低應變動力試樁法主要用於樁的完整性檢測,根據激振方式的不同,又可分為反射波法(小錘敲擊法)、機械阻抗法、水電效應法和共振法等數種。目前研究和套用的比較多的低應變動測方法主要是反射波法。
本方法對樁身缺陷程度只作定性判斷。對於樁身不同類型的缺陷,反射波測試信號中主要反映出樁身阻抗減小的信息,缺陷性質往往較難區分。
基本原理
反射波法是建立在一維波動理論基礎上,將樁假設為一維彈性連續桿,在樁身頂部進行豎向激振產生彈性波,彈性波沿著樁身向下傳播,當樁身存在明顯差異的界面(如樁底、斷樁和嚴重離析等)或樁身截面積變化(如縮徑或擴徑)部位,波阻抗將發生變化,產生反射波,通過安裝在樁頂的感測器接收反射信號,對接收的反射信號進行放大、濾波和數據處理,可以識別來自樁身不同部位的反射信息。利用波在樁體內傳播時縱波波速、樁長與反射時間之間的對應關係,通過對反射信息的分析計算,判斷樁身混凝土的完整性及根據平均波速校核樁的實際長度,判定樁身缺陷程度及位置。
適用範圍
1、低應變適用於檢測混凝土樁的樁身完整性,判定樁身缺陷的程度及位置。只能定性判定,不能定量
2、低應變法是通過一維波動理論分析來判定基樁的樁身完整性,這種方法也稱之為反射波法(或瞬態時域分析法)
3、低應變法的理論基礎是一維線彈性桿件模型,因此受檢樁的長細比、瞬態激勵脈衝有效高頻分量的波長與樁的橫向尺寸之比不宜小於10,設計樁身橫截面宜基本規則。另外,一維理論要求應力波在樁身中傳播時平截面假設成立,所以,對於薄壁鋼管樁、大直徑現澆薄壁混凝土管樁和類似於H型鋼樁的異型樁,若激勵回響在樁頂面接收時,低應變方法不適用。
儀器要求
檢測儀器的主要技術性能指標應符合現行行業標準《基樁動測儀》JG/T3055的有關規定。具有連續採集、快速自動存貯、顯示實測信號和處理分析信號的功能
《建築基樁檢測技術規範》(JGJ106)對儀器設備的要求如下:
(1)檢測儀器的主要技術性能指標應符合現行行業標準《基樁動測儀》JG/T3055的有關規定;
(2)瞬態激振設備應包括能激發寬脈衝和窄脈衝的力錘和錘墊;力錘可裝有力感測器;穩態激振設備應為電磁式穩態激振器,其激振力可調,掃頻範圍為10Hz~2000Hz。
《公路工程基樁檢測技術規程》(JTG/TF81-01)對儀器設備的要求如下:
(1)檢測系統應包括激振設備、感測器、信號採集及處理器和專用附屬檔案。
(2)檢測儀器的主要技術性能指標不應低於《基樁動測儀》(JG/T3055)中規定的2級標準要求,具有連續採集、快速自動存貯、顯示實測信號和處理分析信號的功能。
(3)檢測儀器信號採集系統應符合下列規定。
①數據採集和處理器模/數(A/D)轉換器的位數不低於16bit。
②採樣間隔宜為10µs~50µs。
③單通道採樣點不少於1024點。
④放大器增益宜大於60dB,可調、線性度良好,其頻響範圍應滿足10Hz~5kHz。
(4)激振設備應包括能激發窄脈衝和寬脈衝不同材質的力棒、力錘和錘墊。
(5)感測器宜選用壓電式加速度感測器或磁電式速度感測器,其頻響曲線的有效範圍應覆蓋整個測試信號的頻率範圍。
儀器設備
儀器設備一般由檢測儀器、感測器和激振設備三大部分構成,配置反射波法信號分析處理軟體。
目前國內使用較廣泛的基樁動測儀器有:武漢中岩科技有限公司生產的RSM系列基樁動測儀、美國的PIT等。基樁動測儀在野外較惡劣環境條件下使用,因此選擇儀器既要考慮儀器的動態性能滿足測試要求、測試軟體對實測信號的再處理功能,也要綜合考慮儀器的可靠性、維修性、安全性和經濟性等。
性能特點
1、獨創24位瞬時浮點放大A/D,動態範圍大,兼顧微信號與強信號的採集
2、低頻與高頻信號協調;模擬數字混合濾波
3、壓電式加速度感測器、速度感測器兼容
4、應變電橋初始不平衡量瞬時自動無級調平衡,降低應變環初始變形對信號採集的影響
5、樁淺部缺陷三維模型校正,缺陷定位準確
6、鋰電池可拆卸,支持座充
7、內置藍牙、WIFI,具有實時監控無線上傳的功能
現場檢測
1.現場調查及資料收集
2.抽檢數量、樁位選擇及檢測開始時間
3.樁頭處理
4.感測器的安裝
實心樁:感測器安裝點宜在距樁中心2/3半徑處
空心樁:激振點與感測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°,感測器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處
根據樁徑大小,樁心對稱布置2~4個安裝感測器的檢測點
5.激振點及錘擊振源
現場測試時,最好多準備幾種錘頭、錘墊,根據實際情況進行選用。
激振點的位置:
實心樁:激振點位置應選擇在樁中心
空心樁:激振點與感測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°,激振點位置宜為樁壁厚的1/2處
激振的要求
激振方向垂直於樁面,激振點平整,激振乾脆,形成單擾動
激振點應遠離鋼筋籠的主筋
激振應通過現場敲擊試驗,選擇合適重量的激振力錘和軟硬適宜的錘墊,宜用寬脈衝獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號,宜用窄脈衝獲取樁身上部缺陷反射信號
6.儀器參數設定
規範對儀器參數設定的要求
時域信號記錄的時間段長度應在2L/c時刻後延續不少於5ms;幅頻信號分析的頻率範圍上限不應小於2000Hz
樁長設定為樁頂測點至樁底的施工樁長
設定樁身截面積應為施工截面積
樁身波速可根據本地區同類型樁的測試值初步設定
採樣時間間隔或採樣頻率應根據樁長、樁身波速和頻域解析度合理選擇;時域信號採樣點數不宜少於1024點
感測器的設定值應按計量檢定或校準結果設定
7.信號採集與判斷
8.影響信號質量的因素
1)樁頭處理
2)激振能量大小的影響
3)感測器的影響
4)耦合劑的影響
5)應力波在傳播過程中的衰減
6)樁周土層對測試信號的影響
7)樁底土層對測試信號的影響
現場注意事項
(1)檢測時如發生儀器、感測器損壞時,應立即更換儀器、感測器,並重新進行檢測;
(2)如現場檢測環境受到溫濕度、電壓波動、電磁干擾和振動衝擊等外界因素影響而不能滿足儀器使用要求時,應及時終止檢測;針對干擾源採取有效防護措施,直至滿足檢測工作的要求;
(3)現場檢測時,如發現測試數據異常,應分析原因,看是否誤操作、儀器設備有無故障、現場是否具備檢測條件、參數設定是否正確等。排除引起測試數據異常的原因後重新檢測;
(4)檢測時應注意現場安全,確保檢測工作順利進行。