建筑桩基检测新技术应用

null桩基检测及新技术 的开发应用 桩基检测及新技术 的开发应用 贺怀建 中国科学院武汉岩土力学研究所主要内容主要内容概述 桩基检测常用方法 影响桩基测试的因数 桩基测试新技术一、概述一、概述随着国民经济建设的蓬勃发展,桩基在各类基础中的运用越来越广泛。由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降,所以桩基在住宅、高层建筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。null桩基工程属隐蔽工程,桩基质量的好坏直接关系到建筑的安全问题,而且桩基一旦发生事故,加固处理起来难度较大。因此,桩基试验检测就成了桩基工程中的一个重要环节.桩基工程质量的好坏主要取决于2 个因素,即承载力与桩身质量,而承载力是二者中的主要因素. 桩基承载力试验检测是工程领域的重大课题。 null 据统计，桩基施工中桩身出现质量缺陷的概率达20%。目前我国每年的用桩量约百万根，而桩基的造价较高，通常占工程总造价的四分之一以上。因此，如何在施工中控制桩基施工质量，确保桩径、桩长、承载力、入土深度、桩型、材质、进入相应的持力层，充分发挥桩基础的效益，是十分重要也是必要的。 （一）桩基工程质量检查及验收 （一）桩基工程质量检查及验收 9.1.1~9.1.3现行国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 《建筑地基基础工程施工质量验收 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》（GB 50202）和行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106）以强制性条文规定必须对基桩承载力和桩身完整性进行检验。桩身质量与基桩承载力密切相关，桩身质量有时会严重影响基桩承载力，桩身质量检测抽样率较高，费用较低，通过检测可减少桩基安全隐患，并可为判定基桩承载力提供参考。null9.2.1~9.4.5对于具体的检测项目，应根据检测目的、内容和 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，结合各检测方法的适用范围和检测能力，考虑工程重要性、设计要求、地质条件、施工因素等情况选择检测方法和检测数量。影响桩基承载力和桩身质量的因素存在于桩基施工的全过程中，仅有施工后的试验和施工后的验收是不全面、不完整的。 null桩基施工过程中出现的局部地质条件与勘察 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 不符、工程桩施工参数与施工前的试验参数不同、原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 发生变化、设计变更、施工单位变更等情况，都可能产生质量隐患，因此，加强施工过程中的检验是有必要的。不同阶段的检验要求可参照现行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202）和现行《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106）执行。 null 为了确保桩基工程质量，统一基桩检测方法，为设计和施工验收提供可靠依据，制定本规范。 本规范适用于建筑工程基桩的质量检测与评价。 基桩质量的检测与评价必须综合考虑勘察、设计、施工等因素，切实做到技术先进、安全适用、经济合理、正确评价。 建筑工程基桩的质量检测除应执行本规范外，尚应符合国家现行有关标准、规范的规定。 （二）桩基测试基本原则二、桩基检测常用方法二、桩基检测常用方法桩身质量 应力波反射法 声波透射法 其它（剪切波、地脉动、波速测试） 承载力 高应变法 静荷载法 动静法（一）应力波反射法（一）应力波反射法应力反射波法是以应力波在桩身中的传播反射特征为理论基础的一种方法。该方法将桩假定为连续弹性的一维截面均质杆件，并且不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响。桩身的缺陷、桩底均可以根据反射波的相位、振幅、频率特性,辅以地层资料、施工记录以及实践分析经验,对其性质作出确切的判断。null 应力反射波（小应变）桩身质量检测是一种较成熟的无损测试方法，也是目前市场上广泛使用的一种评判桩身质量的手段。其时程曲线与桩身波阻抗变化对应性强，如不考虑地质因数的影响，很容易造成误判和错判。应力波反射法--低应变反射波法 应力波反射法--低应变反射波法 低应变：P < F W =0 应力波：介质在应力作 用下的相互作用 反射法：在介质的广义波 阻抗变化时，应力 波的拉、压将改变null纵波：质点运动方向平行与波的传播方向null 纵波：质点运动方向平行与波的传播方向null横波：质点运动方向垂直与波的传播方向null横波：质点运动方向垂直与波的传播方向在桩中实际传播的应力波在桩中实际传播的应力波点荷载 球面波 工程理论检测对象及目的检测对象及目的 检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身完整性类别及缺陷位置。 （1）桩材质： 钢 混凝土 灰土 CFG （2）桩类： 预制 灌注 复合桩 （3）桩外形与几何尺寸：方、园、三角、内空 短、长、超长 是否变截面（扩底） 检测目的检测目的 桩身完整性，判定桩身完整性类别及缺陷位置。检测对象要求检测对象要求█ 达到设计强度的70% █ 强度不应小于15MPa █ 桩长与桩径或截面边长的比L/d不宜大于50 █超过有效检测范围（桩长大于50m ）时，应通过现场试验确定该方法的适用性。