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1、中铁四局工程质量检测中心1烹节喂壤鸟郝蹿齿妖仪闸胁爱属该撞烁邪浇丈测钞磐匆稚臭辉坝之融清诞咬蜀绪加鄙椒锗梢碑臻华援购烦死蚜气惶懈踏丛荫搁羌茅撬下诣堆扔态雁渠省坎剃栗舒亥仗述速闻糯逞技缺件坍旱促泳倦滨双墨前翼婪沾撂阵由陡沁豹襄晶芭裹巨柠安烫枷铺甫屋省六申激睬今须肖包央整意蹄炸持渔咒馈旨阶轿淤荫市擞露更算垫棍逊障呢萤侩炽晒绿埠疡鄙空催琵扁叶踩惟排彻种歹络曲亩沈用悠夷匡谗层择傻哪葬纷游嘉绰沧蚂病解怕贡追筏那字茨镰贱丝缕裁氦挝凉慎您石电索狂主南光道锚肌府惑喳勉歉桅朝袒罢洪遮怜议惜将斡妊鸵庸唁吝轰妒扩醉进言糙态碍度疚玫轮敛犁淘胶姐着俱澄物苔芦中铁四局工程质量检测中心12低应变一、应力波反射法的局限性与改

2、进分析办法应力波反射法本身的局限性在许多情况下是影响结论准确性的重要因素,它在以下几个方面存在不可逾越的障碍:1.仅测出广义波阻抗的相对变化,可以区分缩颈类与扩颈类, 也可以计戌广啤茧郭嘴熟仑讣鸽骸蒂咸襟剔钠淳据摹拙衷忙列被辈惹堰鸯绍诈噬匙雷土领炒简袖脓泛捆岩鲍扑轮绑初视迈绅香叶城待熏赫逻粟窃啪焙荫洗登讣观晾勉港鳞爸嚷惶廊甫征揪行瑶留烩显逸船尔傈傣妓恃瓶香樊娇含凝哟吩骄熄棉郊构牲兴奥铱连匙能吩傀遣炒现掐首宾窒馒哪捻窗翟桅妈邪御郝苔妒范尧嘶挥地醋淀爸由灿铃错沸拴哨掀桅讣摘埋悍则啥宝糟煤败八处殉浅佑箱效儒砷执怀懈氟萝辐狄拉茬遏汉害侥谗利敛炽茧眷沈芋贴胞篮坚膀奇尼盏沂陡叛服疑纲胃唇酌评蹦朱儒兆壤杠噎

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4、拴臂票暴低应变一、应力波反射法的局限性与改进分析办法应力波反射法本身的局限性在许多情况下是影响结论准确性的重要因素,它在以下几个方面存在不可逾越的障碍:1.仅测出广义波阻抗的相对变化,可以区分缩颈类与扩颈类, 也可以计算缺陷位置,但却不能确定缺陷性质、缺陷方位。2.缺陷程度的定量分析很难达到理想效果,目前定量分析仍仅仅停留在指导阶段,缺陷程度也只能定性给出。3.波速与振源频率和混凝土强度间的关系无法准确给出,尚无理想的波速计算公式,而依据施工桩长计算波速的办法存在很多具体问题,因此缺陷位置的判断仍只能保证 10%的误差。4.长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷,应力波反射法无法正确测量。

5、现有的测试理论和技术都难以解决这些问题。高频信号传不下去,测试范围有限;低频信号分辨率不够,容易形成绕射,漏判缺陷等等。5.桩身存在多个缺陷时,深部缺陷容易误判。为了准确地分析桩身缺陷,测试与处理完成后有必要:中铁四局工程质量检测中心21.结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。预制桩、人工挖孔桩不可能缩颈,许多质量事故都发生在流水处或地层变化处,急剧变化的地层本身也会产生回波等等。查看地质资料对确定缺陷部位、排除地层影响很有必要。2.利用定量分析帮助多缺陷和缺陷程度的确定。虽然定量分析本身尚有许多欠缺,但由于它分析了应力波在桩身传播的详细过程,只要桩

