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1、基桩检测技术小应变基桩检测技术反射波法 1. 反射波法测桩基完整性原理 在桩顶激振，弹性波沿桩身向下传播，在桩身存在明显波阻抗面或桩身截面积变化部位，将产生反射波，桩的特性满足一维波动方程。 2. 检测方法 21 桩头处理 桩头处理的好坏直接影响测试信号的质量。因此，要求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，露出坚硬混凝土表面；桩顶应平整干净无积水；敲击点和传感器粘接部位应打磨平整，否则多次锤击时信号重复性较差；外露主筋过长应截去，避免高频影响。 当桩头与承台或垫层相连时，对测试信号会产生影响，测试时桩应与混凝土承台断开；当桩头侧面与垫
2、层相连时，除非对测试信号没有影响，否则应断开。 22 传感器的安装和激振操作 传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；传感器底安装面应与桩顶面紧密接触。传感器安装部位应在距桩中心2/3半径处；激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。 为了能对室内信号分析发现的异常情况提供必要的比较或解释依据，检测过程中，同一工程的同一批桩的试验操作宜保持同条件，不仅要对激振操作、传感器和激振点布置等某一条件改变进行记录，还要记录桩头外观尺寸和混凝土质量的异常情况。 桩径增大时，桩截面各部位的运动不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化往往表现出明显的方向性。故应增加检测数量，通过各接收点的波形差异，大致判断浅部缺陷是
3、否存在方向性。每个测点有效信号不少于3个，而且应具有良好的重复性，通过叠加平均提高信噪比。 瞬态激振通过改变锤的重量及材质，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，能量较大，应力波衰减较适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。 23 测试参数设定 从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据T=2L/C，只有已知桩长L才能计算波速C，因此桩长参数应以实际记录的施工桩长为依据，按测点到桩底的距离设定。速度传感器灵敏度大于300mv/cm/s；加速度传感器灵敏度大于100mv/g。采样时间间隔或采样频率
4、应根据桩长、桩身波速和频域分辩率合理选择；采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断。时域信号采样点数不宜少于1024点。 稳态激振是按一定频率间隔逐个频率激振，要求在每一频率下激振持续一段时间，以达到稳态振动状态。频率间隔的选择决定了速度幅频曲线和导纳曲线的频率分辨率，它影响桩身缺陷位置的判定精度；间隔越小，精度越高，但检测时间很长，降低工作效率。一般频率间隔设置为3Hz、5Hz或10Hz。每一频率下激振持续时间的选择，理论上越长越好，这样有利于消除信号中的随机噪声和传感器阻尼自振项的影响。 3. 实测曲线判读解释的基本方法 31 缺陷存在可能性的判读 判断桩身
5、缺陷存在与否，需要分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号，及分辨桩底反射信号，这对缺陷的定性及定量解释是有帮助的。另外，利用tb可换算桩身平均纵波速，从而评价桩身存在缺陷的严重程度。此外还应认真分析施工工艺、地质资料等，排除由于桩周土层波阻变化过大等因素造成的“假反射”现象。 32 定量解释: 缺陷位置计算： Lc=tC0/2， C0波速，可由其它同类完整桩计算或由混凝土标号估算。 缺陷规模(厚度LC): LC=(t/-t)C/2 C缺陷段纵波速,其值可根据定性解释，结果参照表1选取。 t、t分别为缺陷段顶、底面反射波的波至时刻。 表1 缺陷段波速参考值 缺陷种类 纵波速度C 离析 15002700
6、 断层 6001000 缩、扩颈 正常桩混凝土纵波速 裂缝 500 /33 桩身完整性类别判定： 3.3.1 判定方法 采用时域和频域波形分析相结合的方法进行桩身完整性判定，亦可根据单独的时域或频域波形进行完整性判定。一般在实际应用中以时域分析为主，频域分析为辅。 3.3.2 判定标准 根据实测信号特征进行桩身完整性判定的分类标准见表2。显然缺陷类别的判定是定性的。需要强调的是，仅仅依靠信号特征判定桩身完整性是不够的，需要检测分析人员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、施工情况等进行综合分析判定。 表2 桩身完整性判定分类标准 类别 时域信号特征 2L/c时刻
7、前无缺陷反射波，有桩底反射 2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射 频域信号特征 桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差 fc/2L 桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差f/c/2L 有明显缺陷反射波，其他特征介于和之间 2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反缺陷谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L，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 射；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 3.3.3 无桩底反射时的判定 表2中没有列出桩身无缺陷或缺陷轻微但无桩底反射这种