检测仪器要求检测仪器要求 检测设备由传感器、信号放大、滤波、A/D转换、记录、处理、监视系统以及激振设备和专用附件组成。检测仪器的主要技术性能指标不应低于JG/T 3055《基桩动测仪》中表1规定的2级标准。检测前的准备工作检测前的准备工作1.根据现场实际情况选择合适的激振设备与传感器。每次检测前应确保整个测试系统处于正常状态。 2 桩头处理应满足以下要求： 1)桩顶宜剔至设计标高； 2)应凿去浮浆及破损部分，露出新鲜密实的混凝土，平整桩头； 3) 桩头外露钢筋不应影响检测工作的正常进行； 4) 当桩头与桩侧混凝土垫层相连时，应进行适当处理，排除垫层的干扰。检测前的准备工作检测前的准备工作 根据桩径大小，受检桩宜布置2个～4个检测点，每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。Dnull在桩中传播的应力波基本假设： 一维杆 平面波 压缩、拉伸（纵波）null在桩中传播的应力波表面波质点振动软材料底部反射硬材料null在桩中传播的应力波L⊿L⊿L当波长λ大于⊿L时，应力波将产生绕射null在桩中传播的应力波桩身截面变小null在桩中传播的应力波桩身截面变大null在桩中传播的应力波半断桩断桩null在桩中传播的应力波离析桩扩底桩null在桩中传播的应力波嵌岩桩应力波波速计算应力波波速计算 桩身混凝土纵波波速可按下列规定进行判定： 应力波在桩身内的传播速度c可根据实测波形测得的时间参数按下列公式计算：桩身完整的摩擦桩纵波波速计算示意图C=2000L /△t C=2L* △f 应力波波速计算应力波波速计算式中： c——桩身混凝土的一维应力波纵波波速(m/s)，简称波速； L——测点下桩的长度(m)； Δt——桩底反射波峰值与入射波峰值的时刻差(ms)； Δf——幅值谱上完整桩相邻峰值间的频率差(Hz)。平均波速计算平均波速计算式中： Cm——桩身材料的纵波平均波速值(m/s)； Ci——第i根桩的波速(m/s)； n——参加计算的桩数。 n Cm=Σ Ci / n i=0单位工程的桩身混凝土平均波速值应由桩身结构完整的工程桩的波速来计算确定，参加计算的工程桩数量不应少于5根，可按下式计算：缺陷位置估算缺陷位置估算式中： Lj——桩身第j个缺陷的距离(m)； △tj——桩身第j个缺陷的首次反射波波峰与入射波波峰对应的时刻差(ms) (图) ； △fj——同一缺陷两相邻峰间频差(Hz)(图)。桩身缺陷位置可按下式估算：Lj=Cm*△tj /2000 Lj=Cm / 2 △fj应力波反射法的局限性应力波反射法的局限性①桩周土层对波形曲线的影响； ②较难识别桩身浅部的缺陷； ③缺乏对缺陷程度的定量分析； ④第二缺陷的判断； ⑤渐变的缺陷。 （二）声波透射法 （二）声波透射法 超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内混凝土的声学参数。声波透射法测试设备声波透射法测试设备超声波换能器超声波换能器平面型（高频）换能器原理超声波换能器超声波换能器朗芝万型（低频）换能器原理超声波换能器超声波换能器径向增压型换能器原理 （考虑指向性）超声波换能器超声波换能器一发双收 测试原理图事实上一发双收换能器仅仅是换能器的一种组合工作方式超声波换能器超声波换能器斜入式横波 换能器原理利用折射透射波的第一临界角原理现场测试现场测试不密实区和空洞不密实区和空洞不密实区和空洞检测基本方法不密实区和空洞不密实区和空洞不密实区和空洞检测基本方法不密实区和空洞不密实区和空洞不密实区和空洞检测基本方法钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩质量检测方法示意图 钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩缺陷声测管布置示意图钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩缺陷声测管安装示意图钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩缺陷缺陷范围的确定钻孔灌注桩缺陷钻孔灌注桩缺陷缺陷范围的确定声波透射法的局限性声波透射法的局限性存在堵管造成部分剖面不能检测，因管径小，疏通较为困难，一般只能采取钻芯取样进行基桩质量评定，小直径深桩易钻芯偏位，不仅增加检测成本，而且检测时间较长。 null（三）地脉动测试的基本原理及用途 地脉动测主要测定自然振源（风、雨、海浪、火山、交通等）引起的振幅为10-6—10-7m、频率为0.5—20Hz的微振动波群，又称常时微动。地脉动的基本概念null1、周围环境的要求： 为准确测定地脉动自振周期，要求在距离测点半径150米内没有人为振动干扰，因此一般在深夜安静环境下进行测量。null2、现场测点的布置： 每个建筑场地的地脉动测点，不应少于3个；也可根据工程需要，增加测点数量。null3、测点方向的选择： 每个测点在测试时应同时测定2—4个水平方向和一个垂直向的地脉动。一般在现场测试时水平方向选择东西向和南北向即可。null 通过测定每个方向的平均地脉动的主频率（即地脉动周期）谱带宽及相应地脉动的平均振幅，所测结果可为高层建筑结构抗震设计计算、提供场地土类别及地震反应谱计算提供参考。地脉动测试结果的用途null1、 拾振器的特点： 拾振器应具有较高的分辨率和灵敏度，频带范围0.5-20Hz，应具有防尘、防潮、防水措施。null2、常用拾振器的介绍： DLS系列多功能力平衡拾振器 三分量拾振器null① DLS系列多功能 力平衡拾振器：② 三分量拾 振器：null3、拾振器的放置： 三个方向的拾振器应相互垂直放置在平整后的地面，若是分体的拾振器，则每个拾振器之间的距离应小于1米。