8.3 现场检测

8.3.1 受检桩应符合下列规定：
    1. 桩身强度应符合本规范第3.2.5条第1款的规定；
    2. 桩头的材质、强度应与桩身相同，桩头的截面尺寸不宜与桩身有明显差异；
    3. 桩顶面应平整、密实，并与桩轴线垂直。
8.3.2 测试参数设定，应符合下列规定：
    1. 时域信号记录的时间段长度应在2L／c时刻后延续不少5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz；
    2. 设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积；
    3. 桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定；
    4. 采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点；
    5. 传感器的设定值应按计量检定或校准结果设定。
8.3.3 测量传感器安装和激振操作，应符合下列规定：
    1. 安装传感器部位的混凝土应平整；传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度；
    2. 激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响；
    3. 激振方向应沿桩轴线方向；
    4. 瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和软硬适宜的锤垫；宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号；
    5. 稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小。
8.3.4 信号采集和筛选，应符合下列规定：
    1. 根据桩径大小，桩心对称布置2个～4个安装传感器的检测点：实心桩的激振点应选择在桩中心，检测点宜在距桩中心2／3半径处；空心桩的激振点和检测点宜为桩壁厚的1／2处，激振点和检测点与桩中心连线形成的夹角宜为90°；
    2. 当桩径较大或桩上部横截面尺寸不规则时，除应按上款在规定的激振点和检测点位置采集信号外，尚应根据实测信号特征，改变激振点和检测点的位置采集信号；
    3. 不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因，增加检测点数量；
    4. 信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应大于测量系统的量程；
    5. 每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个；
    6. 应根据实测信号反映的桩身完整性情况，确定采取变换激振点位置和增加检测点数量的方式再次测试，或结束测试。

条文说明

8.3.1 桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净且无积水；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则，应采用电锯将桩头锯平。
    当桩头与承台或垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响。因此，测试时桩头应与混凝土承台断开；当桩头侧面与垫层相连时，除非对测试信号没有影响，否则应断开。
8.3.2 从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据△T＝2L／c，只有已知桩长L才能计算波速c，或已知波速c计算桩长L。因此，桩长参数应以实际记录的施工桩长为依据，按测点至桩底的距离设定。测试前桩身波速可根据本地区同类桩型的测试值初步设定，实际分析时应按桩长计算的波速重新设定或按本规范第8.4.1条确定的波速平均值c_m设定。
    对于时域信号，采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断。一般应在保证测得完整信号(1024个采样点，且时段不少于2L／c+5ms)的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。但是，若要兼顾频域分辨率，则应按采样定理适当降低采样频率或增加采样点数。
    稳态激振是按一定频率间隔逐个频率激振，并持续一段时间。频率间隔的选择决定于速度幅频曲线和导纳曲线的频率分辨率，它影响桩身缺陷位置的判定精度；间隔越小，精度越高，但检测时间很长，降低工作效率。一般频率间隔设置为3Hz、5Hz、10Hz。每一频率下激振持续时间，理论上越长越好，这样有利于消除信号中的随机噪声。实际测试过程中，为提高工作效率，只要保证获得稳定的激振力和响应信号即可。
8.3.3 本条是为保证响应信号质量而提出的基本要求：
    1. 传感器安装底面与桩顶面之间不得留有缝隙，安装部位混凝土凹凸不平时应磨平，传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄。
    2. 激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋，其目的是减少外露主筋对测试产生干扰信号。若外露主筋过长而影响正常测试时，应将其割短。
    3. 激振方向应沿桩轴线方向的要求是为了有效减少敲击时的水平分量。
    4. 瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头质量较大或硬度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。锤头较轻或硬度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。
    5. 稳态激振在每个设定的频率下激振时，为避免频率变换过程产生失真信号，应具有足够的稳定激振时间，以获得稳定的激振力和响应信号，并根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力。稳态激振器的安装方式及好坏对测试结果起着很大的作用。为保证激振系统本身在测试频率范围内不至于出现谐振，激振器的安装宜采用柔，陲悬挂装置，同时在测试过程中应避免激振器出现横向振动。
8.3.4 本条主要是对激振点和检测点位置进行了规定，以保证从现场获取的信息尽量完备：
    1. 本条第1款有两层含义：
    第一是减小尺寸效应影响。相对桩顶横截面尺寸而言，激振点处为集中力作用，在桩顶部位可能出现与桩的横向振型相对应的高频干扰。当锤击脉冲变窄或桩径增加时，这种由三维尺寸效应引起的干扰加剧。传感器安装点与激振点距离和位置不同，所受干扰的程度各异。理论研究表明：实心桩安装点在距桩中心约2／3半径R时，所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于90°时也有类似效果，该处相当于横向耦合低阶振型的驻点。传感器安装点、激振(锤击)点布置见图1。另应注意：加大安装与激振两点距离或平面夹角将增大锤击点与安装点响应信号时间差，造成波速或缺陷定位误差。
    第二是使同一场地同一类型桩的检测信号具有可比性。因不同的激振点和检测点所测信号的差异主要随桩径或桩上部截面尺寸不规则程度变大而变强，因此尽量找出同一场地相近条件下各桩信号的规律性，对复杂波形的判断有利。

1-传感器安装点；2-激振锤击点

    当预制桩桩顶高于地面很多，或灌注桩桩顶部分桩身截面很不规则，或桩顶与承台等其他结构相连而不具备传感器安装条件时，可将两支测量响应传感器对称安装在桩顶以下的桩侧表面，且宜远离桩顶。
    2. 本条第2款所述“适当改变激振点和检测点的位置”是指位置选择可不受第1款的限制。
    3. 桩径增大时，桩截面各部位的运动不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化往往表现出明显的方向性，故应增加检测点数量，使检测结果能全面反映桩身结构完整性情况。
    4. 对现场检测人员的要求绝不能仅满足于熟练操作仪器，因为只有通过检测人员对所获波形在现场的合理、快速判断，才有可能决定下一步激振点、检测点以及敲击方式(锤重、锤垫等)的选择。
    5. 应合理选择测试系统量程范围，特别是传感器的量程范围，避免信号波峰削波。
    6. 每个检测点有效信号数不宜少于3个，通过叠加平均可提高信噪比。