低应变反射波法
Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
地基与基础工程质量检测课程报告题目：基于桩基检测的低应变反射波法
姓名：林必挺学号：
院系：地球科学与工程学院专业：地质资源与地质工程指导教师：袁宝远职称：教授
2016年6月
2016年4月
基于桩基检测的低应变反射波法
一、引言
桩基础属于隐蔽性工程,是建、构筑物重要的组成部分,其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中,其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等,常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力,严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等,就可以及时采取补救措施,排除事故隐患。因此,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义,是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。
程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法,具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点,是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法,在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表1所示。
表1各检测方法的对比
检测类型有损检测无损检测
检测方法静载荷试验钻芯检测法高应变动测法低应变反射波法超声波透射法
检测目的单桩承载力桩身结构完
整性单桩承载力和
桩身结构完整
性
桩身结构完整性桩身结构完整
性
检测局限性不能区分破
坏模式易斜钻，局
部检测
不能解决桩强
度及沉降问题
多解性不能检测桩身
外形畸变
检测效率低较低一般高较高
检测费用高较高较高低较低从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。具有检测效率高，检测费用低的特点。
二、低应变反射波法检测基本原理
低应变反射波法又称锤击法,是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性,判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长,以及估计桩身混凝土强度等。反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量,产生一纵向弹性波,该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面,如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位,将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取,并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度,据此可以达到检测的目的。
图1低应变反射波检测原理
根据应力波理论，有如下规律：
式中V 为质点速度，下标I 、R 分别表示入射波、反射波，1Z 、2Z 分别为
反射界面上下部广义波阻抗（1111Z C A =ρ,2222Z C A =ρ,1A ,2A 分别为界面上下桩身截面积）。
（1）当桩身无缺陷时，21=Z Z ，=0R V ,桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；
（2）当桩身存在缺陷时，21Z Z <，1R V V 与与同号，即在实测时域曲线上，反射波与入射波同相；反之，当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时，即
21Z Z >，1R V V 与反号，即在实测实域曲线上，反射波与入射波反相。
三、常见桩基缺陷类型