为便于拾振器与地面紧密接触，应先使拾振器底板与地面紧密接触，然后将拾振器放置在底板上调平。null4、信号的采集： 信号采集时，应根据所需频率范围设置低通滤波频率和采样频率，并且信号采集次数应大于2次。null4、测试时间的选择： 一般情况下测试时间应选择在场地环境安静的夜间进行。null5、卓越频率的确定： 按频谱图中最大峰值所对应的频率确定。 当频谱图中出现多峰且各峰的峰值相差不大时，可在频谱分析的同时，进行相关或互谱分析，以便对卓越频率进行综合评价。null2、卓越周期的确定：卓越周期应根据卓越频率确定，并按下列公式计算： T = 1/f T：卓越周期（s） f：卓越频率（Hz）null（四）单孔波速测试的原理及用途 单孔波速测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称S波），经过土层，由在孔中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。1、单孔波速测试的基本原理null 场地土层类别的评价 地震小区的划分 场地液化的判断 场地土层动弹性模量的计算2、剪切波速结果的用途null（1）场地土层类别的评价：场地土分类的平均剪切波速范围对于软弱土场地，需改良处理，处理前后对场地土层剪切波速进行测量对比，可评价改良处理的结果。null（2）常用振源的介绍： 单孔法波速测试采用的振源很多，如：爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。但在一般的场地剪切波速测试中最常用的是敲击板激振源。null（3）敲击板激振源： 将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.4—0.5米，厚约0.1米）受锤击的两头包上铁板，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。激发的振动主要为SH波。null敲击板激振源： 在敲击冲量一定的条件下，激发的SH波振幅随木板上重物重量的增大而增大，但超过一定值后影响会有所减少；长板效果比短板好；板与地面的接触条件对激振效果影响较明显，板底钉有钉齿、地面上泼水或水泥浆以增大木板与地面接触的紧密程度可改善激振效果。null（4）信号接收换能器的特点： 为速度型检波器，有三个分量，一个垂直，两个水平。三个分量互相垂直，其中两个水平分量在一个平面内相互夹角为90°。这样的夹角可以保证检波器放在孔中任意地方，总有一个检波器与剪切波信号的方向小于或等于45°，以达到采集波形良好的效果。null（5）气囊式井中三分量检波器： 通过充气管给气囊充气使检波器与钻孔壁紧密接触藕合，藕合情况的好坏，对采集波形的影响很大。采用这种检波器可以任意选择是从钻孔底往钻孔口测试还是从钻孔口往钻孔底测试。null（6）杠杆式井中三分量检波器： 通过电池给电磁铁通电吸合杠杆，将检波器放入钻孔中，断开电池使杠杆弹开与钻孔壁紧密接触藕合。由于断开电池后无法将杠杆再次吸合，因此采用这种检波器只能选择从钻孔底往钻孔口测试。null（7）剪切波的测试方法—钻孔的情况： 钻孔附近地面应尽可能平整，钻孔时应尽量减少孔壁土扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应下套管护壁，套管与孔壁间应用灌浆和填砂法处理。null（8）振源的放置： 用敲板法做振源时，在距孔口1—3米处放置长度2—3米的木板应与地面贴紧，上压500Kg左右的重物以防木板的滑移，木板的中垂线应通过孔口，用锤沿板纵轴从两个相反方向水平敲击板端，产生水平剪切波。当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来以便做修正之用。null（9）检波器的放置： 当井中三分量检波器在孔内不同深度处接收剪切波时，应将其固定在孔壁上。当使用检波器作触发信号时，记时触发检波器应置于木板中心。null（10）杠杆式井中三分量检波器的连接：通电吸合杠杆检波器与仪器连接null 测试时，应使相邻两测点间的时差大于记录上的可读精度。对于土层一般以每隔1—2米布置一个测点为宜，并宜自下而上按预定深度进行测试。当有较薄夹层时，应适当调整，使得薄夹层中至少布置两个测点。（11）测点间距的选择：null（12）剪切波波形的取得： 测试时，应将井中三分量检波器固定在预定深度，沿木板纵轴方向分别敲击其两端，记录极性相反的两组剪切波波形。null 为获得高质量的波形记录，测试前应调整好仪器设备，保证各设备可靠连接。另外，现场要注意以下的问题。（１３）现场测试注意事项null ①　作为振源的木板应选用弹性和韧性均好的木板，不宜用铁板或水泥板。木板锤击的两头可包上铁皮，或用一块比木板截面稍大的铁板垫在木板两头以便多次使用。null ②　井孔应与木板长轴线垂直，即井孔到木板两头的距离应相等，这是保证木板两面敲击后，剪切波恰好反向的一个基础。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。null③　木板与表土层藕合的好坏直接关系波形采集的好坏。现场可在选定放木板的地方撒一层砂子，放上木板来回磨动，然后拿开木板，藕合好坏一目了然，在有空缺处再撒砂子，反复数次可达最佳效果。null ④　现场可将汽车直接压在木板上。无汽车可用重物。重物的重量应保证锤击时没有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。null ⑤　测剪切波时，锤击力要尽量保持水平。