(本科)第四章 桩柱杆检测技术.pptx
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1、课程主讲人:第四章 桩柱杆检测技术土木工程检测与测试土木工程检测与测试第四章桩、柱、杆检测技术主讲人:XXX 时 间:XXXX土木工程检测与测试土木工程检测与测试锚杆检测04.目录 CONTENTS一维无损检测的理论基础01.基桩完整性检测02.立柱的长度检测03.锚索检测概述05.土木工程检测与测试土木工程检测与测试一维结构无损检测的理论基础01土木工程检测与测试土木工程检测与测试5 一维结构无损检测的理论基础231此处提到的桩、柱、杆指的是横截面尺寸远远小于其长度,在动测理论分析中都可作为杆件来处理的工程构件。如基础结构桩基、岩土防护结构锚杆、交安防护结构立柱等。检测内容主要有两个方面:
2、长度检测(断桩也可以归结为此类) 缺陷检测检测所采用的媒介均为冲击弹性波,所采用的基本方法均为反射法。非自由状态下的波动方程波长与检测分辨力的关系波长与有效检测深度的关系土木工程检测与测试土木工程检测与测试6 4.1.1 基本方程和参数一维杆的波速与无限体波速间的关系 非自由状态下的波动方程tuEAhtCxu222221)21)(1()1(3EVp检测所采用媒介均为冲击弹性波 ,所采用方法为反射法。土木工程检测与测试土木工程检测与测试7 4.1.2 波长与检测分辨力的关系夹层型缺陷反射率与夹层型缺陷反射率与弹性波频率间的关系弹性波频率间的关系波长越短波长越短 ,频率越高,对缺陷分辨率越高。,频
3、率越高,对缺陷分辨率越高。高频信号对大缺陷存在不确定因素,难以把高频信号对大缺陷存在不确定因素,难以把握。因此,在实际检测中,有必要采用不同握。因此,在实际检测中,有必要采用不同波长,以增强不同缺陷的识别能力。波长,以增强不同缺陷的识别能力。 对于长度检测,振幅、反射率等均与弹性对于长度检测,振幅、反射率等均与弹性波的频率(波长)无关;反射法对缺陷的检波的频率(波长)无关;反射法对缺陷的检测能力与频率相关。测能力与频率相关。不同频率在不同夹层缺陷反射率不同,首不同频率在不同夹层缺陷反射率不同,首次达到最大反射率由夹层厚度(缺陷大小)、次达到最大反射率由夹层厚度(缺陷大小)、频率高低决定。频率高
4、低决定。土木工程检测与测试土木工程检测与测试8 4.1.3 基本方程和参数降低噪声降低噪声增强反射信号增强反射信号增加激振力度增加激振力度提高信提高信噪比噪比阻抗变化越大,反射率越高阻抗变化越大,反射率越高激振波长增大,反射率越低激振波长增大,反射率越低影响检测影响检测深度的关键深度的关键提高信噪比提高信噪比 弹性波波长越短,其黏性衰减越大,检测深度越浅,且与波长、距离呈指数关系。 短波可以提高缺陷反射率,长波则相反。 土木工程检测与测试土木工程检测与测试基桩完整性检测0202土木工程检测与测试土木工程检测与测试10 4.2 基桩完整性检测231基桩是最重要的基础形式之一,其质量直接关系到结构
5、整体的安全。但是,在施工过程中,由于种种因素会影响其施工质量。而且,基桩是典型的隐蔽工程,一旦上部结构施工后,基桩的状况就很难再被把握。因此,基桩的质量检测是建设工程中最为关注的重点之一。基桩完整性检测低应变反射法声波透射法4低应变法与声波透射法的比较土木工程检测与测试土木工程检测与测试11 4.2.1基桩完整性检测概述 基桩承载力检测 单桩竖向抗压拔静载试验 单桩水平静载试验 高应变动测法 基桩完整性检测 低应变反射法 声波透射法 开挖目视法 孔内成像法 取芯法土木工程检测与测试土木工程检测与测试12 4.2.1.1 桩基检测现状名称测试内容优点缺点开挖目视基桩完整性结果直观工作量大、对结构
