩桩，桩底沉渣和桩端持力层是否为软弱层、溶洞等是直接关系到该桩能否安全使用的关键因素。

从理论上讲可以用低应变反射波法有效地检测出桩端嵌岩等质量，即在桩端波形呈反相反射时，认为嵌岩状况良好，反之则认为在桩端存在低劣混凝土或沉渣可能性较大，或者存在软弱层或岩溶孔洞等。

3仪器设备

3.1检测系统应具有信号滤波、放大、显示、储存、信号处理分析、打印或绘图功能。

3.2根据桩型及检测目的，宜选择不同大小、长度、质量的力锤、力棒、手锤和不同材质的锤头，以获得所需的激振频带和冲击能量。

3.3信号采集及处理仪应符合下列规定：

1数据采集装置的模、数转换位数不得低于12位。

2采样间隔宜为10~500s，可调。

3单通道采样点不少于1024点。

4多通道采集系统应具有一致性，其振幅偏差应小于3%，相位偏差应小于0.1ms。

5放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好。

3.4传感器的性能应符合以下规定：

1传感器宜选用高灵敏度的压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，传感器的频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。

2加速度传感器的电压灵敏度一般应大于100mV/g，量程不小于50g；速度传感器的灵敏度应不小于300mV/cm·s-1；传感器灵敏度选择原则是在满足频响要求前提下，尽可能选择灵敏度高的传感器。

3加速度传感器安装谐振频率应大于10kHz；速度传感器安装谐振频率应大于1500Hz。

3.4现场检测

4.1检测前受检桩应符合下列规定：

1桩身强度不得低于设计强度的70%且桩身强度应不低于15MPa。

2桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本相同。

3桩顶应凿至硬实混凝土面并大致水平，传感器安装点和激振点应打磨光滑。

4打入或静压式预制桩的检测应在相邻桩打完后进行。

4.2测量传感器安装和激振操作应符合下列规定：

1传感器应安装在桩顶面，传感器安装点及其附近不得有裂缝或浮动砂粒存在。

传感器可用黄油、橡皮泥、石膏等材料作为粘结剂与桩顶面粘结，安装完毕后的传感器必须与桩顶面保持垂直，且紧贴桩顶表面，在信号采集过程中不得产生滑移或松动。

2对于钢筋混凝土灌注桩，当激振点在桩顶中心时，传感器安装点与桩中心的距离宜为桩半径的2/3（见图4.2-1）；当激振点不在桩顶中心时，传感器安装点与激振点的距离不宜小于桩半径的1/2。

3对于预应力混凝土管桩，激振点和传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处，传感器安装点、锤击点与桩顶面圆心构成的平面夹角宜为90（见图4.2-2）。

4激振点与传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。

5激振方向应沿桩轴线方向。

6应根据缺陷所在位置的深浅，及时改变锤击脉冲宽度。

当检测长桩的桩底反射信息或深部缺陷时，冲击入射波脉冲应较宽；当检测短桩或桩的浅部缺陷时，冲击入射波脉冲应较窄。

D≤0.8m0.8m＜D≤1.25m1.25m＜D＜2.0m

图4.2-1实心桩不同桩径激振点和传感器安装点布置示意图

图4.2-2空心桩激振点和传感器安装点布置示意图

4.3测试参数设定应符合下列规定：

1时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。

2设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长。

3采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点。

4传感器的灵敏度值应按计量检定结果设定。

5采集仪器采样频率、增益、平滑、指数放大、数字滤波、触发方式等参数应根据桩长合理设置。

一般指数放大倍数不宜大于15倍，放大范围不宜小于桩长的2/3；低通滤波不小于800Hz。

4.4信号采集和筛选处理应符合下列规定：

1各检测点重复检测次数不宜少于3次，且检测波形应具有良好的一致性。

2当信号干扰较大时，可采用信号增强技术和多次平均方式进行多次激振，提高信噪比。

3不同检测点多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因，排除人为和检测仪器等干扰因素，增加检测点数量，重新检测。

5数据分析与判定

5.1桩身完整性分析宜以时域分析为主，辅以频域分析，并结合地质资料、施工资料和波形特征等因素进行综合分析判定。

5.2桩身波速平均值的确定：

1当桩长已知、桩底反射信号明显时，选取相同条件下不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速按下式计算桩身平均波速：

（4.4.2-1）

（4.4.2-2）

（4.4.2-3）

式中—桩身波速平均值（m/s）；

—参与统计的第根桩的桩身波速值（m/s）；

—测点下桩长（m）；

—时域信号第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）；

—幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差（Hz）；

—参与波速平均值计算的基桩数量（≥5）。

2当桩身波速平均值无法按上款确定时，可根据本地区相同桩型及施工工艺的其它桩基工程的测试结果，并结合桩身混凝土强度等级与实践经验综合确定。

3如具备条件，可制作同混凝土强度等级的模型短桩测定波速，确定基桩检测波速时应考虑土阻力及其它因素的影响。

5.3桩身缺陷位置应按下列公式计算：

（4.4.3-1）

（4.4.3-2）

式中—测点至桩身缺陷的距离（m）；

—时域信号第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）；

—幅频曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差（Hz）；

—桩身波速（m/s），无法确定时用值替代。

5.4桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按规定和表3.5.4所列实测时域或幅频信号特征进行综合判定。

表3.5.4桩身完整性判定

类别

时域信号特征

幅频信号特征

Ⅰ类桩

2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波

桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差

Ⅱ类桩

2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波

桩底谐振峰排列基本等间距，轻微缺陷产生的谐振峰之间的频差

Ⅲ类桩

有明显缺陷反射波，嵌岩桩出现明显桩底同相反射

缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差

Ⅳ类桩

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；

或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长

缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差，无桩底谐振峰；

或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰

注：

1对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩底部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其它桩实测信号判定桩身完整性类别。

2对于混凝土预制桩和预应力管桩，若缺陷明显且缺陷位置在接桩位置处，宜结合其它检测方法进行评定。

3不同地质条件下的桩身缺陷检测深度和桩长的检测长度应根据试验确定。

5.5对于混凝土灌注桩，采用时域信号分析时，应结合有关施工和地质资料，正确区分混凝土灌注桩桩身