锤击要干净利索，避免二次或多次击打。 ⑥　每次放下或提升换能器到一个新深度应保留十几秒钟后再测，这样可避免泥浆扰动干扰。null ⑦　在换能器上要配接吃力拉绳。根据经验，最好是细钢丝绳，细钢丝绳伸缩性小，抗拉性强，不宜缠绕。 ⑧　测有泥浆护壁的钻孔，最好从孔底测起，避免因泥浆沉淀引起卡换能器和测量深度不够情况。null ⑨　剪切波不能在水中传播，但根据实测经验，在有浓泥浆护壁的钻孔中，可以在换能器不与钻孔壁紧密接触的情况下测得很好的S波震相，为测量提供了方便。另外泥浆浓可以减少塌孔的可能性。null ⑩　测有套管的钻孔，要避免钢丝绳与套管直接接触。 ⑩－1　测量时如遇塌孔卡换能器，在人力拉不动的情况下，最好将钻机用不带钻头的钻杆放到合适深度，用冲洗的方法慢慢的提升，这样可保住换能器。null ⑩－1　在用气囊式换能器时，用高压气筒慢慢打气，打一下停一下，看是否已藕合，如提不动，则藕合好。切忌连续打气，将气囊胀破。null（１４）波形记录的现场识别： 现场采集的波形一般由三部分组成： 第一部分是从零时开始至直达波能量的到达，其信号除受外部干扰出现毛刺外，基本上是一条接近于直线的平稳段； 第二部分从波的第一个初至起到第二个初至止，此段属于P波段，振幅小，频率高； 第三部分是以S波为主的部分，振幅大，频率低。null（１５）波形的室内判读： 室内判读主要是精确地判读出第一个S波到达的时间。对不同方向激振所记录下来的波形图，根据正反向激发S波极性相反的特点，确定S波的初至，并以触发信号的起点为零时刻，读取第一个剪切波到达的时刻。如下图中的ts所示。nullts 横波走时触发信号零时刻S波初至时刻null（1６）走时随斜距的校正：当振源距孔口距离较大时，应按下列公式进行斜距校正： T’：剪切波从孔口到达测点的时间（s） T：剪切波从振源到达测点的实测时间（s） H：测点深度（m） H0：振源与孔口的高差（m） L：从板中心到测试孔的水平距离（m）null（１７）剪切波速计算：Vi=hi/(ticosαi—ti-1cosαi-1) Vi：第i层土的剪切波速 hi：第i层土的厚度 ticosαi：剪切波从孔口到达第i层土底面的时间 Ti-1cosαi-1：剪切波从孔口到达第i层土顶面的时间（五）高应变法（五）高应变法高应变动力试桩法是利用高能量的动力荷载判定单桩承载力的方法。美国在1989年已颁布了ASTM标准，我国建设部在1997年也编制了《基桩高应变动力检测规程》（JGJ106－97），这标志着该方法在我国已经正式进入了工程应用阶段。 桩基现场测试桩基现场测试桩基 现场测试 1、保证信号击发强度一致； 2、同一根桩检测过程中使用的换能器不变； 3、各测点换能器位置不变并保证耦合一致性； 4、使用仪器不变。 检测系统 传感器检测系统 传感器加速度应变环高应变动力试桩法的基本原理 高应变动力试桩法的基本原理 高应变动力试桩法的基本原理是一维波动方程，包括其基本方程、理论解、传播机理以及阻抗变化和边界条件的影响等问题。一般可假设桩是 一个一维弹性杆件，在外力的作用下（破坏时设为某些边界条件），其轴向位移u是纵向坐标y和时间t两个变量的函数。 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 null基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 null基本概念及检测原理 信号选择及校正界面 信号选择及校正界面 波形组合波速分析用于分析波形异常分析上下行波最大值幅值校正桩参数信号处理PAK格式水平校正原始信号处理界面 原始信号处理界面 速度、位移力曲线曲线校正滤波处理波形参数CASE结果预览界面 CASE结果预览界面 桩参数撞击参数CASE结果F、ZVF-ZV上下行波位移曲线拟合界面 拟合界面 结果暂存波形处理F、ZV拟合切换参数分布图单元参数拟合方式拟合选择界面 拟合选择界面 拟合选项约束选项加权系数拟合区域参数上、下限设置界面参数上、下限设置界面分层厚侧阻范围弹限范围阻尼范围桩底参数侧阻力预估侧阻下限分布桩底参数界面 桩底参数界面 桩底参数拟合结果预览界面 拟合结果预览界面 拟合结果实测F、ZVZVm、ZVc模拟P-S波阻抗分布摩阻分布荷载传递桩截面参数界面桩截面参数界面截面力截面速度截面位移截面参数拟合结果格式拟合结果格式单元数单元埋深单元截面单位侧阻侧阻力累积阻力基本概念及检测原理 P(t)为力时程曲线 V(t)为速度时程曲线 R(t)总阻力 M为桩总质量 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 RT=RS+Rd RS=RT-RD RD=JC.Z.VTOE RS=静阻力 Rd=动阻力 RT=单桩承载力 JC=CASE阻尼系数 VTOE=桩尖速度 基本概念及检测原理 基本概念及检测原理 tm取第一个速度峰值出现的时刻基本概念及检测原理 检测系统 采集仪 检测系统 采集仪现场测试技术 仪器连接现场测试技术 仪器连接（七）静荷载法（七）静荷载法桩基静载试验是一项方法成立，理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面，它是目前最为准确、可靠的检验方法，判定某种动载检验方法是否成熟，均以静载试验成果的对比误差大小为依据。因此，每种地基基础设计处理规范都把单桩静载试验列入首要位置。一般情况下，桩基静载试验的成果数据，如单桩承载力、沉降量等均认为是准确、可靠的，这已为无数的工程实例证明。 