8、信号特征的类别划分。事实上，低应变法测不到桩底反射信号这类情形受多种因素，如： (a) 软土地区的超长桩，长径比很大； (b) 桩周土约束很大，应力波衰减很快； (c) 桩身阻抗与持力层匹配良好； (d) 桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变； (e) 预制桩接头影响。 其实，当桩侧和桩端阻力很强时，高应变同样也测不出桩底反射。所以，上述原因造成无桩底反射也属正常。此时的桩身完整性判定，只能依据经验、参照本场地和本地区的同类型桩综合分析或采用其他方法进一步检测。另外，根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷程度影响外，还受桩周土阻尼大小及缺陷所处深度影响。因此，如何正确判定缺陷程度，特别是缺陷明
9、显时，如何区分是类桩还是类桩，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。不仅如此，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，不宜但凭测试信号定论。桩身混凝土中的缺陷与施工方法密切有关。不同的施工方法出现的缺陷类型以及不同类型的缺陷出现的几率都不一样。 4. 桩基常见缺陷 41 水下灌注桩常见缺陷： 4.1.1 断桩(包括全面夹泥和夹砂) 这类缺陷多半因为导管提升时冒口，新注入的混凝土压在封口的泥浆上，以及因机械故障而停止灌注过久，提升导管时将已初凝的混凝土拉松，或继续施工时对表面未加清理等原因造成。断桩部位往
10、往不是一个薄层，而是具有相当厚度的一个缺陷，检测时不难发现。 4.1.2 局部截面夹泥或缩径 产生这种缺陷是由于导管插入深度不适当，导致混凝土从导管流出向上顶托时，形成湍流或翻腾，使孔壁剥落或坍塌，形成局部断面夹泥或周边环状夹泥。该缺陷将影响桩的承载面积，同时由于钢筋外露而影响耐久性，对这类缺陷应尽可能检出其面积大小，以便核算桩的承载力。 4.1.3 分散性泥团及“蜂窝”状缺陷 其成因与孔壁因混凝土骚动而剥落有关外，还与混凝土离析及导管中压入的空气无法完全排出有关。此类缺陷影响混凝土的强度。 4.1.4 集中性气孔 当导管埋入厚度较深，混凝土流动性受阻时，间歇倒入导管的混凝土会将导管中气体压入
11、混凝土中无法排出，有时会形成较大的集中性气孔，将影响断面受力面积。 4.1.5 桩底沉渣 在灌前清孔不净，将导致桩底沉渣。对端承桩而言，桩底沉渣过厚会导致桩受力时沉降位移，因此应进行桩底压浆处理。 4.1.6 桩头混凝土低强区 在混凝土灌注过程中，封口混凝土或砂浆与水接触，在顶拖过程中会混入泥水，因而强度较低，灌注完成后应将其凿除，若未彻底凿除，则形成桩头低强度区。在桥梁桩中，桩顶低强区非但影响承载力，而且当河底变化时很容易被水流冲刷和腐蚀。由于桩顶一般均已露出地面，可采用多种方法对混凝土强度进行检测，所以其测值也可作为全桩混凝土强度检验值。 42 干孔灌注桩常见缺陷 干孔灌注桩的混凝土通过升
12、降机或溜管送到浇注面，常见缺陷有： 4.2.1 混凝土层状离析及断桩： 在地下水较高的地区，常因地下水涌入孔中来不及抽干，浇入的混凝土被水冲刷或浸泡，而形成层状离析，严重时砂石呈层状堆积，水泥浆上浮形成断桩。 4.2.2 局部夹泥或“蜂窝” 干孔灌注时常因孔壁护筒渗漏，涌入泥水形成局部夹泥，或灌注时未捣实，形成“蜂窝”状缺陷。 4.2.3 局部严重离析 由于混凝土注入高度超过施工规定，往往形成石子滚到边缘的离析现象，此时石子集中区易形成“蜂窝”，而砂浆集中区因声速下降而被误判。 4.2.4 桩底沉渣 未清孔即注入混凝土形成桩底沉渣。 43 常见缺陷波形描述 4.3.1 完整桩 实测波形一般呈自
13、由振动衰减，速度传感器实测波形规则。对于摩擦桩，桩底反射明显，易于读取反射波到达时间，桩身混凝土平均波速较高。对于嵌入基岩的端承桩，由于声抗相近，在桩较长时，桩底不易辨别。如果端承桩实测波形有明显反射，在排除了高阻抗的情况下，就要怀疑桩尖有沉渣。 4.3.2 裂缝类缺陷 包括裂纹、裂缝、缩颈、离析、沉渣、夹泥等。因为遇到此类缺陷的反射波都与入射波同向。波形一般呈规则反射。若缺陷位置不深，可明显判别第一反射点，第二反射点等。 裂纹对波形的影响在振幅上不太明显。裂缝除对波幅有较大衰减外，还导致波频降低。 夹泥现象一般发生在地层变化和软地层区域，判读时可结合地质资料对应起来看。 沉渣发生在钻孔底部，
14、有打桩记录时，很容易判别。 当桩身严重离析时，其波速较低反射波幅减少，频率降低产生反射信号不明显，信号变宽。 缩颈现象一般也与地层变化有关，有时孔壁坍塌、低应力较高区段也可能造成缩颈现象。在等截面桩身中，一般缩颈与扩颈是伴生的，它与单纯的缩颈在波形上有区别。 4.3.3 断桩 断桩是桩基工程的极大隐患。在动测桩基完整性时，单根断桩较易判别，实测波形往往初始规则衰减，在对应桩身断裂处的波形出现较大幅值的低频迭加，波幅也明显降低，无桩底反射信号。但在群桩或有承台、框架结构的单桩，有低频迭加，不一定是断桩。 断桩产生的原因主要是因为施工质量差，如浇注时将导管拔出、管底密封不好而进水、钢筋笼上浮而引起
15、；也可能是浇灌完后，桩身混凝土终凝前受外界因素影响而断裂，常表现为贯穿整个横截面的裂缝；或二次浇注间隔时间过长形成断桩。断裂一般表现为夹杂、一层阻抗较低的介质，在波形曲线上形成同相反射，且往往为多次反射，间隔时间相等，表征断裂位置的第一反射脉冲幅值较高，前沿比较陡峭。由于断桩处声波难以下传，一般桩底难以辨认，如果是无夹杂的裂缝或断层也可以辨认桩底反射。 4.3.4 浅部缺陷 由于浅部缺陷不像深部缺陷容易判别，常需要与同一场地其他桩相比较判断。若使用同一力棒敲击同一批桩，入射脉冲的宽度相差应不大，这一点常作为判断是否存在浅部缺陷的重要依据。浅部缺陷一般用加速度传感器使用小锤敲击检测，因为速度传感器测时，要么直达波振动频率掩盖了缺陷，要么滤波等处理将浅部缺陷给掩盖了。
