低应变反射波法在混凝土桩身检测中的应用.pdf
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1、 8 6 露天采矿技术 2 0 1 1 年第4 期 低应变反射波法在混凝土桩身检测中的应用 靳立宁 ( 内蒙古煤田地质局 l O 9勘探队,内蒙古 呼伦贝尔 0 2 1 0 0 8 ) 摘要: 低频反射波法在基础桩桩身质量检测中是常用的重要方法之一 ,在实际检测工作中, 除了做好 必要的前期准备工作外, 还要对地质情况、 施工工艺及施工原始记录进行充分的了解 ,以确定传感器、 激振方 法等各种参数的选择。 传感器的选择应考虑桩型及桩长, 采样频率应依据时域分析精度和频域分析精度要求 确定 , 而信号放 大及滤波处理则以采样信号不失真为宜。 关键词: 混凝土桩 ; 反射波法; 传感器; 激振方法
2、; 采样频率 中图分类号: T U 4 7 3 V 6 文献标识码: B 文章编号: 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 8 6 0 3 1 引言 利用低频反射波法检测混凝土桩桩身完整性技 术 , 已越来越多的应用于基础桩 的检测工作中, 并且 成为一种必要的手段 ,被广泛应用 。由于受地质条 件、 施工工艺, 以及一些不确定因素的影响, 所施工 的桩基不可能百分之百的达到合格的要求,难免有 部分桩基会有缺陷, 如灌注桩施工中常会出现缩径、 扩径、 混凝土离析、 夹泥 , 甚至 出现断桩等现象 。 因此 在实际工作中利用反射波曲线信号准确判断桩身质 量, 及时采
3、取补救措施, 排除工程隐患, 确保工程质 量, 对于基础桩的质量评价显得至关重要。 本文主要 讨论低应变反射波法的基本理论,并结合多年工作 实际,浅谈利用低应变反射波法对混凝土桩桩身完 整性检测的体会。 2 反射波原理 利用低频反射波主要是检测混凝土桩身结构的 完整性, 判断桩身缺陷位置, 施工桩长校对, 混凝土 强度等级估算等。低应变反射波法的理论基础是固 体介质中弹性波传播理论。假定桩身材料是均质各 向同性的, 并遵循虎克定律: 桩的截面保持为平面, 而每个截面上的应力是均匀分布的。由于桩身波阻 抗远远大于桩周围土的波阻抗,可忽略桩周土的约 束。当用重锤在桩头上击振时, 在桩头产生应力波,
4、 收稿日 期: 2 0 1 1 - 0 3 - 0 2 作者简介: i t 立宁( 1 9 6 4 一 ) , 男, 物探高级工程师, 1 9 8 3 年 毕业于陕西煤矿学校物探专业, 1 9 9 6 年毕业于内蒙古工业大 学工业与民用建筑专业。现在内蒙古 自 治区煤田地质局 1 0 9 勘探队从事物探分支项目 桩基检测和电法勘探工作。 沿桩身垂直向下传播 ,应力波通过桩阻抗 z( z: p C A) 变化界面时( 缩径、 扩径、 混凝土离析、 夹泥) 在 波阻抗分界处将产生反射波,一部分应力波产生反 射 , 向上传播 , 另一部分应力波产生透射继续向下传 播至桩底, 在桩底处又产生反射。 根
5、据弹性波在界面 处质点振动速度的连续性及力的平衡条件可以推出 反射系数 及透射系数 R=( p C v 4 一 p 2 C 2 ) ( P l C l +p 2 l d 2 ) T=2 p 2 C 4 2 ( p l C l 4 l p C 2 ) 一 般把p C A的乘积称为广义波阻抗。由上式可 以得出,在其不意存在波阻抗差异的界面处将产生 波的反射现象, 波阻抗差异越大 , 其反射能量越强。 利用 的正负值可判断出反射波与入射波的相位 关系,利用获得的曲线可判断出桩底与桩身的缺陷 位置与性质及计算公式: =c 与 =2 完整桩与缺陷桩的时域信号曲线见图 l 、图2 , J l 7 、 一
6、、-_- 一r , =2 图 1 完整桩典型时域信号特征 J =2 二 、 、 、 、 、 - I - - - - 、-一, 图 2 缺陷桩典型时域信号特征 露天采矿技术 2 0 1 1 年第4 期 8 7 从曲线中可以判断出缺陷位置。 3 传感器的选择 传感器的选择对于桩身质量的检测至关重要, 合理的传感器, 是获得可靠资料的保证。 不同类型的 传感器对频率信号的接收是不同的, 为精确判定出桩 身缺陷的位置, 可灵活采用不同类型的传感器。 如高 阻尼速度传感器、 加速度传感器、 普通的低频速度传 感器等。利用它们在低频部、 中频部、 高频部不同的 灵敏度来准确反映桩深部、 中部和浅部的缺陷,
7、 以避 免出现漏掉缺陷或多解缺陷的现象, 提高判断的准确 性。目前, 桩基检测中常采用压电式加速度传感器, 它具有灵敏度高、 频率范围宽、 线性动态范围大等优 点; 同时它重量轻、 体积小, 易于携带, 被广泛采用。 4 激振锤的选择及传感器的安装 激振锤的选择及传感器的安装是获得可靠检测 信号的前题。激振锤的材质及大小是影响激振脉冲 频率和的重要因素。实际工作中常采用手锤、尼龙 锤、 铝锤 、 橡胶锤和力棒人工激振 。提高激振脉 冲的 频率, 可提高采样分辨率。但在实际应用中, 易衰减 的高频波对长桩不易获得桩底反射 ,故我们常采用 的方法是: 用低频脉冲获取桩底反射, 再用高频脉冲 检测桩
8、身上部缺陷。实践 中可通过改变锤的重量及 锤头材料( 如铁锤、 铜锤、 铝锤、 尼龙锤、 橡胶锤、 力棒 等) 来改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。 实践 证明, 锤头刚度较小时( 如尼龙锤、 铝锤等) 碰撞时间 较长, 其产生的入射波脉冲较宽、 频率低, 波速低、 衰 减慢, 具有较强的穿透力 , 可以消除不合理振荡, 适 合于检测长桩或较深部缺陷。 锤头刚度较大时( 如铁 锤、 铜锤等) 碰撞时间较短, 产生的入射波脉冲较窄、 频率高, 衰减快, 穿透力较差 , 适合于检测桩较浅部 的缺陷 。 传感器的安装位置、传感器的耦合粘结方式会 直接影响采样的准确性。 理论上讲传感器越轻, 越贴
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