造成桩基出现各种影响其桩身质量和基桩承载能力的缺陷的因素有很多,如施工工艺不当、成桩方式不合理、地质条件复杂等。一般来说,描述桩身缺陷有三个指标—缺陷位置、缺陷性质和缺陷严重程度。桩身阻抗变化是缺陷的综合体现,可能是任一种或多种缺陷同时累加的结果,所以仅根据阻抗的变化是无法确定缺陷性质的,应根据地质资料、桩型、施工工艺、施工记录、现场条件等综合判断,必要时可结合钻芯取样法、超声波透射法等其它方法共同判断。在桩基检测工作中,常见的缺陷类型有扩径、缩径、裂缝、离析、蜂窝、空洞、夹泥、断桩等。
（1） 完整桩：桩身形状规则,无变径、离析、裂缝、夹泥等缺陷的桩。
（2） 扩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显大于设计值的灌注桩。
（3） 缩径桩：成桩后桩身部分区段截面明显小于设计值的灌注桩。
（4） 离析桩：外形完整、部分区段呈现蜂窝状结构或松散状态的桩。离析部
分直接影响到桩的强度与承载力情况。造成桩身离析的原因很多,如所用
材料不合格或配比不合理,成桩时搅拌不均匀、振捣不密实使得部分区段
砂石含量过高等。
（5） 断桩：桩身部分截面断裂或者断开的桩。
根据桩身的缺陷程度，可将桩身分为几类，如表2所示。 表2 桩身完整性分类 桩身完整性分类
分类原则 Ⅰ类桩
桩身完整 Ⅱ类桩 桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥 Ⅲ类桩 桩身有明显缺陷,对桩身结构承载力有影响 Ⅳ类桩 桩身存在严重缺陷
一般认为,Ⅰ类桩为优质桩,Ⅱ类桩为合格桩,Ⅲ类桩为经过设计计算分析并采取处理措施之后可以使用的桩,Ⅳ类桩为不合格桩。
四、桩身缺陷的成因分析
桩身缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。其中又以离
析、夹泥较为常见。一般情况下,桩基出现质量问题,主要是因为在勘察、设
计、施工时等阶段中存在问题,或者是因为在桩基工程完工后外部环境、使用条件等发生变化对桩基造成损坏。
地质因素
桩周的软土、流砂、地下水等影响混凝土质量，桩周存在空洞及不密实区造成漏浆等。
常规因素
（1）勘察阶段的问题各种现场及人为因素的影响,使得勘察报告中提供的诸如地质剖面图、钻孔柱状图以及土的各项物理力学指标和建议设计参数不准确（2）设计阶段的问题设计人员个人习惯、设计能力等造成桩基础选型不当、设计参数选取不当
（3）施工阶段的问题：材料选取不当或施工管理不当,施工方法、施工工序安排不合理,施工过程控制不严格,质量检验不到位,各种施工人员、施工机械和施工时所处季节、天气等自然因素,造成桩基础出现质量问题。
（4）环境因素的影响：临近地区基坑开挖、地面大面积堆载、上层结构荷载、重型机械行进、相邻桩挤土效应等,也会影响到桩基础的质量。
工艺因素
（1）桩身混凝土欠灌，造成桩头部位混凝土骨料少，浮浆多，浇注不良，桩身上部质量差。
（2）灌注完成后导管抽拔太快，由于上部混凝土压力不够，使泥浆顺管壁下流，造成局部混凝土离析或夹泥，或在灌注过程中导管埋入混凝土过深或时间过长，拔管时造成混凝土内部出现空洞、蜂窝等缺陷。
（3）在灌注时护桶下部软弱层在混凝土上翻时，将桩周土或卷入桩身，造成夹泥。
（4）灌注时，由于各种原因引起灌注中断时间过长，造成二次灌注，使上部混凝土接近初凝，而泥浆中残渣不断沉淀，再次灌注后形成夹层或断桩。
（5）施工中桩顶标高不准，导致混凝土欠灌，造成接桩；或因桩顶浮浆太厚，清掉浮浆后桩顶标高低于设计值，进行接桩处理。
（6）由于承台基坑开挖及破桩头方法不当，对桩头部位产生严重扰动，引起桩身浅部开裂。
五、桩基缺陷典型曲线特征
（1）完整桩
完整桩的振动反应曲线规则而圆滑,入射波和反射波信号较明显,无子波反射,波列纯净。摩擦型桩反射波信号与入射波初始相位相同,但如果锤击能量不够,当桩长过长时可能无桩端反射信号。端承型桩反射波与入射波信号反相，如图2所示。
图2 典型完整桩波形
（2）扩径桩
一般扩径桩反射波曲线不太规则,桩端反射和桩间反射明显。存在多次反射时第一次反射波和入射波反相,第二次同相。反射波的表现随着扩径形态的不同而各有差异。如图3所示。
图3典型扩径桩波形
（3）缩径桩
一般缩径桩波形清晰、完整、直观、不规则,第一次反射时反射波与入射波同相,第二次反射时反相,有明显的桩底反射和桩间同相位子波反射，如图4所示。
图4典型缩径桩波形
（4）离析桩
离析桩波形曲线不规则,有桩底反射和桩间同相位子波反射,但是比缩径桩弱。另外其波形与缩径桩有相似之处,即第一次反射时反射波与入射波同相,第二次反射时反相。由于离析差异区段混凝土密实度差,离析程度不均匀,入射波在缺陷部位会发生复杂的反射、折射、散射、透射等,所以其波形很乱,有时甚至没有明显的桩底反射和桩间同相位子波反射，如图5所示。
