建筑基樁低應變檢測技術化學工業(yè)部（鄭州）基礎工程研究檢測中心4/3/2024低應變法檢測樁身完整性定義：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。試驗過程及測試信號的評判應力波發(fā)射圖t=2L/C4/3/2024樁身完整性檢測基本技能：一掌握現(xiàn)場測試技術；二能夠正確分析判斷樁身完整性。4/3/2024一現(xiàn)場測試技術1.1熟悉儀器設備的原理、構造和操作1.2正確安裝傳感器1.3選擇正確的敲擊方式1.4掌握不同敲擊方式下出現(xiàn)的不同情況4/3/2024二分析判斷樁身完整性2.1熟悉一維波動理論；2.2熟悉各種樁型的施工工藝及具體施工情況；2.3熟悉地質條件；2.4了解現(xiàn)場測試情況。4/3/20241.1儀器設備的原理、構造和操作

北京康科瑞武漢巖海北京康科瑞4/3/2024加速度傳感器速度傳感器or電荷放大器A/D轉換顯示器存儲器輸出濾波、放大等儀器結構原理圖4/3/2024現(xiàn)場檢測流通圖4/3/2024壓電傳感器構造4/3/2024傳感器靈敏度：mv/gmv/（m/s）特點：加速度傳感器高頻響應好、體積小、重量輕影響因素：溫度、濕度、橫向靈敏度、電纜噪聲、接地回路噪聲4/3/2024激振工具力錘、力棒工程塑料、高強尼龍、橡膠錘、鋁錘、鐵錘等重量：幾百克－－幾百千克錘墊橡膠墊4/3/20241.2傳感器的安裝4/3/2024樁頭應按下列規(guī)定進行處理：

（1）鑿去樁頂浮漿、清除松散或破損砼，使樁頂露出堅硬的混凝土表面，樁頂表面應平整干凈且無積水，最好采用便攜式砂輪機等工具磨平；

（2)樁頂?shù)牟馁|、強度、截面尺寸應與原樁身基本等同。

(3)對于預應力管樁，當法蘭盤與樁身混凝土之間結合緊密時，可不進行處理，否則，應采用電動鋸將樁頭鋸平。

(4)妨礙正常測試的樁頂外露主筋應割掉。測前準備：樁頭處理4/3/20241）傳感器安裝應與樁頂面垂直；用耦合劑粘結時，應具有足夠的粘結強度。2）實心樁的激振點位置應選擇在樁中心，測量傳感器安裝位置宜為距樁中心2/3半徑處；空心樁的激振點與測量傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點和測量傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。傳感器安裝4/3/20244/3/20243）激振點與測量傳感器安裝位置應避開鋼筋籠的主筋影響。4）激振方向應沿樁軸線方向。5）瞬態(tài)激振應通過現(xiàn)場敲擊試驗，選擇合適重量的激振力錘和錘墊，宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號。6）穩(wěn)態(tài)激振應在每一個設定頻率下獲得穩(wěn)定響應信號，并應根據(jù)樁徑、樁長及樁周土約束情況調整激振力大小。7）避免共振，加速度傳感器諧振頻率5～10Hz4/3/20248）對于鋼筋混凝土灌注樁，傳感器安裝時應符合下列規(guī)定：

(1)傳感器安裝點及其附近的表面應平整，其周圍不得有缺損或裂縫；

(2)當錘擊點不在樁頂中心時，傳感器安裝點與錘擊點的距離不應小于樁半徑的二分之一。4/3/2024激振設備瞬態(tài)激振操作應通過現(xiàn)場試驗選擇不同材質的錘頭或錘墊，以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖；工程塑料、尼龍、鋁、銅、鐵、橡膠錘頭的軟硬或錘墊的厚薄能起到控制脈沖寬窄的作用；錘頭的質量和敲擊力大小能起到控制力脈沖幅值的作用；4/3/20241）檢測前，應仔細檢查和準備儀器，使測試系統(tǒng)各部分之間匹配良好。采用交流電源檢測時，應有接地措施，嚴禁電源零線帶電。

