樁及基礎測試

歡迎來到新的一年，在PCTE，我們期待新的一年將帶來新的機遇和知識，並希望我們所有的員工都有一個繁榮和忙碌的一年。這個月的問題，我們看看基礎的文章集中在聲波回聲和脈衝響應測試和一個簡短的部分可以用來確認各種樁和基礎的質量和穩定性的其他測試。與NDT現場的許多領域一樣，基礎測試是關於針對特定情況確定正確的測試，並在需要時將測試結合起來，以使一個結果可以確認另一個結果。

我們也有一個非常棒的案例研究，感謝地麵探測，一定要滾動到這封郵件的底部，看看SE/IR測試在一個棘手的地方。

聲波回聲和脈衝響應測試

聲回波和脈衝響應[SE/IR]測試，又稱低應變樁完整性測試，是一種檢測樁長和完整性的方法。它可用於鑄造或打入樁，涉及到用儀表錘撞擊樁頂表麵，在樁內產生能量波，並利用地震檢波器或加速度計收集樁的振動響應。在進行SE/IR時，重要的是要了解其操作背後的理論，並參考澳大利亞標準AS 2159選擇明確的工作方法。

聲波回聲和脈衝響應測試都涉及到對樁內回聲的分析，一個固定的樁將返回一個單一的回聲，從中可以用下麵的公式計算其深度。

D = (V x t) / 2

在哪裏D是距離，V壓縮波的速度是否等於通過樁材料的聲速t是在打樁後接收回聲所花費的時間，這個時間除以2，因為信號必須經過打樁的長度並返回。

如鱗莖、夾雜和開裂等缺陷會返回一個或多個回波，如圖所示，可以使用與上麵相同的公式來評估深度。

用加速度計或地震檢波器收集的數據都可以用於聲波回波和脈衝響應測試，不同之處在於如何檢查數據和確定回波。

SE測試在時域內分析收集到的波形數據，以便回聲由如下所示的峰值表示，這類似於在山穀中喊叫後傾聽回聲。下圖顯示了時域數據，並突出顯示了回顯:

紅外測試在頻域檢查數據，尋找誘導波形，並從數據中分離它們。這類似於敲擊一個金屬物體並記錄它發出的不同音符。這種方法通常使峰值更明顯。樣本頻率數據如下所示，回聲高亮顯示:

如果出現明顯的多重回聲，說明要麼是頸縮，要麼是堆中的球泡，區分兩者最簡單的方法是查看聲波回聲數據。訣竅是檢查第一個回波(將來自缺陷)最初移動的方向，如果它向下移動，則表明阻抗下降，這對應於各種形式的頸縮、夾雜和開裂。阻抗的增加將導致圖向上移動，對應於燈泡。

SE/IR測試可以在有限的訪問權限下提供大量關於堆的信息。如果傳感器可以放置在樁的頂部或固定在樁的側麵，並且被擊打的頂部表麵，幾乎任何樁的質量都可以以一小部分的成本進行評估，而更有侵入性的技術需要鑽孔或挖掘。

樁身測試案例研究

沒有一堆是相同的。它們可能在長度和幾何形狀、材料、通道、安裝方式、周圍材料甚至角度上有所不同。聲波回聲/脈衝響應(SE/IR)在與常規樁相差甚遠的樁上具有挑戰性。下麵的案例研究研究了一個非常具有挑戰性的應用程序，它產生了一些非常成功的結果，並深入了解了如何克服這些挑戰。

該項目旨在確定支撐澳大利亞北部港口設施碼頭的樁的埋深長度。鋼樁直徑約0.5m，截麵為八角形。樁基離開防波堤的底麵，以大約15度的角度與垂直。樁基在頂部用水平焊接的鋼板終止。在某些地方，板的頂部被交叉的橫梁遮蔽了。

這些樁子延伸約15米，穿過空氣，然後進入水中，最後進入海底。據信，樁的埋深部分約為4-5m，但指定了測試來確認這一點。

克服的技術困難

應用程序帶來的技術困難可以看作是三個問題。

長度

SE/IR依賴於導p波(壓縮波)一路傳播到樁端並返回。樁越長，所需直徑越大。這是因為樁上的阻尼隨著長度的增加而增加，為了解決這個問題，我們需要更大的橫截麵積來承載波浪。作為經驗法則，長徑比為20-30:1被認為是在無故障測試樁的最大推薦幾何形狀附近，樁的大部分長度都在地下。這當然是土壤剛度的函數。

在這種情況下，人們認為這些樁長約20米，因此長度與直徑之比為40:1。此外，這些樁是空心的，增加了阻尼效應，因為波必須沿著樁的表皮傳播。補救因素是阻尼最小，接近10%的樁在空氣中，60%在水中，30%在泥漿/土壤中。土壤中空氣和水的阻尼作用應小於預期。