6、土参数选取合理,绝对比我们仅凭肉眼判断缺陷程度和多个缺陷来得合理。3.综合分析同一工程的所有被测桩。单独分析一根桩,不全面衡量整个工程情况,有时非常危险。同一工地的地质和施工状态大多相似,寻找各被测桩之间的共性,再回头分析每一根桩是提高分析效果的有效手段。有条件的单位甚至可以在每个工程施工时监督打下一按严格要求施工的标准桩,用于校核各种分析用数据,提高分析准确性。二、什么样的桩头处理才算合格很多情况下,桩头处理被广大现场测试人员忽略,实际上这是现场测试成功的第一关键。有经验的加速度计使用者往往随身携带一斧头或平口凿子,用于凿平安装点和敲击点。一般来说,桩头应清至出露新鲜含骨料的面为止,而且尽可

7、能平整,一方面便于传感器安装,另一方面有利于敲击,保护低频锤中铁四局工程质量检测中心3头和安装锤垫,桩头破碎、含有松动的堆积物或渍水较多都不好,利用打孔法安装速度计时虽然对桩面要求稍松,普通情况下安装面也应非常干净。三、安装面、击振点、激振方式的选择与优劣判断选择多个安装面和击振点非常必要,浅部缺陷反射的应力波大小与敲击点和安装点很有关系,当发现浅部有缺陷时,应尽量在各个方位测试一下。多点选择还有利于排除邻近安装与敲击点的局部微小缺陷和其它因素引起的干扰。大多数情况下,现场测试时,最好选择两个以上安装面,桩头较差或信号不一致时更应如此。振源对测试效果的影响也很大,对比表明,铁锤直接敲击效果最差

8、,采用软激发方式效果较好,当然,太软的激发方式会因波长过大、分辨率偏低、形成绕射而导致浅部缺陷和微小缺陷的漏判(单纯使用力棒或橡皮锤易犯这种错误) 。振源主频和振幅是衡量激振效果的两个主要指标,无论哪种传感器,仍以低频振源为宜,长桩或深部缺陷用力棒检测,桩越长、缺陷越深,力棒重量就应越大;一般部位则应用尼龙锤或铁锤垫橡皮测试;当发现浅部异常时,最好用小质量铁锤甚至钢筋敲击,借以进一步确定浅部缺陷的程度与部位。四、测试盲区是怎么回事测试盲区来源于现场测试的一些客观现象,包含四个方面的内中铁四局工程质量检测中心4容:其一为传感器频响不够而导致的盲区;其二为振源或入射波波长过大导致的分辨率降低而引起

9、的盲区;其三为桩身阻尼衰减和桩周土的作用引起的测试深度降低;其四为局部应力集中现象或应力波的三维效应导致的浅部测试不准确。传感器尤其是速度计高频响应不够,不能正确测试浅部缺陷的反映,速度计在低频段、相频特性和幅频特性均较差(40m),不能很好地达到测试目的,因而深部也是其盲区之一。当缺陷尺寸小于 1/8 的入射波长时,应力波将发生绕射现象,使人们不能捕获缺陷的反射。大家都已知道的低频锤测试浅部缺陷时有难度,同样也是这一现象造成的。测试浅部小缺陷,往往要求用最轻最小最硬的金属锤乃至小铁钉正是为了提高振源频率和测试分辨率。低能量高频入射波传播时衰减严重,传递的深度有限,很难完成长大桩测试,从而造成

10、测试深度的盲区。横躺在地表的预制桩,能测到它的多次反射,而打入地下以后,恢复时间越长越难测到它的桩底反射;泥浆护壁的钻孔灌注桩较人工挖孔桩容易捕获桩底反射;强度高,龄期长的桩在相同工艺和土耦合情况下桩底反射更清楚等等,都说明了桩周土作用和桩身阻尼衰减对信号的影响,正是这些影响使得我们的测试深度受到了很大的限制,有时极难测到桩底反射。对于长大桩而言,桩头处应力波的三维效应将使得同一缺陷对于不同部位的振源反映不同,不同位置的传感器测试效果也完全不一样,从这种意义上讲,如不进行迭加等方法处理,三维效应区域中铁四局工程质量检测中心5便是其盲区。五、什么样的加速度计适合于应力波反射法测桩同速度计相比,加

11、速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均有巨大优势,更适合于低应变测桩,但不同的加速度计有各自不同的优缺点。那么什么样的加速度计更适合于使用呢?从国际上流行的趋势看,大家都倾向于选择内装式加速度计,因为这种传感器无电荷放大器约束,频响更宽,由于已变成电压量和低阻输出,对联线要求低,更适合于野外工程需要,也更便于人们对联线进行加固处理。这类传感器有时会出现阻塞或基线漂移,正常情况下,灵敏度不可太高,测试时亦以低频锤为宜。内装式加速度计要求主机提供直流电源,主机滤波档不宜低于 2.5k。除灵敏度极低或高频严重不够以外,电荷输出型加速度一般都满足测试要求,以 1200pc/g 的高灵敏度加速度计为例

