低应变曲线的判读.docx

一、原理低应变反射波法建立在一维杆波动理论的基本原理上,将桩等价为一细长的杆,当横截面积为A,杨氏模量为E,质量密度为ρ的均质弹性体桩受到一纵向锤击力时,由平衡关系及虎克定律和牛顿第二定律可得桩的纵向运动方程：式中, 为沿桩身传播的纵波波速。当波沿桩身传播遇到阻抗发生变化时，会产生反射和透射，据应力波理论和牛顿第三定律可得:据波阵面上动量守恒条件有式中,v、σ分别表示应力波质点振动速度和应力,下标I、R、T分别表示入射波、反射波和透射波,由上述可得式中,ρ、c、A为广义波阻抗; F为反射系数; T为透射系数。从上述原理可以得出以下判释桩身质量的标准。(1)完整桩:即ρ1c1A1=ρ2c2A2, n=1,F=0,桩身中不会产生反射信号（vR=0）,被测波形中只有桩底反射信号。若为摩擦桩,由于桩身材料的ρ1c1远大于桩底土的ρ2c2,n1,F0,vR0,反射波与入射波同相位;若为嵌岩桩,由于桩身材料的ρ1c1远小于桩底基岩的ρ2c2,n1,F0,vR0,反射波与入射波反相位。(2)扩径桩:即A2A1,则n1,F0,vR0,反射波与入射波反相位。(3)缩径桩:即A1A2,则n1,F0,vR0,反射波与入射波同相位。(4)离析桩:即ρ2c2ρ1c1A1,则n1,F0, vR0,反射波与入射波同相位,但离析桩中整桩平均波速低。(5)断桩:即力波在断桩处被阻隔,波在断裂处产生反射,在断桩中一般接收不到整桩的桩底反射信号,断桩处的信号与入射波同相位。当已知波速的情况下,根据实测波形的反射波的到时可以计算桩长或缺陷位置,其数学表达式为一般情况,可以从检测原理中所列桩身质量判释标准来判明桩身是完整、缩径、扩径、离析或断桩。而且一般认为缺陷处有同向反射信号且反射波幅愈高缺陷就愈严重,强土阻力将引起负向反射。但是,在实际工作中,情况远比标准复杂的多,如果仅以此为依据进行桩身质量的判释,有可能误判,特别是浅部阻抗变化的缩径、扩径的曲线表现有时甚至与原理所述相反。二、曲线判读（1）浅部严重夹泥、露钢筋缺陷 图1修补前 图2修补后图1：浅部存在高频振荡，这种情况是钢筋外露引起的振荡波。开挖验证后在2m左右严重缩颈,主筋已外露。将上部凿除后,重新接桩。重新检测图形如图2,修补完复测高频振荡消除。（2）断桩1. 浅部断桩 图3 低频锤激发曲线图4 高频锤激发曲线图3、图4为同一根桩的动测曲线,为浅部断桩曲线,已开挖验证。这种波形的特点为浅部有比较强的正向反射,波形畸变,伴随着的是大的低频。如果用低频锤激发时,入射脉冲宽仅为一形态异常的低频(图3),时域信号中仅见一形态异常的低频,频谱中也是一大低频,缺陷位置难以确认,但是用高频锤激发时,将在大低频基础上叠加一高频(图4),频谱中出现双峰,相应的高频对应的位置为缺陷位置。这种浅部严重缺陷的图片在实际检测中是很容易辨认的,而且容易处理的。2.中、深部断桩 图5 图5为中深部断桩的动测曲线,可见同一缺陷的多次反射,而且反射间隔相等。此类缺陷的特点是在缺陷处存在周期性多次反射,反射的幅值最高可达到入射波的1. 5倍。而且在频域中将出现等间隔逐步下降的谐振峰,各谐振峰均较尖。（3）离析图6离析往往伴随着缺陷处正向反射波脉冲宽度被拉开，波速降低。（4）轻微缩颈图7 缺陷处正向反射波脉冲宽度较窄且陡。（5）浅部扩大与严重缺陷桩图8图8为浅部严重扩大的动测曲线。此类曲线和有些严重缺陷桩曲线及其相似,都是逐渐衰减的高频振荡,但是仔细分析会发现,此类曲线首脉冲宽度较之严重缺陷桩的首脉冲宽度宽些,这主要是由于浅部扩大产生的负向反射波与首波叠加而成的。（6）实际施工过程的影响1．护筒导致疑似缩颈图9实例: 跨海河桥水中墩8-8号桩。桩长34m; 桩径1 000mm。低应变曲线见图9。从低应变曲线分析,波速以4 000m/s计算,在6m处有明显缺陷反射信号。采取钻探取芯方法验证,芯样连续完整坚硬,骨料分布均匀,侧壁光滑,未发现明显缺陷。原因分析: 8号墩为水中墩,共计8根桩,桩顶高程均为-5·69m,护筒底高程为-11·98m,护筒直径均为1·3m。8根桩在深度6m左右均有不同程度同向反射信号出现, 8-8号较为严重,取芯结果却未发现明显缺陷,灌桩过程也未发现异常,综合分析,由于桩顶高出护筒底6·29m,护筒直径大出桩直径0·3m, 人为造成护筒底部以下桩身的缩颈,造成低应变曲线判释结果的失真。一般水中墩灌注桩,采用的护筒均延伸至桩顶以下数米,且护筒直径大于桩身直径,这就要求在遇到类似情况下,要首先排除护筒扩径的因素。2. 施工便道重载引起附近桩断裂（断桩）实例:某工程121 -6号桩。桩长37 m;桩径1 500mm。低应变检测波速设定4 000m/s,由低应变曲线可以看出,在3m左右有一明显同向反射信号,结合该墩台所处地层地貌情况