2）應通過對比測試，選擇適當?shù)腻N型、錘重、錘墊材料、傳感器安裝方式。測試技術4/3/20243）檢測時，應合理設置采樣時間間隔、采樣點數(shù)、增益、傳感器靈敏度、模擬濾波、觸發(fā)方式等，其中增益應結合激振方式通過現(xiàn)場對比試驗確定。

f>2fc

f=N.Δf

4/3/2024沖擊錘型大小對波形的影響（ａ）沖擊錘型不合適（ｂ）沖擊錘型合適4/3/20244)每根樁的檢測信號數(shù)量應符合下列規(guī)定：

(1)根據(jù)樁直徑大小，樁心對稱布置2～4個測點，每個測點記錄的有效信號數(shù)不宜少于3個；

（2）不同測點所得到的信號一致性差時，應分析原因，增加檢測點數(shù)量。4/3/20245)檢測時應隨時檢查采集信號的質量，可根據(jù)缺陷所在位置的深淺，及時改變錘擊脈沖寬度。當檢測長樁的樁底反射信息或深部缺陷時，沖擊入射波脈沖應較寬；當檢測短樁或樁的淺部缺陷時，沖擊入射波脈沖應較窄，同時采樣時間間隔應較小。

6)對檢測信號宜作疊加平均處理，參與疊加平均處理的信號應不失真、無零漂現(xiàn)象，且信號數(shù)量不宜少于5個。4/3/20241.4不同敲擊方式下出現(xiàn)的不同情況

4/3/20241).模型樁概況

共8根，模擬了裂縫、孔洞、混凝土碎裂等缺陷N4/3/20241).模型樁概況4/3/20241).模型樁概況4/3/20242).測試曲線及分析2.1錘擊方式abc4/3/20242).測試曲線及分析2.1錘擊方式def4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20242).測試曲線及分析2.2測試曲線及分析4/3/20243).討論4/3/20243).討論4/3/20243).討論4/3/20244).結語不同的錘擊方式會對測試曲線造成一定的影響，從而影響判斷結果的準確性，因此，在測試時應配置不同的錘、采用不同的方式錘擊。在現(xiàn)場應盡可能地得到可以大致判斷的原始曲線，采樣及分析時設置濾波應慎重。管樁缺陷并不是通常認為的那樣容易測試，應加強這方面的研究。4/3/2024二分析判斷樁身完整性2.1一維波動理論；4/3/20242.2各種樁型的施工工藝及具體施工情況沉管灌注樁質量通病鉆(沖)孔灌注樁質量通病人工挖孔樁質量通病載體樁質量通病擠擴支盤樁質量通病預制鋼筋混凝土樁質量通病鋼樁質量通病其他4/3/2024（1）采用加速度傳感器時，可選擇小于10Hz的高通濾波和大于2000Hz的低通濾波對積分后的速度信號進行處理。

（2）采用速度傳感器時，可選擇小于20Hz的高通濾波和大于1000Hz的低通濾波對速度信號進行處理。2.3檢測數(shù)據(jù)的分析與判斷2.3.1信號處理4/3/2024（3）當樁底信號較弱時，可采用指數(shù)放大，指數(shù)放大倍數(shù)以2～10倍為宜，被放大的信號幅值不應大于入射波的幅值，進行指數(shù)放大后的波形應基本回零。

（4）當需要時，可使用旋轉處理功能，使測試波形尾部基本位于零線附近。4/3/2024

2.3.2應根據(jù)應力波理論對檢測信號進行分析。

（1）信號分析前，首先應確定樁基工程的縱波波速平均值。對工程地質條件相近、成樁工藝相同、同一單位施工的樁基，確定其樁基工程的縱波波速平均值時，應符合下列規(guī)定：

參加統(tǒng)計計算的樁應為Ⅰ類樁，數(shù)量不應少于5根；4/3/2024縱波波速時域計算示意圖4/3/2024縱波波速頻域計算示意圖4/3/2024

縱波波速值與平均值之差的絕對值大于平均值的5％者，不得參與統(tǒng)計。

縱波波速平均值Cm按下式計算：

Cm＝∑Ci／n

式中:n一統(tǒng)計縱波波速平均值所用的被檢測樁的數(shù)量；4/3/2024（2）樁的測試信號符合下列要求，判為一類樁：

（1）有明確的樁底反射信號；

（2）除沖擊入射波和樁底反射波外，在樁底反射波到達前，基本無反射波發(fā)生；

（3）實測縱波波速在正常的范圍內。

(4)樁底諧振峰排列整齊等間距f=c/2L4/3/2024擴頸樁應判為Ⅰ類樁。樁身某部分阻抗增大（強度增加或截面積增大），會產(chǎn)生與入射波相位相反的反射波。（a）單界面擴頸反射波示意圖4/3/2024(b)擴頸-還原反射波示意圖4/3/2024（3）樁底反射波與入射波相位相同，且能判定為樁底存在虛土或沉渣時，應判為Ⅲ類樁或Ⅵ類樁。