堆载现场图 堆载现场图 地锚 地锚 地锚反力装置 地锚反力装置 nullnullnull锚桩静载试验测试仪表千斤顶堆载示意图堆载示意图加载系统加载系统桩基静载试验的几种反力装置 桩基静载试验的几种反力装置 实例分析实例分析温州世贸中心试桩试桩静荷载试验曲线试桩静荷载试验曲线试桩静荷载试验曲线试桩静荷载试验曲线试桩静荷载试验曲线试桩静荷载试验曲线试桩桩身压缩曲线试桩桩身压缩曲线试桩桩端摩阻力比曲线试桩桩端摩阻力比曲线试桩S2、S3沿桩身摩阻力分布曲线试桩S2、S3沿桩身摩阻力分布曲线试桩S1桩侧摩阻力与桩土相对位移曲线试桩S1桩侧摩阻力与桩土相对位移曲线（八）动静法（八）动静法鉴于高应变动力试桩法力的作用时间过短（～10ms），桩只能被视为弹性体进行分析，国外有人提出了一种动静法，采用技术将力的作用时间延长（～100ms），使沿桩身传播的应力波波长大于实际桩长，进而将桩视为刚体，回避了应力波的传播问题。应该说这种方法既克服了传统静载试验的笨重与费时，也克服了高应变方法的过份间接性，是一种较好的方法，但由于该方法对锤的配重要求太高（较高应变法重10倍），具体操作仍有较大难度，因而在我国自95年北京演示后，再也未见使用的报道，但据悉已有数家单位在开始研究有中国特色的动静法。 三、影响桩基测试的地质因数三、影响桩基测试的地质因数不同的地区有不同的地质，地质情况往往千变万化，在桩基施工前，必须进行详细的地质勘察和测绘，准确的把握工程地质条件，即对工程地质的地层分布、地貌地形特征、地质构造和岩土介质稳定性有个明晰的认识，从而排除在小应变动力试桩法对桩身质量检测时的误判和错判。 （一）桩土体系 （一）桩土体系 造成灌注桩中出现缩颈、断桩、夹泥、离析、吊脚桩的主要原因就是地质因数引起的，不同的地层属性在受到扰动时会产生不同的行为，如杂填土压属性强，淤泥流动性强，流砂容易造成塌孔，地下水容易造成混凝土砂浆流失。从钻孔—混凝土灌注—成桩（受地层的约束）--形成桩土共同作用的基础形式。（二）地层结构与成桩质量 （二）地层结构与成桩质量 岩土工程勘察报告是结构设计的重要依据,所以岩土工程勘察报告的质量直接影响到桩基设计的质量。建筑结构设计人员都希望勘察资料数据准确、结论可靠,符合工程及现行岩土工程勘察规范的要求。 （三）考虑地质因数桩基质量分析 （三）考虑地质因数桩基质量分析 小应变桩身质量检测是一种较成熟的无损测试方法，也是目前市场上广泛使用的一种评判桩身质量的手段。其时程曲线与桩身波阻抗变化对应性强，如不考虑地质因数的影响，很容易造成误判和错判。null(1)检测人员对施工地点地质情况、桩位、桩径、桩长、标高等要了解清楚。主要有以下四个方面： ①地层分布； ②地下水条件； ③桩基持力层； ④分析可能对桩身与承载力产生影响的层面。 null(2)绘出沿桩身柱壮图，根据地层分布沿桩身的分布厚度绘出柱壮图，并将桩嵌入其中 null(3)计算沿桩身等效波阻抗，根据地层沿桩身柱壮图，计算每层的等效波阻抗。 ① 考虑各层岩土介质的波速、密实度、C值、磨察角等，根据入射波的能量，来分配各层岩土介质阻抗比例。 ② 考虑各层岩土介质对桩身结构的影响，如流砂层中的水会造成桩身离析，淤泥会造成桩身缩径，松软介质会造成塌孔等。 四、桩基测试新技术四、桩基测试新技术物探探测试验 钻孔电视技术 地层与桩基三维可视化仿真物探探测试验物探探测试验工程物探发展概况工程物探发展概况地球物理学是应用物理学方法研究地球环境的科学。地球物理勘探（简称物探）是地球物理学研究的主要内容之一。 应用地球物理手段来解决工程与环境中的地质及其相关问题，是近几年来地球物理学发展的一个新的前沿领域，称之为工程物探。 80年代以来，随着我国的大规模经济建设和国土整治的迫切需要，工程物探得到了迅速发展。工程物探作为一种重要的测试和监测手段，同时也得到了工程界的普遍关注。 物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点。并且能对场地进行连续勘探，所生成剖面图像非常直观，能更好的了解和掌握地质构造分布情况。瞬态面波勘探瞬态面波勘探瞬态面波法广泛应用在软土地基加固效果评价、加固地基承载力的检测，以及碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。 其基本原理是在地面上产生一瞬时冲击力，由此产生一定频率范围内的瑞雷波面波。利用面波分析处理软件，可以计算出不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。 频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的面波速度，据此可以很容易计算出横波速度，进而对地基质量进行评价。面波性质、特点面波性质、特点与体波相比面波能量衰减很慢，在传播时具有较大能量面波性质、特点面波性质、特点不同波长的面波具有不同的穿透深度。 因此在地表所测得的面波速度被认为是某一深度内的平均速度。SourceShort wave lengthLong wave length测试方法原理测试方法原理频散曲线计算方法频散曲线计算方法相位差法：利用FFT算法计算两个测点信号的相位差（Φ=2nπ+△φ；0≤△φ≤2π），然后用公式VR(f)=2πf·△x/Φ求解频散曲线。 F-K法：利用二维FFT算法对多通道地震信号变换分析，得到一条f-k曲线，然而根据公式(k=f/VR)，可得到频散曲线。 F-V法：计算面波信号“F-V”速度谱,然后据此求取频散曲线。具有精度高和适用性强等优点，可使用两通道或者多通道仪器采集信号。 “F-V”法基本原理“F-V”法基本原理用FFT求某一频率fk相关曲线t-Rk。 根据检波距由t-Rk变换求得v-Rk 不同检波距Rk曲线相加得V-Rk曲线。 根据V-Rk曲线最大值，求面波速度 VR 。 根据不同频率VR 即可求得频散曲线f-VR。