第4章基樁低應變檢測地基基礎工程質量檢測培訓主要內容4.1概述4.2基本理論和原理4.3儀器設備4.4測試技術4.5現(xiàn)場檢測方法4.6數(shù)據(jù)處理4.7報告編寫4.8工程實例分析一、低應變法4.1概述采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實測樁頂部的速度時程曲線或速度導納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身完整性進行判定的檢測方法。二、方法適用范圍檢測混凝土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置。三、反射波法4.1概述低應變法等國內外普遍采用的瞬態(tài)沖擊方法，通過實測樁頂加速度或速度響應時域曲線，基于一維波動理論分析來判定基樁的完整性，稱之為反射波法（或瞬態(tài)時域分析法）一、應力波4.2基本理論和原理當介質的某個地方突然受到一種擾動，這種擾動產(chǎn)生的變形會沿著介質由近及遠傳播開去，這種擾動傳播的現(xiàn)象稱為應力波。波阻抗是樁橫截面積、材料密度和彈性模量的函數(shù)ρ：密度；c：應力波速；A：樁橫截面積；E：樁的彈性模量;一維直桿：d<<L的桿件二、應力波在樁中的傳播4.2基本理論和原理手錘錘擊樁端面。（1）振源樁L遠大于樁徑D。一維直桿（2）傳播介質：應力波以錘擊點為中心半球向外傳播，當應力波傳播至樁身一定距離S后（一般S>1D-2D），波振面才近似為平面。此時手錘錘擊樁端認為是應力波在一維桿件中豎直方向傳播。（3）傳播：二、應力波在樁中的傳播4.2基本理論和原理（4）一維桿應力波波動方程二、應力波在樁中的傳播4.2基本理論和原理（5）應力波在自由端完整樁中的傳播二、應力波在樁中的傳播4.2基本理論和原理（5）應力波在自由端完整樁中的傳播TV入射波與反射波同相二、應力波在樁中的傳播4.2基本理論和原理（5）應力波在自由端完整樁中的傳播樁在自由端樁底反射，與入射波同相二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（6）應應力力波波在在固固定定端端完完整整樁樁中中的的傳傳播播二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（6）應應力力波波在在固固定定端端完完整整樁樁中中的的傳傳播播入射射波波與與反反射射波波反反相相二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（6）應應力力波波在在固固定定端端完完整整樁樁中中的的傳傳播播TVL樁嵌嵌巖巖樁底反射，與入射波反相二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（7）應應力力波波在在波波阻阻抗抗減減小小樁樁中中的的傳傳播播二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（7）應應力力波波在在波波阻阻抗抗減減小小樁樁中中的的傳傳播播TVL樁截截面面減減小小入射波與反射波同相樁底反射二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（7）應應力力波波在在波波阻阻抗抗減減小小樁樁中中的的傳傳播播TVL樁縮縮徑徑縮徑反射，與入射波同相擴徑反射，與入射波反相樁底反射二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（8）應應力力波波在在波波阻阻抗抗增增大大樁樁中中的的傳傳播播二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（8）應應力力波波在在波波阻阻抗抗增增大大樁樁中中的的傳傳播播TVL樁截截面面增增大大并并嵌嵌巖巖擴徑反射，與入射波反相樁底反射，與入射波反相二、、應應力力波在在樁樁中中的的傳傳播播4.2基本本理理論論和和原原理理（8）應應力力波波在在波波阻阻抗抗增增大大樁樁中中的的傳傳播播TVL樁擴擴徑徑擴徑反射，與入射波反相縮徑反射，與入射波同相樁底反射，與入射波同相三、檢檢測測原原理理4.2基本本理理論論和和原原理理（1）檢檢測測原原理理利用用應應力力波波在在樁樁中中傳傳播播時時，，當當樁樁身身的的波波阻阻抗抗發(fā)發(fā)生生變變化化會會產(chǎn)產(chǎn)生生反反射射的的原原理理，，通通過過分分析析反反射射波波的的幅幅值值、、相相位位、、到到達達時時間間，，得得出出樁樁缺缺陷陷的的大大小小、、性性質質、、位位置置等等信信息息，，最最終終對對樁樁基基的的完完整整性性給給予予評評價價三、檢檢測測原原理理4.2基本本理理論論和和原原理理（2）引引起起反反射射波波的的原原因因截面面發(fā)發(fā)生生變變化化樁底底夾泥泥混凝凝土土質質量量變變化化離析析土層層變變化化三、檢檢測測原原理理4.2基本本理理論論和和原原理理（3）低低應應變變所所能能檢檢測測到到的的現(xiàn)現(xiàn)象象三、檢檢測測原原理理4.2基本本理理論論和和原原理理（4）低低應應變變不不能能檢檢測測到到的的現(xiàn)現(xiàn)象象四、、低低應應變變檢檢測測的的優(yōu)優(yōu)點點4.2基本本理理論論和和原原理理（1）快快速速檢檢測測方方法法（（50-200根/日））（2）準準備備簡簡便便（3）操操作作簡簡單單（4）經(jīng)驗豐富富五、低應變檢測測的局限4.2基本理論和和原理（1）不能提供供單樁承載載力（2）對小缺陷陷靈敏度不不高（3）無法檢測測樁底沉渣渣一、檢測系系統(tǒng)4.3儀器設備測量部分激振設備計算部分信號采集分分析儀一、檢測系系統(tǒng)4.3儀器設備一、檢測系系統(tǒng)4.3儀器設備記錄儀采集儀手錘傳感器一、檢測系系統(tǒng)4.3儀器設備FDP204(B)掌上動測儀儀一、檢測系系統(tǒng)4.3儀器設備加速度計適調器S/H采保器A/變換器觸發(fā)器力傳感器錘傳感器基樁回聲法軟件件二、激振設備4.3儀器設備選擇不同材材質的錘頭頭或錘墊，，以獲得低低頻寬脈沖沖或高頻窄窄脈沖。宜宜用寬脈沖沖獲取樁底底或樁身下下部缺陷反反射信號，，宜用窄脈脈沖獲取樁樁身上部缺缺陷反射信信號。二、激振設備4.3儀器設備三、測量部部分4.3儀器設備電荷放大器器加速度傳感感器濾波器程控指數(shù)增增益放大器器三、測量部部分4.3儀器設備（1）傳感器傳感器宜選選用壓電式式加速度傳傳感器或磁磁電式速度度傳感器，，頻響曲線線的有效范范圍應覆蓋蓋整個測試試信號的頻頻帶范圍。。1）加速度傳傳感器技術術指標電壓靈敏度度應大于100mV/g電荷靈敏度度應大于20PC/g上限頻率不不應小于5kHz，安裝諧振振頻率不應應小于6kHz量程應大于于100g三、測量部部分4.3儀器設備（1）傳感器2）速度傳感感器技術指指標固有諧振頻頻率不應大大于30Hz靈敏度應大大于200mV/cm··s-1上限頻率不不應小于1.5kHz，安裝諧振振頻率不應應小于1.5kHz三、測量部部分4.3儀器設備（2）電荷放大大器技術指標測量模式加加速度靈敏度調節(jié)節(jié)可調靈敏度增益益1~10mV/pC,20dB總頻率范圍圍1~200kHz四、采集部分分4.3儀器設備模數(shù)轉換器器（A/D)采樣保持器器（S/H)程控放大器器觸發(fā)器四、采集部分分4.3儀器設備（1）采樣保持持器（S/H）技術指標精度0.01%~0.02%采樣頻率100kHz（單通道））（2）模數(shù)轉換換器（A/D）技術指標位數(shù)>12位動態(tài)70~120dB幅值精度優(yōu)優(yōu)于0.02%（0.2dB）四、采集部分分4.3儀器設備（3）程控放大大器技術指標指數(shù)型exi（增益為時時間的指數(shù)數(shù)函數(shù)）（4）觸發(fā)器技術指標觸發(fā)模式信信號觸發(fā)（（軟或硬））觸發(fā)延遲超超前、滯后后線性五、計算部部分4.3儀器設備在一般PC機上運行，，所配打印印機能在信信號回放處處理時使用用。五、計算部部分4.3儀器設備主操作界面面五、計算部部分4.3儀器設備設置界面五、計算部部分4.3儀器設備打印高級設設置界面五、計算部部分4.4測試技術波形處理界界面五、計算部部分4.4測試技術打印信息預預覽界面五、計算部部分4.3儀器設備打印信息預預覽界面4.3儀器設備RSM—24FD分體機4.3儀器設備RSM——24FDN一體體機機一、、受受檢檢樁樁規(guī)規(guī)定定4.4測試試技技術術（1）當當采采用用低低應應變變或或聲聲波波透透射射法法檢檢測測時時，，受受檢檢樁樁混混凝凝土土強強度度至至少少達達到到設設計計強強度度的的70%，且且不不小小于于15MPa。