【正文】 （或地質資料） 完整樁： 第 5 節(jié) 工程實例 縮徑類樁： 擴徑類樁： 斷裂樁： 嵌巖樁： 不同混凝土強度等級的反射波波速經驗值： 注意：預制樁在空氣中測得速度要比在土中測得的速度高。 質量評價： I類樁： 樁身完好，樁底反射清晰，無不良缺陷反射 。 Ⅱ 類樁： 樁底反射明顯，樁身不良缺陷反射輕微 。 Ⅲ 類樁： 樁底反射不明顯，樁身不良缺陷反射明顯 。 Ⅳ 類樁： 無樁底反射，樁身不良缺陷反射強烈，且有連續(xù)的多次反射。 第 6 章 高應變基樁檢測 第 1 節(jié) 檢測原理及分析方法 一、高應變法概念 用重錘沖擊樁頂，使樁和土產生足夠位移，充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，樁身兩側的力和加速度傳感器接收相應波信號，應用應力波理論分析處理力和速度時程曲線來判定樁的承載力和評價樁身質量完整性。 二、高應變法檢測目的及范圍 1）檢測單樁豎向抗壓承載力，采用實測曲線擬合分析時，可以得到樁側土阻力的分布和樁端土阻力；當沖擊力足夠大、充分發(fā)揮樁周土阻力時，可測得單樁豎向抗壓極限承載力； 2）檢測樁身結構完整性，判斷樁身質量及缺損位置。 三、高應變法與低應變法的區(qū)別 樁周土彈塑性響應而低應變法僅使樁周土完全處于彈性范圍內。 ：低應變小于 104，高應變大于 102。 四、基本理論 設樁為一維線彈性桿，測點下樁長為 L，樁身橫截有效面積為 A，樁材彈性模量為 E，樁材質量密度為 ρ ，樁身內彈性波速為 c（ c2=E/ρ ），廣義波阻抗為 Z=Aρc ；其樁身應力應變關系可寫為： ?? ?? EVZcAEAAF???????????????2縱波波速 C ： 應力波在樁身中的傳播速度，高應變檢測時混凝土樁的正常波速一般為 3000— 4000m/s。 質點運動速度 V： 其質點的振動速度 V取決于應力的大小和介質的特性。 彈性桿中的應力波引起的質點運動速度與應變成正比。例：對于低碳鋼， c=5120m/s，屈服限對應的變形約為 1‰ 即 ε=1000με ，則質點運動速度 V=。 F2= 2 F1= 1 應變 1 應變 2 (F1+F2)/2 平均力 積分得 V2 積分得 V1 a1 a2 (V1+V2)/2 平均速度 V 平均力 F 平均速度 V 與波阻抗 Z乘積 ZV F 與時間的函數(shù) FZV波形 分析方法 1）采用 Case法 2）實測曲線擬合法 1） case法 2）曲線擬合法 實測曲線擬合法采用了較復雜的樁 — 土力學模型，選擇實測力或速度或上行波作為邊界條件進行擬合，擬合完成時計算曲線應與實測曲線基本吻合，樁側土摩阻力應與地質資料基本相符，貫入度的計算值應與實測值基本吻合，從而獲得樁的豎向承載力和樁身完整性。 第 2 節(jié) 檢測系統(tǒng) 1 傳感器 2 采集儀器 3 軟件簡介 4 錘擊設備 檢測流程 第 1步 樁頭處理 第 2步 儀器連接 第 3步 傳感器安裝 第 4步 程序設置 第 5步 重錘錘擊 第 6步 信號采集 第 7步 信號分析 第 8步 結果打印 第 3 節(jié) 現(xiàn)場測試技術 樁頭處理 剔除樁頂浮漿 樁頂設置樁墊 樁頂設置鋼板圍箍 傳感器 安裝 距樁頂 應變計與加速度計中心在同一水平線上 緊貼樁身表面 應變計不能有變形 程序 設置 在開始檢測之前必須根據(jù)不同樁的情況對程序進行設置，功能及程序中出現(xiàn)的參數(shù)見操作說明書。 