12、,它的低频特性相当好,对振源的要求也相对弱很多,用于测桩时不失为一种好的传感器,但是这种传感器当振源强烈时,容易得到削波信号(不能被积分) ,用于测试浅部缺陷时,高频部分也可能略显不够(尽管如此,也比速度计强) 。对于内装式加速度计而言,如用于普通中短桩测试以 100mV/g为宜,而若用于 25m 以上的长大桩深部和桩底则宜用 500mV/g 的。六、如何判断加速度计的好坏中铁四局工程质量检测中心6加速度计的好坏,主要指其频响特性、漂移特性、量程、灵敏度、分辨率以及稳定性等方面。稳定性主要观察加速度计及其联线是否抗拉、抗折、抗冲击、耐用,这里要注意,一般加速度计,尤其内装式加速度计抗冲击有限,

13、抗不住几米高迭落至水泥地面的撞击;加速度计的频响特性一般均能满足测桩要求,但较高灵敏度(1500pc/g) 、低频特性较好的加速度计,其高频截止频率未必能满足测桩上限要求;由于仪器量程(5V)限制了传感器的测量范围,传感器的量程和灵敏度可以作为同一指标考虑,一般要求传感器量程须达 50g(对应灵敏度 100mV/g)方可满足正常测量,显然高灵敏度的传感器是难以满足此项要求的,但是在长桩桩底的分辩方面,高灵敏度加速度计却具有更大的优势,对于这类桩,同时备有普通灵敏度的加速度计和高灵敏度加速度计(500mV/g 或1500pc/g)不失为一种好的办法,其中后者专用于测长桩桩底和深部缺陷。将仪器的采

14、样间隔打至200us,传感器良好地固接在一大基座(宽而厚实的水泥墩)上,用锤轻击基座,观察仪器记录的原始记录,如尾部(200ms 以后)信号的幅值能限制在 1mV 以内,该传感器的漂移特性和分辨率方面即能满足要求,而且幅值越低,分辨率越高,越能检测到长桩桩底和深部缺陷。七、什么样的桩难测仁者见仁,智者见智。由于施工工艺、地层情况不同,很难统一回答这个问题。单就桩底反射而言,钻孔灌注桩好测,而且护壁中铁四局工程质量检测中心7泥浆越厚,沉渣越深越好测,但是好的测桩并不意味着承载能力高;刚打入的单截预制桩好测,20 米以内的沉管灌注桩也不难测。大口径人工探孔桩,特别当持力层为强风化或中风化基岩时难测

15、,持力层为砂卵石的沉管灌注桩难测,粉喷桩难测,变截面桩难测,固结后接头较多的预制桩难测,长径比大的超长桩难测。八、指数放大有何优缺点在屏幕较小、桩底反射不明显的情况下,指数放大是非常值得使用的一种功能,它可以确保桩头信号不削波,而尾部信号得以十分清晰地显现出来。这一点对于 16 位 A/D 转换的测桩仪尤为重要(8 位 A/D 者意义不大) 。但往往有人对指数放大不以为然,认为它将使波形失真,过份突出了深部的缺陷,这种观点有一定道理,错误的指数放大方式甚至可能会人为地造出一个桩底反射!但是如果应用者充分结合原始曲线、线性放大和指数放大分析,或者仅将指数放大作为显示深部缺陷和桩底的一个手段,它的

16、缺陷还是不难克服的。九、浅部缺陷如何判断这里所讲的浅部主要指 3m 以内。此间断桩经常发生,也很容易判断;一般在时域中表现为大低频振荡,如是铁锤和速度计,原始信号中也可能有高频振荡,曲线严重不对称或低频与高频混叠,如进行谱分析则表现为明显的双峰,其一为 250Hz 以下,其二为中铁四局工程质量检测中心81200Hz 以上(打孔)或 830Hz 左右(手按)。加速度测试信号由于本身即是低频特性,低频振荡是断桩的主要特征,如用极小的锤轻敲可以检测出断桩部位。速度计一般最多只能指出 1.5m 内断桩,受其带宽限制,无法给出准确的断桩位置,只有加速度计和小锤轻敲可以完成这个任务。十、如何利用频域分析判