（2）樁樁頭頭的的材材質質、、強強度度、、截截面面尺尺寸寸應應與與樁樁身身基基本本等等同同。。（3）樁樁頂頂面面應應平平整整、、密密實實，，并并與與樁樁軸軸線線基基本本垂垂直直。。二、、測試試參參數(shù)數(shù)規(guī)規(guī)定定4.4測試試技技術術（1）時時域域信信號號記記錄錄的的時時間間段段長長度度應應在在2L/c時刻刻后后延延續(xù)續(xù)不不少少于于5ms；幅幅頻頻信信號號分分析析的的頻頻率率范范圍圍上上限限不不應應小小于于2000Hz。（2）設設定定樁樁長長應應為為樁樁頂頂測測點點至至樁樁底底的的施施工工樁樁長長，，設設定定樁樁身身截截面面積積應應為為施施工工截截面面積積。。。。（3）樁樁身身波波速速可可根根據(jù)據(jù)本本地地區(qū)區(qū)同同類類型型樁樁的的測測試試值值初初步步設設定定。。（4）采采樣樣時時間間間間隔隔或或采采樣樣頻頻率率應應根根據(jù)據(jù)樁樁長長、、樁樁身身波波速速和和頻頻域域分分辨辨率率合合理理選選擇擇；；時時域域信信號號采采樣樣點點數(shù)數(shù)不不宜宜少少于于1024點。。（5）傳傳感感器器的的設設定定值值應應按按計計量量檢檢定定結結果果設設定定。。三、、測測量量傳傳感感器器安安裝裝和和激激振振操操作作規(guī)規(guī)定定4.4測試試技技術術（1）傳傳感感器器安安裝裝應應與與樁樁頂頂面面垂垂直直；；用用耦耦合合劑劑粘粘結結時時，，應應具具有有足足夠夠的的粘粘結結強強度度。。（2）實心樁的激激振點位置應應選擇在樁中中心，測量傳傳感器安裝位位置宜為距樁樁中心2/3半徑處；空心心樁的激振點點與測量傳感感器安裝位置置宜在同一水水平面上，且且與樁中心連連線形成的夾夾角宜為90°，激振點和測測量傳感器安安裝位置宜為為樁壁厚的1/2處。三、測量傳感感器安裝和激激振操作規(guī)定定4.4測試技術（3）激振點與測測量傳感器安安裝位置應避避開鋼筋籠的的主筋影響。。（4）激振方向應應沿樁軸線方方向。（5）瞬態(tài)激振應應通過現(xiàn)場敲敲擊試驗，選選擇合適重量量的激振力錘錘和錘墊，宜宜用寬脈沖獲獲取樁底或樁樁身下部缺陷陷反射信號，，宜用窄脈沖沖獲取樁身上上部缺陷反射射信號。（6）穩(wěn)態(tài)激振應應在每一個設設定頻率下獲獲得穩(wěn)定響應應信號，并應應根據(jù)樁徑、、樁長及樁周周土約束情況況調整激振力力大小四、信號采集和篩篩選規(guī)定4.4測試技術（1）根據(jù)樁徑大大小，樁心對對稱布置2～4個檢測點；每每個檢測點記記錄的有效信信號數(shù)不宜少少于3個。（2）檢查判斷實實測信號是否否反映樁身完完整性特征。。（3）不同檢測點點及多次實測測時域信號一一致性較差，，應分析原因因，增加檢測測點數(shù)量。（4）信號不應失失真和產(chǎn)生零零漂，信號幅幅值不應超過過測量系統(tǒng)的的量程。一、檢測流程程4.5現(xiàn)場檢測方法法樁頭處理儀器連接傳感器安裝程序設置手錘錘擊信號采集與分分析結果打印二、樁頭處理理4.5現(xiàn)場檢測方法法鑿掉浮漿打磨平整樁頭干凈干燥燥一、樁頭處理理4.5現(xiàn)場檢測方法法有浮漿敲敲除浮漿三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法分體機交流電源接線線三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法分體機后面板板接線三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法加速度傳感器器連接三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法速度傳感器連連接三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法基樁動測儀RS-1616K(S)儀器和傳感器器接線三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法基樁動測儀RS-1616K(S)三、儀器連接接4.5現(xiàn)場檢測方法法一體機速度傳傳感器連接四、傳感器安安裝4.5現(xiàn)場檢測方法法傳感器耦合橡皮泥耦合黃油耦合口香糖耦合使傳感器與樁樁頭粘合在一一起，要求越越緊越好四、傳感器安安裝4.5現(xiàn)場檢測方法法傳感器放置距距樁心2/3~3/4R處且安裝位置置要求平整盡可可能使傳感器器垂直與樁頭頭平面五、程序設置置4.5現(xiàn)場檢測方法法基樁動測儀RS-1616K(S)常用設置進入主操作界界面后，單擊擊按鍵進入設設置界面單擊進入設置界面五、程序設置置4.5現(xiàn)場檢測方法法2、采樣方式為連續(xù)采樣；3、設置樁土參數(shù)（后有詳解）6、參數(shù)存盤后自動進入采集頁面5、參數(shù)存盤1、輸入正確的檢測日期，工地名稱簡寫。