“F-V”法应用实例“F-V”法应用实例面波法对地基进行分层及强度划分“F-V”法应用实例2“F-V”法应用实例2地基夯实效果评价 地质剖面分层及强度评价声波透射法检测原理声波透射法检测原理测试方法简单 用平均波速进行分析 有时会漏测严重缺陷 不能有效检测较小缺陷 无法确定缺陷具体位置超声资料解释成果图超声资料解释成果图主要应用： 砼、岩石弹模 测试及其强度评价 测试方式： 孔中及孔间测量 弹性波CT弹性波CT起源于医学CT (Computerized Tomography )。 应用于工程检测与地球物理勘探并取得成功，由于具有很高的成像精度，因此CT技术受到越来越多专家和用户的青睐。 发展有弹性波CT、电磁波CT和电阻率CT等。其中弹性波CT应用最为广泛。 根据激发方式和信号频率，弹性波CT又可分为地震波CT和超声波CT。 根据输入参数和剖面成果，弹性波CT又可分为走时波速CT和频谱吸收系数CT。弹性波CT成像原理弹性波CT成像原理用扇形接收方式 需解算大型方程组 对软件设计要求高 图像显示直观明了 有效检测各种缺陷防渗墙、砼质量检测防渗墙、砼质量检测地质构造岩溶探测某隧道工程需要通过二叠系灰岩地区，为了查明其裂隙发育分布情况，采用地震波CT技术对下部介质进行波速成像，成像剖面为86m×280m。 从成果图中可以明显看出，岩体裂隙呈条带状分布与地层产状一致，同时局部有小溶洞发育，与地质钻探验证资料十分吻合。 地质构造岩溶探测电磁波CT电磁波CT主要应用：煤田地质构造和灰岩地区溶洞探测 成像方法：坑透CT、孔间CT浅层地震成像浅层地震成像浅层地震反射波法是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一。 弹性波CT需要钻孔配合，才能完成数据采集工作。地震成像直接在地表进行测试，因此具有更重要的实际意义。 然而，长期以来浅层地震基本上都是照搬石油地震中的方法技术以及理论基础，应用效果受到限制。 综合运用地震勘探、信号分析、概率统计等技术，对浅层地震反射与散射信号进行联合成像研究，实现快速高精度直接成像，具有重要的学术价值和实际意义。 信号反射与散射示意图信号反射与散射示意图同光线一样，地震波遇到弹性分界面时会发生波的反射和透射。地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。 弹性波在传播过程中，当遇到地层尖断点或者异常体尺寸小于菲涅尔半径时，就会像光学中的衍射一样，这些介质性质突变点将产生波的散射。地震成像原理地震成像原理首先提取出共反射点和共散射点记录。 然后把记录上的反射信号和散射信号同时聚焦到它们的空间位置上。外业工作和实测记录外业工作和实测记录地震成像应用实例地震成像应用实例目的：查明岩溶的分布范围和发育规模 地震成像应用实例2地震成像应用实例2地质构造勘探地质雷达成像地质雷达成像地质雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进行详细填图。在工程地质勘探、地质灾害调查和公路工程质量检测等领域得到了广泛应用。 对于土质场地而言，由于其对电磁波的吸收作用很强，探测深度受到一定的限制。 应用地质雷达成像技术，可以更准确的提取雷达成像速度，提高对雷达剖面的时深转换精度。同时可以有效地消除异常体所产生双曲线现象，恢复其本来面目。 地质雷达成像原理与浅层地震成像十分相似，在此不再多述。雷达成像应用实例雷达成像应用实例实测信号来源：SIR_Examples雷达成像应用实例2雷达成像应用实例2a.隧道顶部岩层厚度探测(h=△t·V/2) b.隧道掌子面前方地质情况预报地震折射波法地震折射波法主要应用：基岩面深度探测、地层划分 解释方法：延迟时(t0)法、时间场法和波路拟合法电测深曲线拟合解释电测深曲线拟合解释应用: 地层划分 含水层探测 特点: 设备简单成本底 测试方便效率高 要求 地层界面较平缓高密度目标相关成像原理高密度目标相关成像原理当扫描点位离空洞很远时，相关系数近似为零。 随着扫描点位到空洞距离的缩小，相关系数逐渐增大。 当扫描点位与空洞位置完全重合时，相关系数为1。目标相关成像应用实例目标相关成像应用实例已知测试剖面内有一与之相垂直的水平圆柱状空洞，中心位置埋深3.5m，洞径0.3m。用目标相关算法对所测资料进行解释，图中高阻异常体位置与实际情况相一致。实际工程试验概况实际工程试验概况时 间：2008年5月6日至10 日 地 点：青岛武船重工海西湾海工基地船体联合车间 试验目的：验证探测回填深度内大块石的有效方法 试验单位：中国科学院武汉岩土力学所工程物探部 开展方法：探地雷达、高密度电法 场区类型：已打桩承台、未打桩承台、桩打不入承台 场地概况场地概况海底深度：海水面标高在2.5米附近，大部分区域深度在5～8米间，个别地段深度达到11米左右 地质情况：海底有2 ～ 3米淤泥、粘土层，基岩为花岗岩，基岩面深度7 ～ 13米 回填情况：材料主要以碎石为主，其中夹有粒径较大的块石，在碎石层的上部敷设有一砂层，厚度几十公分不等，并进行了分层碾压、强夯等处理 强夯现场强夯现场场区地球物理特征场区地球物理特征填注特性：回填材料主要是土及碎石，大的石块随机分布，回填过程中进行了分层碾压，并在表层填砂后进行了强夯处理，因此，在块石之间基本被碎石、淤泥、土、砂等充填，块石相对完整，周围介质相对松散并浸泡在海水中，在物性参数上两者出现一定的差异，正是这种物性上的差异为物探调查提供了物理前提条件。 电性特征：花岗岩石电导率为10-3S/M，介电常数7，海水电导率为4S/M，介电常数81，饱和土电导率为10-1S/M，介电常数8-12，饱和砂电导率为10-4S/M，介电常数30。 高密度电法原理高密度电法原理其基本原理是以岩石电性差异为基础，研究在供电电场作用下传导电电流的分布规律，寻找地下电阻率异常体，从而达到解决地质问题的目的。