信號采集注意事項 ?重錘角架放置牢固 ?樁頭處理到位 ?采集前對正個系統(tǒng)的調試 ?波形存盤 第 4 節(jié) 判斷樁身完整性 1. 上、下行波 22222xuctu?????樁身中任意點的力和速度，都是上行波和下行波的疊加。 F=F?+F? V=V?+V? 下行波 : WU=（ F+ZV） /2 上行波 : WD=（ F– ZV） /2 2. 實測波形定性判斷樁身完整性 應力波沿樁身傳播，遇樁身有缺陷時，反射為拉力波。上行拉力波到了測點，使速度波上升，力波下降。 3. F、 V波形定性判斷樁承載力大小和類型 第 7 章 超聲波探測 超聲檢測是振動 (或波動 )檢測的一種，它是用一組的聲波頻率范圍的波的輸入樁身，并接收透射和反射后的波，進行分辨，判定樁身質量。 第 1 節(jié) 超聲波探測方法原理 一、 超聲波探測概念 二、超聲波 聲波有很多種： 1）次聲波段 頻率 f20Hz 可感覺 2）聲波 f=20~20220 Hz 可聽到 3）超聲波段 ≥ 20220 Hz 聽不見 樁的超聲檢測使用的是超聲波段。 三、超聲波基本參量 描述超聲波波動特性的基本物理量： 聲速 c、頻率 f、 波長 λ 、 周期 T 、 角頻率 ω 。 其中頻率和周期是由波源決定的 ， 聲速與傳聲介質的特性和波型有關 。 cλωπfT ???21四、超聲波分類 1） 超聲波的波型 超聲波的波型是介質質點的振動方向與波的傳播方向的關系 。 按波型可分為縱波 、 橫波 、 表面波和板波等 。 板波 （ 蘭姆波 ） ：在板厚和波長相當?shù)膹椥员“逯袀鞑サ某暡?。 薄板兩表面質點的振動為縱波和橫波的組合 ， 質點振動的軌跡為橢圓形態(tài) 。 板波按其傳播方式又可分為對稱型 （ S型 ） 和非對稱型（ A型 ） 兩種 。 (a) 對稱型； (b) 非對稱型 2) 超聲波的波形 根據(jù)波陣面的形狀可將超聲波分為：平面波 、柱面波和球面波等 。 將同一時刻介質中振動相位相同的所有質點所連成的面稱為波陣面 。 平面波即波陣面為平面的波 ， 而柱面波的波陣面為同軸圓柱面 ， 球面波的波陣面為同心球面 。 (a) 平面波； (b) 柱面波； (c) 球面波 3） 連續(xù)波與脈沖波 連續(xù)波是介質中各質點振動時間為無窮時的波。脈沖波是質點振動時間很短的波，超聲檢測中最常用的是脈沖波。 五、介質的聲學參量 1） 聲速 表示聲波在介質中傳播的速度 ， 它與超聲波的波型有關 ， 但更依賴于傳聲介質自身的特性 。 是一個表征介質聲學特性的參量 。 材料的聲速 ， 對于缺陷的定位和定量分析有重要的意義 。 ① 在無限大固體介質中傳播的縱波聲速 )21)(1()1(????????EV p② 在薄板 (板厚遠小于波長 )中縱波聲速 2)1()1(??????EV p③ 在細長桿 (橫向尺寸遠小于波長 )中縱波聲速 ?EV p ?2） 聲衰減系數(shù) 超聲波的衰減指的是超聲波在材料中傳播時 ，聲壓或聲能隨距離的增大逐漸減小的現(xiàn)象 。 xpp ??? e0 衰減系數(shù) α 隨頻率的增高而增大 。 單位為 dB／mm(分貝／毫米 )。 )d B / m m(lg201 0ppx??六 、 超聲波在介質中的傳播特性 1. 超聲波垂直入射到平界面上的反射和透射 當超聲波垂直入射到兩種介質的界面時 ， 一部分能量透過界面進入第二種介質 ， 成為透射波 (聲強為 It)，波的傳播方向不變；另一部分能量則被界面反射回來 ，沿與入射波相反的方向傳播 ， 成為反射波 (聲強為 Ir)。 