4、外接傳感器設置，請與傳感器接的通道和類型一致五、程序設置置4.5現(xiàn)場檢測方法法五、程序設置置4.5現(xiàn)場檢測方法法分體機程序常常用設置進入主操作界界面后，點擊擊設置按鍵進進入設置界面面單擊設置進入設置界面五、程序設置置4.5現(xiàn)場檢測方法法樁長=12米；混凝土標標號：C30；樁徑：1米用用速度傳傳感器進行檢檢測儀器與筆記本電腦通訊速率，586以上請選57600儀器與筆記本電腦通訊口設置，視電腦串口設置而定，有COM1-6供選外接傳感器設置，請與傳感器接的通道和類型一致預設樁長預設波速：C25：3300C30：3600C35：3800C20：3000單擊進入主操作界面六、手錘錘擊擊4.5現(xiàn)場檢測方法法手錘垂直與樁樁面，錘擊點點平整，錘擊擊干脆，形成成單擾動七、信號采集集4.5現(xiàn)場檢測方法法打開采集儀開開關，點擊主主操作界面的的“采樣”按按鍵屏幕出現(xiàn)錘數(shù)數(shù)，儀器進入入采樣等待狀狀態(tài)，此時用手錘敲敲擊，信號將將顯示在屏幕幕上，完成采采集?；鶚秳訙y儀RS-1616K(S)信號采集七、信號采集集4.5現(xiàn)場檢測方法法當四次采集的的波形基本一一致，樁底清清晰，請點擊擊“磁盤”按按鍵進行波形形的存儲。七、信號采集集4.5現(xiàn)場檢測方法法此時已完成一一根樁的現(xiàn)場場測試單次存盤鍵入文件名稱單擊確認完成保存七、信號采集4.5現(xiàn)場檢檢測方方法打開采采集儀儀開關關，點點擊主主操作作界面面的““采樣樣”按按鍵屏幕幕出出現(xiàn)現(xiàn)彩彩色色滾滾動動條條，，儀儀器器進進入入采采樣樣等等待待狀狀態(tài)態(tài)，，此時時用用手手錘錘敲敲擊擊，，信信號號將將顯顯示示在在屏屏幕幕上上，，完完成成第第一一次次采采集集。。分體體機機信信號號采采集集七、、信信號號采集集4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法按前前次次操操作作完完成成第第二二次次采采集集七、、信信號號采采集集4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法完成成第第三三次次采采樣樣七、、信信號號采采集集4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法當三三次次采采集集的的波波形形基基本本一一致致，，樁樁底底清清晰晰，，請請點點擊擊““存存盤盤””按按鍵鍵進進行行波波形形的的存存儲儲。。七、、信信號號采采集集4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法鍵入文件名稱單擊完成保存此時時已已完完成成一一根根樁樁的的現(xiàn)現(xiàn)場場測測試試八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法選文件夾選文件名單擊完成讀?。?）波波形形讀讀取取八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法單擊進入處理界面（2）波波形形處處理理八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法原始波形低通800Hz處理后的波形單擊完成處理（2）波波形形處處理理八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法（3）波波形形分分析析移動到樁頭位置單擊鼠標左鍵定樁頭，同時時間零點移動移動動到到樁樁底底位位置置單單擊擊鼠鼠標標右右鍵鍵定定樁樁底底計算波速八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法（3）波波形形分分