图5典型离析桩波形
（5）断桩
波形规则,呈尖峰状,波列整齐,有多次反射,无桩底反射,如图6所示。
图6典型断桩波形
六、缺陷桩处理
缺陷桩处理常用方法有扩大承台、原位复桩、接桩、桩芯凿井法、补桩、补强，改变施工方法，修改设计方案等。下面结合事故发生的原因分别介绍几种方法的应用情况。
（1）扩大承台（梁）法。
a.桩位偏差过大，原设计的承台（梁）断面宽度满足不了规范要求，此时采用扩大承台（梁）来处理。
b.考虑桩基共同作用，当单桩承载力达不到设计要求，可用扩大承台（梁）并考虑桩与天然地基共同分组上部结构荷载的方法。需要注意的是在扩大承台（梁）断面宽度的同时，适当加大承台（梁）的配筋。
（2）原位复桩。对在施工过程中及时发现和检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底处理。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。（3）接桩。确定接桩方案，首先对桩进行声测，确定好混凝土的部位。其次，根据设计提供的地质资料确定井点，降水-开挖-20#素混凝土进行护壁，护壁内用钢筋箍圈进行加固。第三，挖至合格数处利用人工凿毛，按挖孑L法混凝土施工方法进行混凝土的浇注。
（4）桩芯凿井法。这种方法做起来比较困难，即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一井，深度至少超过缺陷部位，然后封闭清洗泥沙，放置钢筋笼，用挖孑L混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。
（5）接桩法。当成桩后桩顶标高不足时，常采用接桩法处理，方法有以下两种：
a.开挖接桩挖出桩头，凿去混凝土浮浆及松散层，并凿出钢筋，整理与冲洗干净后用钢筋接长，再浇混凝土至设计标高。
b.嵌入式接桩当成桩中出现混凝土停浇事故后，清除已浇混凝土有困难时，可采用此法。
（6）补桩法。桩基承台（梁）施工前补桩，如钻孔桩距过大，不能承受上部荷载时，可在桩与桩之间补桩。
（7）钻孔补强法。此法适应条件是桩身混凝土严重蜂窝、离析、松散、强度不够及桩长不足，桩底沉渣过厚等事故，常用高压注浆法来处理。
a.桩身混凝土局部有离析、蜂窝时，可用钻机钻到质量缺陷下一倍桩径处，进行清洗后高压注浆。
b.桩长不足时，采用钻机钻至设计持力层标高；对桩长不足部分注浆加固。（8）改变施工方法。桩基事故有些是因为施工顺序错误或方式工艺不当所造成，处理时一方面对事故桩采取适当的补救措施；另一方面要改变错误的施工方法，以防止事故的发生。常用的方法有以下两种：
a.改变成桩施工顺序：如桩布置太密不便施工时，可采用间隔成桩法。
b.改变成桩方法。如成孔桩出现较大的地下水时，采用套管内成桩的方法。（9）修改设计。
a.改变桩型。当地质资料与实际情况不符时，造成桩基事故，可采用改变桩型的方法处理，如灌注桩成桩困难时，可采用打预制桩。
b.改变桩位。灌注桩出现废桩或遇到地下管线障碍，可改变桩位方法处理。
c.上部结构卸荷。有些重大桩基事故处理困难，耗资巨大，只有采取削减建筑层数或用轻质材料代替原设计材料，以减轻上部结构荷载的方法。
七、低应变反射波法的缺陷
（1) 定量化分析不够，缺陷判断的可靠度仍需提高。
（2）计算缺陷深度、桩长与实际情况存在差别。
（3）平均波速与混凝土强度之间的关系无法准确确定，不能提供混凝土强度，也难以判断桩底沉渣具体厚度。
（4）对于桩身存在轻微缺陷、多处缺陷、深部缺陷以及超长桩，低应变反射波
法很难正确检测，分析时容易误判、漏判。
（5）适用于检测预制桩、灌注桩，不宜用于检测异型桩、水泥搅拌桩。
八、结语
相对于高应变动测法而言,低应变反射波法简单易行、操作方便、快速灵活、效率高、耗费少,所需锤击能量很小,对基桩几乎不产生任何影响,因此很适
用于大面积的普测。近些年来,凭借其明显优势,低应变反射波法得到大力的推
广使用。
由于桩土间复杂的应力应变关系,反射波法也有其应用局限性,例如不能应用于
检测水泥土桩等非刚性材料桩、混凝土竹节桩等异形刚性材料桩。此外,低应变
反射波法存在检测盲区（一般为桩顶面以下2m范围）；不能定量分析缺陷大小
而只能依靠经验判断；无法正确检测较小的缺陷、长径比超过一定限度的桩；
容易漏判深部缺陷；当遇到渐变类缺陷时传感器很难接收到清晰可辨的反射信号,从而无法得到想要的结果。因此在进行低应变反射波桩基检测时应适当辅以
超声波透射法及钻芯法等手段来提高桩基检测的精度。
参考文献
[1]贺占海. 低应变反射波法桩身完整性检测的理论与实践[D].天津大学,2005.