（4）檢測信號顯示樁身存在缺陷時，應根據(jù)缺陷反射波的幅值和相位、缺陷的深度位置、施工資料、工程地質資料、設計資料，結合經(jīng)驗綜合分析缺陷嚴重程度，確定樁的類別。4/3/2024（5）樁身缺陷位置可按下式估算：

Li＝Cm·Δti／2

式中:Li一測點至樁身第i個缺陷的距離；

Δti—樁身第i個缺陷的反射波波峰與入射波波峰對應的時差）。

樁身缺陷位置也可用振幅譜上峰間頻差進行估算：

Li＝Cm／Δfi／24/3/2024缺陷位置計算示意圖4/3/2024缺陷樁縱波波速計算示意圖（時域）缺陷位置計算示意圖4/3/2024缺陷樁縱波波速計算示意圖（頻域）缺陷位置計算示意圖4/3/2024（6）當測試信號出現(xiàn)以下情況之一時，宜判為Ⅵ類樁：

a未見到樁底反射，卻出現(xiàn)周期性的同相反射波；

b未見到樁底反射，卻在2L／C時刻前出現(xiàn)幅值較大的反射波，且反射波與入射波同相位。4/3/2024(7)對于混凝土灌注樁，注意區(qū)分緩變形后阻抗突變處的反射和擴徑突變處的二次反射。

(8)對于堪巖樁，樁底反射時域信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同向時，應采取其他方法核驗。

(9)樁頭疏松或樁身有淺部缺陷時，宜處理后重新檢測。4/3/2024

(10)對于夯擴樁，人工挖孔、鉆孔擴底樁，沉管灌注復打樁，應考慮樁的截面變化對測試結果的影響，綜合分析波形，確定所檢測樁的類別。4/3/2024(11)出現(xiàn)下列情況之一時，樁身結構完整性評價應結合其它檢測方法進行：

（1）反射信號復雜，無規(guī)律，無法對其進行準確評價；

（2）樁身界面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁；4/3/2024低應變測試信號解讀4/3/2024測試實例與常見情況4/3/2024完整樁典型時域/頻域信號特征4/3/2024低應變法適用條件和應用中應注意的問題理論基礎：（振動）平截面一維彈性均勻細長桿樁徑限制不能過大設計樁身截面宜基本規(guī)則缺陷的難定量與類型難區(qū)分最大有效檢測深度受限制不能用波速推定樁身混凝土強度用波速只能估算不能校核樁長復合地基中樁的檢測問題4/3/20241低應變測試的波速2土阻力影響3阻抗?jié)u變型、阻抗的突變型4多缺陷樁5淺層嚴重缺陷的判別幾個值得注意的問題4/3/20241低應變測試的波速

c2=E/ρ波速由樁身的彈性模量和密度決定，不是由樁身強度決定的。但波速與樁身混凝土強度整體趨勢上呈正相關關系，即強度高波速高，但二者并不為一一對應關系。

波速與樁身混凝土強度、混凝土的骨料品種、粒徑級配、密度、水灰比、成樁工藝（導管灌注、振搗、離心）等因素有關。

4/3/20242土阻力的影響原因（1）樁周土特性有較大突變；（2）土阻力特點：（1）土阻力的影響一般淺部較為明顯；（2）土阻力影響具有普遍性和區(qū)域性；

4/3/20243阻抗?jié)u變型、阻抗的突變型

(a)逐漸擴徑(b)逐漸縮頸(c)中部擴徑(d)上部擴徑4/3/2024樁身截面（阻抗）漸變或突變，往往在阻抗突變處的一次或二次反射主要表現(xiàn)為類似明顯擴徑、嚴重缺陷或斷樁的相反情形，從而造成誤判。因此，應結合施工情況、地層情況綜合分析加以區(qū)分；無法區(qū)分時，應結合其他檢測方法綜合判定。可采用實測曲線擬合法進行分析原因：識別指標是一個相對量4/3/20244多缺陷樁xt/