在导电介质中的稳定电流场满足微观欧姆定律：J=E/ρ 其中J为电流密度，E为电场强度，ρ为电阻率。任一闭合体电流密度通量满足克希霍夫定律,用散度表示为：div（J）=0。在稳定电流场中电荷分布不随时间改变，因此任一点的电场强度可用该点电位的变化来表示，即：E=grad(U),最后推导出直流电场的拉普拉斯方程：▼2U=0，U为电位。据稳定电流场满足的边界条件：U1=U2，j1n=j2n即电位处处连续，界面两侧电流密度法线分量连续，这样就可以通过测定电位的分布确定测试场地的电阻率分布情况。4.1、高密度电法测试系统4.1、高密度电法测试系统高密度电法现场测试高密度电法现场测试探地雷达原理探地雷达原理电磁波传播特性：地质雷达主要研究电磁波在介质中传播的速度，介质对电磁波的吸收，以及电磁波在介质交界面的反射等特性。电磁波在介质中传播，其规律满足麦克斯韦方程：Ex=E0ekx， k=α+jβ，α为衰减系数，β为相移系数，电磁波在高阻介质中传播时，（σ/ωε0）<<1： α=60πσ/εr1/2 ， β=ω（με）1/2，波速V=C/ε1/2，C=0.3m/ns，在高阻介质中，电磁波的衰减取决于介质电导率的大小，而与天线角频率无关 。在低阻介质中传播时， ，（σ/ωε0）>>1：α=β= (ω με/2)1/2，衰减常数除与介质电导率成正比例关系外，还同电磁波角频率有关。 电磁波的反射特性：当电磁波在钻孔周围遇到空洞或阻抗界面，就会产生反射电磁波，反射波与入射波在界面处的运动学特性遵守反射定律，垂直入射时：反射系数R=（ε11/2-ε21/2）/（ε11/2+ε2 1/2 ） 。5.1、探地雷达测试系统5.1、探地雷达测试系统探地雷达现场测试探地雷达现场测试测试数据处理测试数据处理高密度电法：测试数据处理测试数据处理探地雷达：8、已打入桩的A3J、A3K基础测试结果 高密度电法结果8、已打入桩的A3J、A3K基础测试结果 高密度电法结果 高密度电法结果 高密度电法结果高密度电法结果高密度电法结果高密度电法测试结果说明高密度电法测试结果说明电阻率反演图上红色区域是高电阻率区，对应是海水面上的较干燥充填区，蓝色区域为低电阻率区，为海水浸泡的填注区域，第二排列深部浅蓝色到深绿色区域，电阻率由低变高，对应海底粘土层和基岩表层的强风化带。干燥填注区，电阻率大于100Ω·M，潮湿过渡区电阻率10-100Ω·M，海水饱和区，电阻率1-10Ω·M，海底粘土层及强风化基岩，电阻率在5-70Ω·M，反映出不同条件的填注区、强风化带具有比较明显的电阻率差异，这种差异的分界面，可准确性确地用于划分此地海水高低潮的浸蚀面，海低地形的起伏及强风化基岩面的深度及变化情况。 高密度电法测试结果说明高密度电法测试结果说明干燥区，电阻率大于200Ω·M，局部呈封闭区域，可能与地表强夯点位相对应，电阻值勤的高低与强夯后的密实度有关，分布的大小与强奋的区域相对应，垂直直方向的变化范围可能对应强夯的影向深度。在海底以下可将反演剖面上电阻率4-6Ω·M 的分界面对应强风化基岩面，电阻率7-10Ω·M 的分界面对应较为完整的中风化基岩面，从第一排列电阻率反演剖面上清楚反映出A3J、A3K两基础对应点位下的电阻率变化情况分析，浅部干燥区电阻率值不是很高，说明浅层填注碎石层较为均匀，潮湿过渡区，电阻率呈层状分布，在海水饱和区基本为低电阻率区，说明基础下方，碎石层没有突出变化，碎石间充填写淤泥和土较多，这与此处桩易打入相对应。 9、未打桩A3M、A3N基础测试结果 高密度电法9、未打桩A3M、A3N基础测试结果 高密度电法高密度电法结果高密度电法结果高密度电法资料说明高密度电法资料说明第二、五排列为同一测线，电极间距分别为1.5m、3.0m反演剖面，测线为基础承台北侧桩连线，第三、四排列也是同一测线，电极间距分别为1.5m、3.0m的反演剖面，测线为基础承台南侧桩连线。两种极距反映出A3M、A3N承台基础浅部2.5m内电阻率不是很高，分布较为均匀，反映出浅部填注层碎石层较多，但相对均匀，较大块石较少。而3.0m以下，A3M承台所对应的电阻率相对高一些，电阻率值在3-6Ω·M，而A3N承台所对应部位电阻率低一点，但总体上还是处在相对较低电阻率区内，反映出两承台基础下填注物主要以相对较小的碎石为主，碎石中充填写淤泥、土、细砂，当然也不排除存在个别直径大于50CM的石块存在。A3M地质雷达资料 A3M地质雷达资料 A3M承台基础大块石分布图A3M承台基础大块石分布图承台下挖出大块石承台下挖出大块石A3M雷达资料说明A3M雷达资料说明从A3M雷达探测剖面上，在244桩位，深4.0m左右，245桩位，深度3.0m左右，存在较为明显的弧形反射，认为是较大石块的反映。而246、247桩位下没的明显的大石块反射、绕射存在，认为其下方填注较为均匀。综合分析得A3M承台下大块石分布如上图所示，大块石不多，呈分散状分布，没有大块石聚集现象存在。A3N地质雷达资料 A3N地质雷达资料 A3N承台基础大块石分布图A3N承台基础大块石分布图A3N承台基础雷达资料说明A3N承台基础雷达资料说明从A3N雷达探测剖面上，在240桩位，深2.5m～4.0m左右至少两，241桩位，深度2.5～3.0m左右，至少有一处，242桩位3.5m处，243桩位深3.0m处，存在较为明显的弧形反射，认为是较大石块的反映。综合分析得A3N承台下大块石分布如上图所示，大块石不多，呈分散状分布，没有大块石聚集现象存在。10、未打桩A2H、A2J基础测试结果 高密度电法 10、未打桩A2H、A2J基础测试结果 高密度电法 高密度电法高密度电法高密度电法资料说明高密度电法资料说明第六、七排列为A2轴线，大致对应南、北桩轴线的测线，电极间距为1.5m。两种极距反映出A2M、A2N承台基础浅部2.5m内电阻率比较高，浅部填注层碎石较多，可能有较大块石。