[2]张冬美. 低应变反射波法在桩基检测中的应用[J]. 山西建筑,2010,06:118-119.
[3]黄永恒,江学良,杨慧,黎超群. 低应变反射波法检测缺陷桩的难点技术研究[J]. 工程勘察,2010,10:83-86+92.
[4]郭庆清,陈维文,张绍和. 人工挖孔桩低应变反射波法完整性检测的局限性研究[J]. 长江科学院院报,2014,02:6 2-67.
[5]李正印,柯宅邦,刘东甲,卢志堂,郭杨. 低应变反射波法判别PHC管桩接头质量的研究[J]. 岩土工程学报,2011, S2:209-212.
[6]王春庆,陈辉. 低应变反射波法检测桩基浅部缺陷的效果分析[J]. 工程地球物理学报,2013,02:259-263.
[7]高红伟,姚勇,陈代果,童庞,邓勇军. 低应变反射波法在桩基检测中的应用[J]. 西南科技大学学报,2013,03:40-4 4.
[8]高红刚,解翔,董明华. 低应变反射波法在桥梁桩基检测中的实例分析[J]. 工程地球物理学报,2009,S1:179-18 3.
[9]周治国,朱合华,夏才初. 低应变反射波法检测嵌岩桩适用性探讨[J]. 地下空间,2004,02:232-234.
[10]丁恒轩. 低应变反射波法基桩质量检测理论与应用[D].南京理工大学,2012.
一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1．广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元，其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ，C ，A 表示，则令 Z =ρCA （7-1） 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的ρ、C 、A 发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== （7-2） 称n 为波阻抗比。 2．应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播，当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面（如图7-2所示）时。根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有 V I +V R =V T （7-3） A 1（σI +σR ）=A 2σT （7-4） 式中，V 、σ分别表示质点振动的速度和产生的应力，下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波和透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =－ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式（7-4），得 ρ1C 1A 1（V I －V R ）=ρ2C 2A 2V T （7-5） 联立式（7-3）和（7-5），求得 V R =－FV I （7-6a ） V T =nTV I （7-6b ） 式中 n n F +-=11 称为反射系数 （7-7a ） n T +=12 称为透射系数 （7-7b ） 式（7-6）是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3．桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 （1）桩身完好，桩底支承条件一般。此时，仅在桩底存在界面，速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2，所以n = Z 1/Z 2>1，代入式（7-7）得 F <0，（T 恒>0） 由式（7-6）可知，在桩底处，速度量的反射波与入射波同号，体现在V （t ）时程曲线上，则为波峰相同（同向）。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射
的1/3乃至1/5以下。以加速度计为例，如其安装谐振频率为14kh，则频率上限只能达到3-4kh。由于桩基动测对幅值的定量要求不高，可以放宽限度，但也绝不能使谐振频率接近甚至位于要求的频率范围内。然而，地震检波器的使用者却不同程度地犯了这个错误，以28hz和38hz的速度检波器为例，研究表明，当锥形杆被手按于混凝土表面，且用铁锤激发时，谐振频率在830hz左右；通过钻孔方式将锥形杆紧紧地全部插入孔中或取下锥形杆用石膏粘固在混凝土表面时，如用铁锤敲击，谐振频率多在1200hz以上，此时如用尼龙锤或铁锤垫橡皮等低频锤敲击则可完全排除安装谐振频率的影响。显而易见，正确安装方式应以后者为宜。 理论推导表明，传感器的安装谐振频率与传感器的安装刚度和传感器底座质量有关。一般可以减化理解为：安装刚度越高，基座质量越小，安装谐振频率就越高，而安装刚度与安装的松紧程度、传递杆（锥形杆）长短有关。正因如此，一般要求取消锥形杆（或全部埋入被测连续介质中），也要求传感器基座越轻越好。 对于位移型惯性传感器而言（如速度计），安装谐振频率有f1，f2两个，f1比传感器的自然谐振频率还低，在40Hz以内，一般对测试没有影响；f2即是所讲安装谐振，处理较好时应在1200Hz以上。加速度型惯性传感器也有两个安装谐振频率，但均位于高频段，引起我们关注的是第一谐振频率，处理较好时在大几千赫兹至几万赫兹变化，但是，如用弹性较好的橡皮泥安装将只有1-2kHz。 