析析定樁樁后后出出現(xiàn)現(xiàn)的的樁樁底底類類型型選選擇擇界界面面單擊選擇樁底類型八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法（3）波波形形分分析析定樁底后自動化出的模擬樁圖形移動到認為有缺陷的位置單擊鼠標左鍵確定缺陷位置計算出的缺陷位置八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法（3）波波形形分分析析定缺缺陷陷位位置置后后出出現(xiàn)現(xiàn)的的缺缺陷陷類類型型選選擇擇界界面面單擊確定缺陷類型單擊確定缺陷程度八、、波波形形分分析析4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法（3）波波形形分分析析自動化出的缺陷示意圖完整性的評價單擊進入打印界面九、、結果果打打印印4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法波形形打打印印點擊擊打打印印后后出出的的打打印印信信息息預預覽覽界界面面單擊進行打印九、、結結果果打打印印4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法波形形打打印印打印確定后出來的打印提示，當分析完四根樁的波形后并都打印確定后打印機才開始輸出九、、結結果果打打印印4.5現(xiàn)場場檢檢測測方方法法波形形打打印印打印輸出出格式由由設置界界面中打打印信息息欄和打打印高級級設置決決定選擇打印的內容和輸出方式指定每頁打印幾個波形十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法傳感器安安裝現(xiàn)場干擾擾樁周土十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（1）現(xiàn)場干干擾現(xiàn)場有重重型機械械在施工工回產(chǎn)生生振動干干擾解決方案案：建議議在檢測測采樣時時停止現(xiàn)場電壓壓不穩(wěn)造造成干擾擾解決方案案：建議議儀器用用電池供供電或將將儀器接接地十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（2）傳感器器安裝影影響產(chǎn)生振蕩調整傳感器安裝振蕩消除解決方案案：調整整傳感器器安裝使使其緊粘粘樁頭十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響樁在空氣氣中十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響樁在土中中十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響樁在土中中十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響土層磨阻阻對樁底底反射有有衰減土層變化化對應力力波有影影響硬土層變變?yōu)檐浲镣翆优c縮縮頸信號號相似軟土層變變?yōu)橛餐镣翆优c擴擴頸信號號相似解決方案案：（a）利用指數(shù)放大大（b）了解土層參數(shù)數(shù)（或地地質資料料）十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響十、影響響測試因因素4.5現(xiàn)場檢測測方法（3）樁周土土影響一、樁身身波速平平均值的的確定4.6數(shù)據(jù)處理理（1）當樁長長已知、、樁端反反射信號號明顯時時，選取取相同條條件下不不少于5根Ⅰ類樁的樁樁身波速速按下式式計算其其平均值值：式中cm——樁身波速速平均值值(m/s);Ci——第i根樁的樁樁身波速速計算值值（m/s）；L——完整樁樁樁長（m）；ΔT——時域信號號第一峰峰與樁端端反射波波峰間的的時間差差(ms)；Δf——幅頻曲線線樁端相相鄰諧振振峰間的的頻差（（Hz），計算算時不宜宜取第一一與第二二峰；n——基樁數(shù)量量（n≥5）一、樁身身波速平平均值的的確定4.6數(shù)據(jù)處理理（2）當樁身身波速平平均值無無法按上上款確定定時，可可根據(jù)本本地區(qū)相相同樁型型及施工工工藝的的其他樁樁基工程程的測試試結果，，并結合合樁身混混凝土強強度等級級與實踐