訪問

在理想的情況下，技術人員可以在靠近加速計和檢波器的地方，在樁頂正中進行撞擊。理想情況下，表麵應該是平的，與樁成正方形。擊打頂部正中間的木樁的原因是所產生的波主要是p波。通過消去中心，還引入了彎曲波。到達傳感器的預期波會被彎曲波所遮蔽，使回聲難以識別。此外，大多數SE/IR係統使用一維傳感器。當從樁上收集縱波數據時，傳感器需要與樁縱向對齊。

進入這些樁的途徑並不理想。特別是這些樁是有角度的，樁的頂部與樁不是正方形的。此外，在許多情況下，堆的頂部是模糊的。這使得數據收集成為一項具有挑戰性的工作，需要一定程度的獨創性才能使項目繼續進行。

為了使傳感器與樁對齊，一個單一的1D加速度計被耦合到一個固定在樁側的塊上。更關鍵的是打擊能力，從而激發縱向樁。在試驗期間嚐試了許多方法，並確定一個支架焊接到樁產生最有利的結果。樁子旁邊的支架形成了一個有足夠空間的突出物。由於樁的長度和所需的激勵量，焊接是必需的。由於震波仍未集中，預計會出現一些彎曲的波浪。這個解決方案還造成了另一個問題，那就是縱波會從支架向上或向下傳播，因此除了樁尾的回聲外，還會有樁頂的回聲。

周圍的材料

雖然周圍的材料預計提供更小的阻尼，從而增加樁的可測試長度，但在解釋結果時，樁通過的三種介質會產生問題。當樁的阻尼發生顯著變化時(即氣/水界麵、水/泥界麵)，會產生附加回聲。

在解釋過程中，測試公司需要選擇到達的波;堆的頂部，水線，泥線和堆的頂端。為了消除非來自樁尖的回聲，需要進行測量，以預測每個回聲在傳感器上的預期時間。例如傳感器到樁頂的距離，水線和泥線在每個樁上測量，然後用於分析。來自部分或所有這些來源的反射可能出現在數據中。

結果

整個項目是相當成功的，但需要專家分析。在很多情況下，這種技術的經驗是無法替代的，這當然是這個項目的情況。聲波回聲被認為是最佳的分析技術，因為它在確定長度方麵的力量，因為它能夠過濾掉撞擊對側麵安裝支架的影響。

下麵是項目中測試的一個樁的時域數據。從左到右移動的;當樁被擊中時，我們有一個很大的向下移動，第一個回聲在4000us左右的水線處被注意到，然後是11000us的泥線，最後是18800us的樁端。為了計算樁的長度，從傳感器開始“監聽”到實際打擊的時間從到底部回波的時間中減去(即計算波傳播到樁端和返回所需的時間)。它除以二，再乘以波的估計速度。此時的反射相當於傳感器下方約19.9米的長度。

需要注意的是，在分析過程中，特別是在將時間轉換為長度時，使用的是單一縱波速度。這可以通過測量從傳感器到水線的樁的長度來估計。然而，這是一種必要的簡化情況，在現實中，波速可能隨著阻尼的變化而變化。例如，樁的水樁部分可能有輕微不同的波速。在分析過程中使用了平均速度，因此測量的準確性是其函數。在這個項目中，使用了4500m/s的波速，這大大低於鋼的縱波速度。

總的來說，大多數的樁都測試成功，結果證實了現場技術人員得到的傳聞信息。

確認

我們要感謝我們的客戶GroundProbe為我們提供了一個有趣的案例研究。我們也要感謝奧爾森儀器的建議和支持。1.manbetx.com

替代基礎測試

聲波回聲/脈衝響應並不是唯一可以用來表征樁和其他地基的技術。下麵簡要介紹一些其他的技術，以及它們在哪些方麵可以發揮作用。

平行地震
平行地震法用於確定樁的長度，在難以接近的地方很有用。在這種技術中，一根充滿水的管子被鑽到樁附近的地下。當水聽器從管中下落時，樁受到衝擊。當水聽器低於樁尖時，時間數據就會出現不連續。這種影響可能發生在承台或結構的其他部分。

井間聲波測井
跨孔聲波測井是一種用於現場澆築樁基的質量保證技術。它可以用來確定樁中是否存在夾雜物或其他實質性缺陷。在施工過程中，2根或更多的管子安裝到鋼筋籠中。倒完水後，管子裏裝滿水，水聽器用來測量管子之間的縱波速度。像傳統超聲波一樣，聲波延遲或衰減，缺陷普遍存在。

超地震
超地震可以用在那些很難進入但一樁的相當一部分(即樁側幾米)暴露在外的樁或地基上。超震技術使用一串傳感器來繪製撞擊產生的地震波的過程。通過映射到達點，可以確定樁的頂端。它的優點是可以用來確定地下埋腳的尺寸，以及在進入限製在樁側的試驗樁。
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