在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。 理论上讲位移计型惯性传感器包括速度计（所谓高阻尼速度计和地震检波器）的高频部分是完全满足应力波反射法测试要求的，但由于生产工艺等方面的原因，其高频部分往往受到很大的限制，有的仅几百赫兹，最高一般亦在2kHz左右会掉下来。在现场测桩时，传感器的安装刚度又会导致安装谐振的出现，进一步使传感器的可测范围变窄，那么怎样判断传感器的优劣呢？ 利用牙膏、石膏、黄油、橡皮泥等粘接剂将不含锥形杆的速度计紧紧地粘贴在被正确清理干净，满足测试要求的桩头上或用冲击电锤打孔，将有锥形杆的速度计牢牢地插入孔中，确保安装方法正确后，利用小铁锤直接敲击砼表面，仪器的模拟滤波档置2.5kHz以上。对被测信号进行谱分析，如果此桩两米内没有毛病，其幅值谱最高峰（一般为传感器的安装谐振峰）频率大于1200Hz，此传感器即可满足测试要求。频率越高在以后的测试过程中浅部测试效果将越好；分析幅值谱的低频部分(固有频率以下)还可判断出低频特性的好坏。换用低频锤，如力棒、尼龙锤(桩头再垫层橡皮更好)或铁锤＋汽车外胎垫测试，如无振荡或振荡很小，这类传感器将更好。如果传感器的谐振峰仅几百赫兹，用低频锤时又不能消振，那么这种传感器是满足不了测试要求的。 需要指出的是，这种测试方法与桩头强度、砼龄期、浅部缺陷以及安装紧凑程度很有关系，以预制桩桩头测试效果最好，而如果在素混凝土上测试，效果将最差，最不能说明问题。速度计是自生电动势型的，虽然价格低廉，但也应注意保护，一般的保护方法是将其输出端短路或两个传感器对接。开路贮放将减少传感器寿命，是不合适的。测桩界较流行的速度计：灵敏度大约为280mV/cm/s，固有频率：10~28Hz，阻尼系数ξ=0.6~1.0。 如果判断速度计测试效果的好坏？从传感器频响，特别是安装后的频响特性来考虑，速度计用于测桩是应当慎重的，因此从某种意义上讲，提高速度计的安装刚度，降低安装质量
低应变反射波法检测 1适用范围 本细则适用于低应变反射波法检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。其有效检测桩长范围应通过现场试验确定。 2编制依据 《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 3检测仪器设备 检测仪器设备主要为RS-1616K（S）基桩动测仪、力锤、力棒。 4受检桩种类及要求 4.1 受检桩种类 1、混凝土预制桩 2、混凝土灌注桩 4.2 受检桩要求 4.2.1受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。 4.2.2桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 4.2.3桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。 5现场检测 5.1准备工作 5.1.1收集工程桩的桩型、桩长、桩径、设计桩身混凝土强度、施工记录及地质勘察报告等有关技术资料。 5.1.2检查桩顶条件和桩头处理情况 受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与设计条件基本相同。 灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶平面应平整干净无积水，必要时宜采用便携式砂轮机磨平；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。 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，应将桩头与混凝土承台或垫层断开。 5.1.3检查仪器设备，使测试系统各部分之间匹配良好。 5.2现场仪器设备配置（如下图）：
5.3测量传感器的选择和安装 5.3.1传感器的选择 检测长桩的桩端反射信息或深部缺陷时，应选择低频性能好的传感器；检测短桩或桩的浅部缺陷时，应选择加速度传感器或宽频带的速度传感器。 5.3.2传感器的安装 1、传感器安装应采用化学粘结剂或石膏、黄油等粘贴，不应采用手扶式。安装时必须保证传感器与桩顶面垂直。 2、激振点和传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。 3、实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90度，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。 5.4激振操作 1、激振方向应沿桩轴线方向。 2、激振方式应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫。宜采用小锤（窄脉冲）获取短桩或桩的上部缺陷反射信号，宜采用大锤（宽脉冲）获取长桩或桩的下部缺陷反射信号。 5.5测试参数设定 1、时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于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、桩身波速根据本地区同类桩型的测试值初步设定。一般可按下表选择： 4、采样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，在保证测得完整信号的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。 