聲波的這一性質是超聲波檢測缺陷的物理基礎 ， 可用來檢測混凝土的強度 、 裂縫深度 、 混凝土結構內部缺陷 、 樁身完整性等 。 超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 聲壓反射率 （ r） ：反射波聲壓 Pr與入射波聲壓 P0的比值 。 聲壓透射率 （ t） ：透射波聲壓 Pt和入射波聲壓 P0的比值 。 12120rZZZZppr????1220t 2ZZZppt???Z1為第一種介質的聲阻抗， Z2為第二種介質的聲阻抗。 聲壓：聲波通過介質時，由于振動產生的壓強，單位是 Pa。 聲阻抗：聲波波振面某一面積上的聲壓與通過這個面積的質點速度之比。 為了研究反射波和透射波的能量關系 ， 引入聲強反射率 R和聲強透射率 T兩個量 。 聲強反射率 R：反射波聲強 (Ir)和入射波聲強 (I0)之比； 聲強透射率 T：透射波聲強 (It)和入射波聲強 (I0)之比 。 2121220r?????????????ZZZZrIIR? ? 21221202210t 4ZZZZPZPZIIT t????兩次穿透界面時透射率的大小，決定著接收信號的強弱。聲壓往返透過率 (tp)：聲壓兩次穿過界面時總的透射率，其數(shù)值等于兩次穿透界面的透射率的乘積。 ? ? 2212121p4ZZZZttt????超聲波垂直入射于平界面的反射與透射 七 、 探測缺陷原理 當混凝土無缺陷時，混凝土是連續(xù)體，超聲波在其中正常傳播。 但當換能器正對著缺陷時，混凝土連續(xù)性中斷，缺陷區(qū)與混凝土之間成為界面。在這界面上，超聲波傳播情況發(fā)生變化，發(fā)生反射、散射與繞射。 超聲波經過缺陷后接收波聲學參數(shù)將發(fā)生變化。 1. 聲時 (波速 )的變化 在有缺陷部位測得的聲速要比正常部位小。 2. 接收波振幅的變化 當超聲波通過缺陷后，衰減比正?；炷链螅邮詹ǖ恼穹鶎p小。 (簡稱頻率 )的變化 有內部缺陷、裂縫的混凝土，其接收波中高頻分量相對減少而低頻分量相對增大，接收波的主頻率值下降。 4 接收波波形的變化 當超聲波通過混凝土內部缺陷時，由于混凝土的連續(xù)性已被破壞，使聲波的傳播路徑復雜化，直達波，繞射波等各類波相繼到達接收換能器 .它們各有不同的頻率和相位。這些波的疊加有時會造成波形的畸變。 1. 超聲波檢測儀器設備 超聲檢測設備和器材包括超聲波檢測儀 、 探頭 、 信號線等 。 第 2 節(jié) 超聲波檢測方法 275 2. 鉆孔灌注樁質量檢測 （ 1）觀測方式 276 （ 2）測 管布置示意 圖 277 （ 3）檢 測要 點 ① 考慮聲測管壁和水 對聲時的延遲； ② 發(fā)射與接收換能器同步移動，移距 250400mm； wsp VddVdDt ????39。③ 隨機抽取 1020%的測點復測。 （ 4）實測曲線與成果曲線 實測 曲線 聲時 波幅 聲速 聲速 — 波幅 聲時 — 波幅 頻率 聲時 — PSD PSD： 聲時深度曲線（ th 曲線）上斜率與相鄰測點聲時的乘積（相當于相鄰測點的聲時差的平方與測點移距之比）。 這是一個對缺陷邊沿敏感的量，配合聲時或聲幅判據(jù)使用。 )()(121????????iiiihhtttKZ283 第 3 節(jié) 實例 284