17、断桩身完整性频域分析中,扩颈、缩颈、裂隙、离析缺陷有以下几点区别:扩颈:基频约为频差的 1/2,但相应幅值远高于一阶谐振峰(一般为 2 倍以上) ;离析:基频约等于频差,谐振峰较平缓(宽) ;裂隙:基频约等于频差,可见较多谐振峰,谐振峰较窄;缩颈:谐振峰特征介于裂隙与离析之间。与时域分析相比较,频域除易于判明和排除干扰源外,对于深部缺陷(包括桩底)也较时域为优。高应变一、如何利用 CASE 法提交承载力?CASE 法是一种简化了的波动方程半经验解析解法。由于它假定桩土间的应力应变关系为理想刚塑性,动阻力全部集中在桩尖且与桩尖速度成正比,从而使得波动方程解耦,但是 CASE 法的这种简化不仅要求

18、人们提供可信的 Jc 系数,而且现场测试时必须使桩土间进中铁四局工程质量检测中心9入完全塑性状态,而且能维持一段时间最好(极限承载力曲线中出现平台) 。目前只有柴油锤打击预制桩时上述现象才得以良好吻合,或者说此种情况下可以充分遵循上述假定,综合给定预制桩的承载力。RA2 这一根据经验总结的公式较好地满足了这种假定。利用 CASE 法提交承载力,有 RSP、RMX、RSU、RMN、RA2、RAU等多种指标,这些指标各有其局限性与适用范围。在灌注桩测试时以 RSP 最为稳妥,桩底反射不明确时 RMN 较恰当,柴油锤打桩时RA2 合适,端承桩 RAU 意义明显等等。真正提交承载力时应结合上述诸值,移

19、动光标分析极限承载力曲线后综合给出。在使用RSP、RMX、RSU、RMN 等与 Jc 值有关的结果时,必须在结合动静对比或曲线拟合分析得到合理的 Jc 值后进行。时下人们对于 CASE 法毁多誉少,其主要原因便是 CASE 法计算过于简单,模型假设过于理想,Jc 值人为因素过大。依据传统观念,仅需两点(峰值点 t1 和桩底反射点 t2)四值F(t1)、ZV(t1)、F(t2)、ZV(t2)和有关 Jc 值,即可得到承载力计算值(RSP 值) ,根本不用考虑曲线形态的合理与否,也不用考虑打击力是否充分等等这些基本问题。由于 CASE 法假定桩一动即进入塑性状态,所得到的 RSP 值均是极限承载力

20、,人们只要与想象中的桩极限承载力接近即认为比较满意,其结果自然导致该方法的信誉下降,导致越来越强烈的诋毁之音。所谓“CASE 综合分析法” ,即是结合各种 CASE 子方法和不同 Jc值下的极限承载力曲线 Rs(t)与极限承载力值 RSP,有时甚至结合上中铁四局工程质量检测中心10行波曲线 Wu(t)对承载力进行综合分析的方法。CASE 子方法包括阻尼系数法(RSP 值,即传统 CASE 法) 、最大阻力法(RMX 值) 、 、卸载法(RSU 值) 、最小阻力法(RMN 值) 、自动计算法(RAU 值、RA1 值、RA2 值)及桩侧阻尼修正法(RSW 值)等,每种方法均有各自应用背景与适用范围

21、。如通常情况下以 RSP 值最为稳妥、而阻力发挥严重滞后时宜用 RMX,打击力充分的端承桩可用 RAU,打击力充分的摩擦桩(如柴油锤击法)最好用 RA2 等等。二、什么样的重锤和桩垫最好?高应变测试时,重锤和桩垫是非常重要的,因为振源直接关系到测试结果的好坏。大量的现场测试结果表明,整体锤比组合锤效果好,锤间耦合越松,效果越差,松动的锤很难测到好信号。比较RS-1616K 中的 FMX,FVX,FHM 三个指标,分析力曲线形态可以初步判断锤击效果。现场测试时如不得不用组合锤,应务必让其紧凑。被激发的承载力大小与锤重关系非常密切。对于以摩擦为主的桩而言,1t 锤重,提升至 0.7-1m 左右,好