5、放大器增益应结合激振方式通过现场对比试验确定。 6、传感器的设定值应按计量检定结果设定。 5.6测试信号采集和筛选 1、根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个，通过叠加平均提高信噪比。 2、检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 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，信号幅值不应超过测量系统量程（避免信号波峰削波）。 5、每根被检测的基桩均应进行二次以上重复测试，当检测波形重复良好时方可存储记录。当重复性不好时应及时清理激振点，改善传感器安置条件或排除仪器故障后重新进行测试。对于异常波形，应在现场及时分析研究，排除可能存在的激振或接收条件不良因素的影响后重新测试。
低应变反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式,实测桩顶加速度或速度响应时域曲线。籍一维波动理论分析来判定基桩得桩身完整性,这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。 传感器得安装方法: 实心桩得激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处; 空心桩得激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连 线形成得夹角宜为90 度,激振点与测量传感器安装位置宜为桩壁厚得1/2 处。
传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部,再把传感器放入桩顶部,松手后传感器不会移动与侧斜为佳。传感器安装地点,一点要平整。不然会影响采集效果,藕合可以用牙膏,黄油,口香糖,但不可用泥巴。 敲击: 敲击以力棒自由落体来敲击桩头,力棒落到桩头反弹后,立马抓住力棒。落距为5cm—15cm 为佳。视桩得长度而定,桩稍长可稍加大落距。长桩用得锤头最好为橡胶头,短桩用铝合金头。 波形分析完整桩:入射波与反 射波同相
也有桩底反射与初始入射波先反相再同相得扩底桩 下图为,某小区得住宅楼,长7、2 米人工挖孔桩,设计砼强度为C25。V=3675,经检测桩底反射明显,底部扩底属完整桩 缩径桩:在时程曲线上反映比较规则,缩径部位与缺陷呈先同相再反相,或仅现其同相反射信号,视严重程度,可能有多次反射,此类缺陷 桩一般可见桩底信号
离析:由于离析部位得混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成缺 陷波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,波速偏小,通常很难瞧到 桩底反射。 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同 时反射,反射幅值较高,衰减较慢,中部断裂反映为多次同相反射, 缺 陷得反射波幅值较低,而深部断裂波形反映下,类就是摩擦桩桩底反射,但算得得波速明显高于正常桩得波速。
低应变反射波法信号识别方法 从理论上讲，传感器越轻且越贴近桩顶面，测试信号也越接近桩面质点振动，测试效果越好。 目前，传感器安装普遍采用粘贴方式。橡皮泥具有柔性大、污染小、衰减小、价格便宜等优点，将橡皮泥用作传感大器的黏合剂一般可取得较好的检测信号。如果桩同处理不平整、桩顶面未清洗干净或寒冷季节使用，传感器常会出现虚粘现象，导致检测信号失真，影响判识。因此，用橡皮泥作黏合剂时，如果出现首波明显加宽、信号波浪式振荡等异常现象，应首先考虑传感器粘贴不牢，需重新粘结牢后再做检测。图1 为同一根桩传感器虚粘和粘合牢固时的对比检测曲线。 图1 传感器粘贴效果对比曲线 由图1 可以看出，传感器粘合牢固，波形规则，桩底反射信号清晰；传感器粘合不良，可导致首波变宽，信号震荡明显加大，桩底反射信号没出现或不明显，大大降低了检测信号的判断效果。
桩身浅部缺陷是桩基工程中最常见的缺陷。从桩身轴力传递特性可知，该类缺陷位置浅，在工作荷载下最易发生材料破坏，并且对工程质量危害最大。同时，浅部缺陷造成波形畸变，并且这种畸变很容易使桩身其他部位产生缺陷屏蔽。 桩顶至其以下2m 左右深度范围称为测试盲区。在测试盲区桩顶应力波传播复杂，信号干扰大。如果盲区内存在缺陷，由于激振脉冲有一定的宽度，则在脉冲宽度内，应力波遇到缺陷产生的上行反射波信号，将与能量较大的入射重叠在一起，从而给桩身浅部缺陷信号的判别增加难度。 尽管测试盲区的桩身缺陷判别难度较大，但并不是无法判断，因为该类缺陷发生频率高、位置浅，易于通过开挖方式予以验证，所以可以通过不断的对比测试和开挖验证，来找出该类缺陷在曲线上的特征和变化规律，以指导该类缺陷的识别。实践表明，根据以下特征对桩身浅部缺陷特别是严重缺陷进行判别效果较好。 完整桩波形，衰减规则，无缺陷反射波存在，桩底反射信号清晰（见图2（a））。如果波形特征表现为较宽的入射脉冲，或首波为非半正弦波或呈明显不对称半正弦波，波形在整体上呈现低频大振幅衰减振动，波形振荡延续时间长（见图2（a）），首波后反冲异常增大（见图2（c）），反冲后曲线明显在零线以上较长时间不归零或质点振动幅值异常增大（见图2（d）），则表明有浅部断桩或其他类型的严重浅