而3.0m以下，A2H承台所对应的电阻率相对高一些， A3N承台所对应部位电阻率略低一点，但总体上处在相对较低电阻率区内，反映出两承台基础下填注物主要以相对较小的碎石块为主，碎石中充填写淤泥、土、细砂，当然也不排除存在个别的大于50CM的石块。探地雷达资料 探地雷达资料 探地雷达资料说明探地雷达资料说明从上述两个A2H、A2J示意剖面可以看出，有强烈的反射、绕射波组芍要集中在深度2-5米之间，范围不是很多大，但分布较散，多组强反射叠加的情况较少，反映出情况与电法结果 基本相一致。 综合电法、雷达测试结果，得至A2H、A2J承台可能存在碎裂石相对集中或有大块石分布区域如下图所示，说明这两个承台，大块石有一定的数量，但呈分散状分布。A2H、A2J承台基础大块石分布图A2H、A2J承台基础大块石分布图11、A1P承台30号桩测试结果 探地雷达测试结果11、A1P承台30号桩测试结果 探地雷达测试结果探地雷达资料说明探地雷达资料说明上述两个剖面是从东西方向，分别从30号桩的两侧经过，雷达测试剖面在30号桩位下方，存在多组强烈的反射、绕射波组，如图中标识所指，分别在2.0m、3.2m、4.0m、5.0m、6.2m等多个深度存在石块相对集中现象，在30桩位2.0m至7.5m深度范围至少在4～6块较大的块石，它们相互叠加在一起，致使30号桩在3.5米左右处打不下去。物探试验结论物探试验结论1、高密度电法可以准确地反映出测试段的基岩深度及起伏情况，确定海底的深度及起伏情况，潮间带的深度，强夯点位及判定夯影响的大至深度。地质雷达则可确定石块的集中位置，及较大石块的大小及空间分布情况，判定海层的深度及起伏情况。。 2、使用高密度电法及地质雷达探测方法相结合进行综上所述合物探是可以解决石块相对集中和超大块石的分布部问题。 3、利用物探测试结果可以帮助确定打入桩的位置，判断打入桩长是否已到强风化层，强夯的效果大致判断。钻孔电视技术钻孔电视技术数字式全景钻孔摄像系统是一种适用于钻孔内的地质勘探设备，它采用了全景图像的新概念，利用数字化技术进行处理。该产品具有已往钻孔电视无法比拟的优点，主要表现在：实时性能好、观测范围大、测量精度高、探测过程自动化和强大的数字化处理能力。 数字式彩色钻孔摄像系统 数字式彩色钻孔摄像系统 现场应用现场应用成果分析录制 成果分析录制 全柱面系统的测试窗口为360°（全景观测）。探头无须调焦，具有自动对焦功能，从而实现对所要观察的目标体的产状实行全方位的观测，系统实现了观测进行中对于观测全孔视频图象的实时展开拼图，观测完成，所观测钻孔柱状图即完成。 null展开图与柱状图全景图像三维地层信息系统 三维地层信息系统 数据管理功能 包括勘察资料（主要是钻孔资料）的输入、存储、编辑以及工程地质数据的查询、检索。对输入的地层物理、力学参数以及描述地层特征的文字在进行规范化、数字化后，建立空间数据库，提供修改、删除、增加、更新数据的工具，同时具有对这些数据的查询检索功能。 三维空间分析 对三维地层的各种物理、力学参数和其他信息进行量测估计、统计分析以及多要素综合分析等，并提供数据格式转换工具和应用程序接口（API），可以建立特殊模型进行专业分析，以利于科学决策。 三维显示、模拟和结果输出 实现三维地层的屏幕立体显示，按比例放大、缩小、转动。对分析中和最终结果也可以屏幕显示，另外可从各角度进行地层剖面，输出剖面图以及等值线图等。 三维地层数据的特点及模型的提出 三维地层数据的特点及模型的提出 武汉市某地区地质剖面图 地层的结构特点 在地层三维空间中一个最显著的特点就是“层”，这也是与传统 GIS研究对象的很大差异。下图为一地区地质剖面图，从中清晰地反映地层的层状特性。因此，如何刻划这些层面就显得非常重要了。可以说确定了地层界面就基本确定了地层模型的基本几何构造。nullnull钻孔平面显示 nullnull钻孔数据的三维显示 null地层模型的三维显示 null地层模型的分层显示 null三维地层任意剖面显示 null 剖面显示界面 null模拟基坑开挖null基坑剖面显示 null地层勘察三维可视化各地层分层展布null地层勘察三维可视化地质剖面null地层勘察三维可视化地质剖面漫游null地层勘察三维可视化钻孔柱状图null基桩施工管理三维可视化桩与地层的关系null基桩工程施工过程三维可视化动态管理null桩基质量分析系统基桩测试采集仪桩与地层的相互作用？一维杆的弥散效应？缺陷的动态响应？结构的动态响应？信号的真实性？基桩质量分析三维可视化波形分析波形分析启动分析程序用神经网络对波形进行优化、筛选用小波对波形进行特征分析对基桩进行数字拟合形成基桩智能分析系统三维可视化成果显示桩身结构参数输入波形用神经网络对波形进行优化、筛选用神经网络对波形进行优化、筛选BP神经网络真实波形实测波形筛选波形用小波对波形进行特征分析用小波对波形进行特征分析真实波形小波对波形 进行特征分析真实波形的频率特征对基桩进行数字拟合对基桩进行数字拟合输入波形输入桩身设 计结构参数 土阻力桩形定量分析输出实际桩 身结构参数基桩智能分析系统基桩智能分析系统三维地层数据基桩设计参数数字拟合波形频率特征基桩集成智能分析数据库成果表三维可视化成果显示三维可视化成果显示成果表形成基桩三维可视化数据结构显示成果桩身全景漫游任意横断面任意纵断面缺陷类型特写null基桩质量分析三维可视化钻孔桩质量三维可视化分析null基桩质量分析三维可视化预制桩质量三维可视化分析多桩分析比较多桩分析比较null桩基质量分析报告自动生成系统桩基质量分析报告 操作界面桩基质量分析报告通讯地址通讯地址贺怀建 中国科学院武汉岩土力学研究所 电话：13507179682 邮件：hjhe@whrsm.ac.cnnull请各位领导、专家 指正，谢谢！