6、破坏较大、成本较高取芯法基桩完整性、混凝土强度结果直观需桩头露出、受钻心质量影响、成本较高孔内成像法基桩完整性结果比较直观,精度高需要桩头露出,并且进行钻孔声波透射法基桩完整性精度较高需桩头露出且需要预留检测孔。低应变反射波法基桩完整性操作简便、结果较为直观需桩头露出、信号需人工判断基桩完整性检测方法对比基桩完整性检测方法对比 土木工程检测与测试土木工程检测与测试13 4.1.2.2 基桩检测的注意事项问题一:适用范围局限由于技术原因,各检测方法有一定的适用范围。若将检测能力和适用范围不适宜地扩大,容易引起误判。问题三:现役基桩检测技术欠缺现役基桩存在巨大检测需求,而目前检测技术针对新桩检测,
7、现役基桩检测问题亟待解决。基桩检测通常是直接法与半直接法配合,多种方法并用。单独的方法无法评定,各个标准并用时又出现主次不分或不一致的情况。问题二:方法选用局限土木工程检测与测试土木工程检测与测试14 4.2.2 低应变发射法 反射波性质 在均质桩身中,若机械阻抗相同( Z1=Z2 ),不产生反射。 对于摩擦桩,桩底一般位于土质材料中。由于土体材料的阻抗较低,及机械阻抗减少( Z1Z2 ),反射信号的相位与入射信号相同。 当有缩径或扩径时刻,机械阻抗分别减少或增加,产生同相或反相的反射波。 当出现断桩、薄弱层等 ,一般均会造成机械阻抗减少,从而产生同相反射。缺陷桩反射示意图土木工程检测与测试土
8、木工程检测与测试15 4.2.2 低应变发射法 定义 通过分析实测桩顶速度响应信号特征检测桩身完整性(依据波的反射和衰减特性)低应变法检测系统示意图土木工程检测与测试土木工程检测与测试16 4.2.2.2 测试仪器和激振设备的选择 测试仪器和激振设备的选择 优选压电式加速度传感器:体积小、频率响应范围宽,能够将加速度计的实测信号积分成速度曲线, 并据此进行判读。 10%幅频误差内,加速度计幅频线性段的高限不宜小于510KHz,同时也应避免在桩顶敲击处表面凹凸不平时用硬质材料锤(或不加锤垫)直接敲击。 激振:瞬态激振、稳态激振升拓基桩动测仪土木工程检测与测试土木工程检测与测试17 现场检测工作
9、桩头部位处理 :由于桩头部位的阻抗,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。 测试参数设定 采样时间间隔t 采样数据点数N,宜取2n 传感器安装 实心桩安装点 空心桩安装点传感器安装点、锤击点布置 4.2.2.3 现场检测工作土木工程检测与测试土木工程检测与测试18 4.2.2.4 检测数据分析与判定 检测数据分析与评定 桩身波速平均值的确定:至少选取5根I类桩的桩身波速按下式计算: 桩身缺陷位置 时域 频域xmtcx21fx2cmnimcnc11桩身完整性判定土木工程检测与测试土木工程检测与测试19 4.2.2.5 典型状况的时域、频域信号 断桩的反射 桩身较长、上部断
10、裂、波阻抗界面明显、反射系数大会产生多次反射。 多次反射波的波幅按指数衰减;反射的时间间隔基本相同。 断桩多次反射的次数,与断裂部位长度、断裂部位桩身的声波衰减系数的大小、断裂处的反射系数相关。 断桩难以得到桩实际底部反射信号。断桩反射特征土木工程检测与测试土木工程检测与测试20 4.2.2.5 典型状况的时域、频域信号 扩颈的多次反射 激励的首波D在扩径处多次反射 一次反射波R1的相位与D相反(奇数反射相反) 扩颈二次反射波R2的相位与D相同(偶数反射相同) 扩颈桩能得到桩实际底部反射信号,但比完整桩底部反射明显较弱。扩颈桩反射特征土木工程检测与测试土木工程检测与测试21 4.2.2.5 典
11、型状况的时域、频域信号 缩颈的多次反射用振速反射系数判断缩颈部位多次反射的相位 。 多次反射波R1, R2, R3的波幅按指数规律衰减 ;反射的时间间隔基本相同。 反射特性、反射次数相关性与断桩类似 缩颈桩能得到桩实际底部反射信号,但比完整桩底部反射明显较弱。缩颈桩反射特征土木工程检测与测试土木工程检测与测试22 4.2.2.5 典型状况的时域、频域信号 其他反射类型 扩底桩的反射 嵌岩桩的桩底反射 桩头附近缺陷的反射 注意事项 激振波长选取:波长越长,对缺陷的分辨力越低,有必要提高激振频率。 速度与加速度信号选取:结合使用缺陷反射桩底反射桩底反射缺陷反射测试的加速度信号。可以看出桩底反射比较
12、明显。缺陷反射明显。 测试的加速度信号。可以看出桩底反射比较明显。缺陷反射明显。 土木工程检测与测试土木工程检测与测试23 4.2.3 声波透射法 声波透射法(跨孔声波、跨孔超声波) 通过预埋在桩身的声测管,用声测换能器的发射和接收,测出被测混凝土介质的声学参数,分析声测管之间混凝土的缺陷位置及影响程度来判定桩身完整性类别。 利用声波的透射原理检测概念及检测面积土木工程检测与测试土木工程检测与测试24 4.2.3 声波透射法 声学参数 声速:变化规律性较强,一定程度上反映桩身混凝土的均匀性 声速异常临界值vc 去掉并记录样本中的最小数据,计算剩余数据的平均值、标准差; 由教材表4-3中查得对应
13、值,由式计算v0 将样本中最小值与之比较,若最小值仍小于v0,继续去掉并记录该值; 重复计算和比较,直至不存在异常值,v0=vc 。xm0s-vv 桩身混凝土的均匀性:采用离差系数 sx:n个测点的声速标准差 vm :n个测点的声速平均值 桩身混凝土质量普遍较差出现时的情况: vm 偏低 sx 很小mxv/s土木工程检测与测试土木工程检测与测试25 4.2.3 声波透射法 波幅临界值 波幅临界值判据式为: 选择当信号首波幅值衰减量为其平均值的一半时的波幅分贝数为临界值,应注意: 因波幅的衰减受桩材不均匀性、声波传播路径和点源距离的影响,考虑声测管间距较大时波幅分散性而适当调整。 因波幅的分贝数
14、受仪器 、传感器灵敏度及发射能量影响,考虑以波幅临界值作为判据。 波幅差异较大时,应与声速变化及主频变化结合分析。nipimmpiAnAAA116mA波幅平均值dBn检测剖面点数土木工程检测与测试土木工程检测与测试26 4.2.3 声波透射法 辅助异常点 PSD判据式为: PSD判据对缺陷十分敏感,且基本不受声测管不平行或混凝土强度不均匀等因素影响。这是由于非缺陷所引起的声时变化都是渐变过程,虽然总的声时变化量可能很大,但相邻测点间的声时差却很小,因而S值变化很小。1211iiiiiiiiHHttttSKi测点位置/序号iS第i-1至i测点之间的斜率1tiit和相邻两测点的传播时间值1iHHi
15、和相邻两测点的深度iKi点的PSD判据值土木工程检测与测试土木工程检测与测试27 4.2.3 声波透射法 可结合钻芯法将其结果进行对比,从而得出更符合实际情况的分类。 结合实测时程曲线的畸变及振幅、PSD值的变化,综合判定与分类。 可结合施工工艺和施工记录等有关资料具体分析。 对声测管连线以外部分的缺陷,往往无法检测,有必要增加声测管数目。桩身完整性判定注意事项土木工程检测与测试土木工程检测与测试 4.2.4 低应变法与声波透射法的比较低应变法声波透射法采用波的反射和衰减特性采用声波的透射原理适用于预制桩对断桩非常敏感可测试缩颈、扩颈等现象一般不适用有可能测漏一般不适用适用于声波管堵塞或复测及
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