三、地震反射波法 1、阐明有效波、干扰波的概念及其相对意义。 在数据采集中，埋置于地面的检波器可接收到来自于地下多种波的扰动，其中只有可用于解决所提出的地质任务的波才称为有效波，所有妨碍有效波识别和追踪的其他波称为干扰波。由此可见，在反射纵波法勘探中，一般只有反射纵波是有效波，其他波属于干扰范畴，而在瑞雷面波法勘探中，除瑞雷面波外，均为干扰波。 2、画图表示怎样用综合平面图表示观测系统。 它是目前生产中最常用的观测系统图示方法。它从分布在测线上的各激发点出发，向两侧作与测线成45角的直线坐标网，将测线上对应的接收排列投影到该45角的斜线上，并用颜色或加粗线标出对应线段。该线段在地面的投影对应覆盖的反射段。 用综合平面图表示观测系统 5、什么叫最佳接收地段？反射波的最佳接收地段应怎样选取？ 在反射波法勘探中，为了有效地避开面波、声波、直达波、和折射波对有效反射波的干扰，可把接收地段选择在尽可能不受或少受各种干扰波影响的地段，这种最佳接收地段又称为最佳时窗。在反射波法勘探中，根据各种波在时空剖面上的视速度及到达时间差异选择尽可能避开面波、声波、直达波和折射波，而最大限度突出有效反射波的地段。 8、什么叫滤波？数字滤波处理的目的？ 一个原始信号通过某一“装置”后变为一个新信号的过程称为滤波。目的是消除干扰波。 10、请画图说明理想滤波器在频率域的特点及其分类？ 理想滤波器是有效波在其频率范围内完全无畸变地通过，干扰完全被压制掉。因此，要求其频率响应为： ???==01)()(f H f H 其它有效波频带内 这意味着其相位响应特性为零，故理想滤波器一定是零相位滤波器，一定是非物理可实现的。当然，它也隐含着在有效波频带内不要有干扰，否则无法滤掉。 理想滤波器的频率响应函数图形是一个矩形，像门一样，所以也称之为门式滤波器。 A 、理想低通滤波器 其频率响应如图(a)所示，其数学模型为： ? ??=01)(f H L c c f f f f >< 图24 理想低通滤波器的频率与脉冲响应 其中b 图横坐标应为t ，纵坐标应为)(t h L B 、理想带通滤波器 一般情况下，记录中既有高频干扰，又有低频干扰，则需要设计带通滤波器，其数学表达式为：
洋洋味道洋洋味道 号：学姓名：林必挺 业：地质资源与地质工程专院系：地球科学与工程学院 教授职称：袁宝远指导教师： 2016年6月 2016年4月 基于桩基检测的低应变反射波法一、引言其作用在于将上部结构是建、构筑物重要的组成部分,桩基础属于隐蔽性工程,其质量优劣直接影响到 整个结构的安全与稳定。荷载传递到桩周及下部较好地层中,因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质常常会出现各种各样的工程,条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等离析、缩径、夹泥、稍有不慎就容易造成诸如扩径、缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响如果能事先较为准确地判断出桩身缺严 重者甚至使单桩丧失承载力。到桩基承载力,,排除事故隐患。因此,就可以及时采取补救措施,陷类型及严重程度、缺陷位置等 ,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。
高应变用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、目前,动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和具有操技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完 整性进行评价的动测方法,是目前桩基质量检测,作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点对于各检测方在桩基检测当中得到 了广泛的应用。规范首推的桩身完整性检测方法,所示。1法的对比如表 各检测方法的对比1表 无损检测检测类型有损检测 超声波透射低应变反射静载荷试钻芯检测高应变动测检测方法 法波法法验法 桩身结构完桩身结构完单桩承载力检测目的单桩承载桩身结构 和桩身结构整性完整性整性力 完整性 不能检测桩不能解决桩多解性不能区分检测局限易斜钻， 强度及沉降身外形畸变破坏模式性局部检测 问题 较高低较低一般高检测效率 较低低高较高较高检测费用
试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答 案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案 第1题 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为 答案:B 第2题 低应变反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是，实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度 答案:B 第3题 低应变反射波法检测时，每个检测点有效信号数不宜少于个，通过叠加平均提高信噪比 答案:C 第4题 当桩进入硬夹层时，在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案:A 第5题