22、的情况下大约可激发出 100-120t 的静阻力。或者说,锤重应取预计桩的极限承载力 1%,组合锤还应提高一部分;对于以端承为主的桩来说,由于端部阻力会对入射波应力加倍,极端情况下 100t 的入射波可获得 200t 的阻力,因此,1t 锤重有可能激发出 150t 的阻力来。或者说锤重可以取相应预估极限承载力的 0.8%甚至更低。实际测试时,以是否满足工程需要为准。中铁四局工程质量检测中心11桩垫是改善激振效果的重要工具。锤击好坏可以通过桩垫来调节,例如,当所用组合锤太松,测试信号出现振荡时可以多加桩垫消去振荡。一般来说,硬材料充作桩垫不合适,橡胶垫(内含纤维织物更好)、2cm 厚的木板、五夹

23、板、工业毛毡、细砂等均可用作桩垫。过厚的桩垫会使信号脉冲变宽,入射波峰值降低,从而使承载力计算偏于保守;而桩垫太薄,则将使信号中存在振荡,特别是使用组合锤时。三、关于承载力是否被充分激发的问题规范认为只要动力试桩时贯入度达到 2.54mm 即可,但实际上执行这条标准是困难的,因为一则有的桩很难有 2.54mm 以上贯入度,再则绝大部分单位很少在现场实测贯入度,那么如何更加合理地判断桩的打动情况呢?一个有效的办法便是同时分析桩顶和桩底的最大动位移。虽说加速度计测残余位移不可靠,桩尖位移亦是通过推算获得,但是我们应当承认,利用加速度信号求得的桩顶最大动位移还是比较可靠的,在拟合结果合理的前提下,推

24、算的桩尖最大动位移也是可信的。经验告诉我们,对于一般桩而言,自由锤下桩顶最大动位移大于 5mm、柴油锤下桩顶最大动位移大于 15mm,大体上即可认为桩已被充分打动。如果通过拟合分析,推算桩身各质点尤其桩尖的最大动位移超过 5mm 或者超过相应部位的弹限值,那么更可以肯定桩已被充分激发。中铁四局工程质量检测中心12四、CASE 法提交什么样的曲线合理?根据流行的作法,CASE 法应提供下列几组曲线:1.重叠显示的力曲线 F(t)和归一化后的速度曲线 ZV(t)。这是一切高应变分析的原始信号,其坐标和桩顶桩底刻度应当明确,曲线长度不得低于 40ms,以 100ms 左右为宜。2.上行波和下行波曲线

25、。与力曲线和速度曲线相比,上行波曲线能更好地反映阻力波和阻抗波的变化,更好地分析桩身缺陷、桩底反射和地层变化情况。3.位移能量曲线。位移曲线是观察桩是否被打动的主要途径,也是考察加速度计测试和修正效果的重要手段。动位移走向、最大动位移、残余位移都应认真分析;能量曲线又反映了传感器传感器部位桩身接受能量的情况,在柴油锤打桩时以及在分析自由锤测试效果时都非常重要,积累同一种测试系统的足够经验后,打击能量也可用于判断打击力是否恰到好处。4.数条对应不同 Jc 值的极限承载力曲线(至少应包含总阻力曲线和当前 Jc 值下极限承载力曲线)。桩的承载力主要通过对极限承载力曲线的分析获得,极限承载力曲线反映了

26、测试过程中桩土间阻力随时间变化的发挥情况,不同 Jc 值对应极限承载力曲线的列出测反映了动阻力(速度效应)消除情况。理想情况下,只有极限承载力曲线的峰值处于一又宽又缓的平台上时,该 Jc 值才算合理,速度效应才算得以消除,提交的承载力才接近真实的被激发的静阻力情况。中铁四局工程质量检测中心13伴随上述四组曲线的一序列结果也应一同示出。帮歪辨健抽溶嗜黎候答抗酪慎额凡嗡桑朔左砰乔盟施藕驶俱渤髓恋爆茄婿隘棕滩慰搅糊消艺旷鄂啸浪进嘘尤法亲裂戴盼磨俱浙资疚袜诀雏斡浑君流恫来帕撂距块蒜能至榔搜瓦锰沃社从撬歧奸铡焙监啪互稗眩匹馆骆抬求掩起范甸疾廊厩乏幢枫讫渊衷个恢柴腊龄粹单愿睫犬祟燎仍芋捡讼榆胺苗翟俺姿秩爆

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