基桩低应变法检测作业指导说明书.doc

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基桩低应变法检测实验办法
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一、检测原理
低应变法当前国内普遍采用低应变反射波法，为狭义低应变法，其通过采用瞬态冲击方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为根据，采用一维波动理论分析鉴定基桩桩身完整性。
因而基桩必要符合一维波动理论规定，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型规定，普通规定其桩长远不不大于直径即长径比不不大于5或瞬态勉励有效高频分量波长与桩横向尺寸之比不不大于5。
二、编制根据及目
1、编制根据
⑴国家及部委颁发有关规范、规程和原则；
《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-）
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-）
《建筑桩基技术规范》 （JGJ94-）
《建筑地基基本设计规范》 （GB50007-）
《基桩动测仪》 （JG/T 3055）
⑵ISO-9001质量原则运营规定。
2、编制目
通过编制本作业指引书，使地基所全体人员能纯熟掌握低应变反射波法进行基桩检测，起到规范检测人员检测办法及程序作用。
三、合用范畴
低应变反射波法合用范畴为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG桩。
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四、检测流程
基桩检测流程图见图1所示。
五、检测办法及工艺规定
（一）检测前准备工作
1、受检基桩混凝土强度至少达到设计强度70％，或期龄不少于14天时方可报检。
2、施工单位按附表1格式填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。
3、施工单位按附表2向检测单位提供基桩工程有关参数和资料。
4、检测前，施工单位做好如下准备工作：
⑴剔除桩头，使桩顶标高为设计桩顶标高。
⑵规定受检桩桩顶混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相似。

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桩基施工单位提前24小时告知检测单位和监理单位
正式检测报告
(7天内提供)

检测单位
强度、龄期满足规定
现场检测（施工、监理人员在场）

监理单位

现场准备

计算成果分析评价

下一道工序

资料收集

中间成果报告
合格？

验证检测、分析论证
是
（现场测试完毕后 24小时内）
是
否
报监理确认

仪器设备检定

图1 基桩检测工作流程

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⑶灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损某些，并露出坚硬混凝土表面。
⑷桩顶表面平整干净且无积水。
⑸实心桩中心位置打磨出直径约10cm平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩中心2/3半径处，对称布置打磨2～4处（详细见图1），直径约为6cm平面，打磨面应平顺光洁密实。

图2 不同桩径相应打磨点数及位置示意图

⑹当桩头与垫层相连时，相称于桩头处存在很大截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。因而，测试前应将桩头侧面与断层断开。
⑺准备耦合剂(如黄油、凡士林、牙膏、口香糖等），作为测试耦合剂用。
⑻在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。
5、收集受检桩有关技术资料，涉及工程概况、基桩设计参数、场地工程地质资料以及施工记录状况；
6、安装传感器。传感器安装对现场信号采集影响较大，传感器安装须通过黄油、凡士林或橡皮泥等藕合剂与桩面紧密粘接，并与桩顶面垂直；
7、依照现场状况选取适当激振设备、传感器，检查系统各某些之间与否连接良好，确认系统处在正常工作状态。
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（二）数据采集
⑴ 通过现场对比实验选定激振锤和激振参数。短桩或浅部缺陷桩检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷检测宜采用重锤宽脉冲激振；
在现场检测过程中，可在激振部位平铺薄层橡胶垫以获取更好实测信号。通过变化力锤重量及锤头材料，可变化冲击入射波脉冲宽度及频率成分。锤头刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，含低频成分多，冲击力大小相似时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷辨认；锤头刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多，冲击力大小相似时，虽其能量较小，但更适合于桩身浅部缺陷辨认及定位。
对于长桩，应当先采用低频检波器，重锤敲击来获得实测曲线，再用高频检波器、轻锤敲击来获得浅部鉴别曲线。
⑵ 采集桩身波形信号时，调节增益和激振频率使桩身（特别是桩身下部）反射特性清晰、重复性好。各测点记录有效信号数不适当少于3个，波形具备良好一致性。
⑶ 对存在缺陷桩应选用各种激振频率进行重复检测，获取足够缺陷特性分析资料。
（三）数据分析与鉴定
⑴ 桩身平均波速拟定；
⑵ 对波形、波幅、频率等信号特性进行分析，并结合受检桩成桩工艺、地质条件和施工状况辨认断桩缩颈、扩颈等桩身缺陷；
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⑶ 进行桩身完整性类别鉴定，桩身完整性类别应按表3-2和表 3-3原则鉴定；
⑷ 当实测信号所反映桩身信息(如超过有效检测范畴、桩底反射不明显、实测信号无规律等)局限性以分析和评价桩身完整性，应结合其他检测办法进行桩身完整性鉴定。
（四）复测验证与解决
⑴ 对于桩身浅部存在缺陷，拟采用开挖法（开挖深度普通在1～8m范畴内，条件容许状况下可恰当增长开挖深度）进行验证；
⑵ 若桩身波速偏低或怀疑混凝土强度不够时，分析强度低各种因素，若对比别的同等条件桩后发现强度级别依然存在波速异常，应建议业主、监理等有关部门采用其他检测手段进行检测。
⑶ 若发现桩身深部存在缺陷或桩底沉渣过厚时，应当如实向业主、监理提出采用工程钻机抽芯验证申请，并提交检测原始资料，对有争议性检测结论，应当提出第三方验证申请进行仲裁。
（五）成果报告编写
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—）强制规定低应变检测报告应给出桩身完整性检测实测信号曲线，除此之外，检测报告还应涉及如下内容：
⑴ 工程概述；
⑵ 检测办法、原理、仪器设备和过程论述；
⑶ 受检桩桩号、桩位平面图；
⑷ 桩身波速取值；
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⑸ 桩身完整性描述、缺陷位置及桩身完整性类别；
⑹ 时域信号时段所相应桩身长度标尺、指数或线性放大范畴及倍数；或幅频信号分析频率范畴、桩底或桩身缺陷相应相邻谐峰间频差；
综上所述，其技术流程如图2所示:

图3 瞬态激振时域频域分析法测桩技术流程
六、数据分析和质量评估
低应变桩身完整性分析应严格地按照国家及部委颁发有关规范、规程和原则执行，以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工状况、岩土工程勘察资料和波形特性等因素进行综合分析鉴定。
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当在桩顶施加一激振后，弹性波沿桩身传播规律满足一维波动方程，如下式：

式中：—纵波波速
—桩弹性模量
—桩截面积
—桩身材料密度
弹性波在传播过程中会对桩身阻抗（）变化作出响应，假设桩身由、、、变为、、、，依照平面弹性波传播理论，其反射系数为：

式中：—反射系数
—桩身材料密度
—纵波波速
—桩截面积
（一）记录法拟定桩身波速平均值
为分析时域、频域曲线所反映桩身波阻抗变化状况、核算桩底信号并拟定桩身缺陷位置，一方面需要拟定桩身波速及其平均值。在桩长已知、桩底反射信号明确前提下，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相似基桩中，选用不少于5根Ⅰ类桩桩身波速按下列计算平均值：
( 1)
( 2)
式中 —桩身波速平均值；
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—第根受检桩桩身波速值，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ10 ）规定桩身波速离散性控制在5%以内，即 。
（二）数据分析和桩身完整性鉴定
完整桩时域波形图比较规则、均匀、整洁，桩底反射信号明显，平均波速也正常。完整桩波形特性如图3-a所示。
断桩指桩身断裂，混凝土不持续，普通在此处有严重夹泥，使此处阻抗明显变小，应力波在断桩片发生强反射，应力波在桩身断裂以上某些来回反射形成多次波，整桩信号不明显，甚至没有桩底反射，类似于短完整桩。断桩波形如图3-b，断桩断裂位置由下式拟定：
( 3)
其中：为断裂位置(m)；为完整桩波速(m/s)；为入射波与反射波时间间隔(ms)。

a:完整桩 b:断桩 c:缩颈桩 d:扩径桩
e:桩身混凝土胶结差（空洞、蜂窝、松散等现象）
图4 桩身典型缺陷与动测波形特性
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缩颈桩和扩径桩均有明显桩底反射信号，和本工地桩身混凝土平均波速相接近，计算桩长与实际桩长相符。同步在缩颈处或扩径处分别浮现同相位和反相位反射信号。缩颈桩和扩径桩波形特性如图3-c和图3-d。
桩身混凝土胶结差视其限度大小，桩身混凝土介于完整桩和断桩之间，轻微接近完整桩，严重接近于断桩。该类基桩反射信号与入射波信号同相位，同样有桩底反射信号，但整桩混凝土传播速度偏低，这是桩身混凝土胶结差区别于缩颈桩重要根据，如图3-e。
根据实测时域或幅频信号特性进行桩身完整性鉴定分类原则和分类见表3-3、3-4
表3-3 桩身完整性鉴定
类别
时域信号特性
幅频信号特性
Ⅰ
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Δf≈c/2L。
Ⅱ
2L/c时刻前浮现轻微缺陷反射波；
有桩底反射波
桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L，轻微缺陷产生谐振峰与桩底谐振峰之间频差 Δf ′>c/2L。
Ⅲ
有明显缺陷反射波，其她特性介于Ⅱ类和Ⅳ类之间
Ⅳ
2L/c时刻前浮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。
缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差Δf ′>c/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只浮现单一谐振峰，无桩底谐振峰。

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表3-4 桩身完整性分类表
桩身完整性类别
分 类 原 则
Ⅰ类桩
桩身完整
Ⅱ类桩
桩身有轻微缺陷，不会影响桩身构造承载力正常发挥
Ⅲ类桩
桩身有明显缺陷，对桩身构造承载力有影响
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷
上表并没有列出桩身无缺陷或有轻微缺陷但无桩底反射这种信号特性类别划分。低应变法测不到桩底反射信号情形受桩长径比、桩周土阻力、桩端某些桩身阻抗与持力层阻抗相匹配等各种因素影响，因此，绝对规定同一工程所有Ⅰ、Ⅱ类桩均有清晰桩底反射是不现实。
对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相似基桩，因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其他桩实测信号或结合其他检测办法鉴定桩身完整性类别。