低应变反射波法检测中，桩身完整性类别分为类 答案:D 第6题 低应变反射波法所针对的检测对象，下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩 答案:B 第7题 对某一工地确定桩身波速平均值时，应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算 答案:D 第8题 低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间 答案:B 第9题 低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时，激振的能量和频率要求 A.能量小，频率低 B.能量大，频率高 C.能量小，频率高 D.能量大，频率低答案:C 第10题 港口工程桩基动力检测规程中，“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述，应判为桩
一、低应变反射波法的基本原理 低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。 桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定:Z=ρCA 假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。 ①当Z1=Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷。 ②当Z1>Z2时，表示在相应位置存在截面缩小或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。 ③当Z1 洋洋味道 洋洋味道 姓名：林必挺 院系：地球科学与工程学院指导教师：袁宝远 2016 年 4 月 基于桩基检测的低应变反射波法 学号： 专业：地质资源与地质工程职称：教授 2016年6月 一、引言 桩基础属于隐蔽性工程, 是建、构筑物重要的组成部分, 其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中, 其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等, 常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩, 稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力, 严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等, 就可以及时采取补救措施, 排除事故隐患。因此 对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义, 是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。 目前,用于桩身质量完整性检测的方法主要有静载荷试验、钻芯检测法、高应变动测法、低应变反射波法、超声波透射法等。低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法, 在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表 1 所示。 表1 各检测方法的对比 检测类型有损检测无损检测 检测方法静载荷试钻芯检测高应变动测低应变反射超声波透射 验法法波法法 检测目的单桩承载桩身结构单桩承载力桩身结构完桩身结构完 力完整性和桩身结构整性整性 完整性 检测局限不能区分易斜钻，不能解决桩多解性不能检测桩 性破坏模式局部检测强度及沉降身外形畸变 问题 桩基完整性检测 ----------低应变反射波法简介 一、前言 在桩基完整性动力检测诸方法中，由于低应变动力检测仪器设备轻便，成本低廉，现场检测速度快，覆盖面大，受到广大受检单位的欢迎。为了确保桩基工程的质量，我国相关部门先后编制了一系列规范规程，其中《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）以及《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）的发布实施，使基桩低应变动力检测工作更加严格规范，也为检测报告的统一编写起到规范化的作用。 二、低应变反射波法的原理 低应变反射波是基桩工程质量检测普遍使用的一种有效方法，它以检测原理清晰，测试方法简便，成果较可靠，成本低，便于对桩基工程进行普查等特点在成桩质量检测中充分发挥作用。 我国发布实施的现行动力检测规范中反射波法的适用范围中明确指出：该法可以检测桩身混凝土的结构完整性，推定缺陷类型及其桩身中的位置，也可对桩的混凝土强度等级作出估计。由此可见，它可为基桩工程的成桩质量的分类提供评判依据。 1、基本概念 将桩视为一维弹性杆件，用力锤（或力棒）在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，产生瞬时激振，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器、速度或加速度传感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底 产生的反射信号组合的时程曲线（或称为波形），最后分析者利用信号采集分析仪对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。 2、应力波基本概念 应力波：当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。 波阻抗：将桩当作一维杆件，其直径远小于长度的杆件，当遇到桩身阻抗Z= ρ·AC（ρ：密度；C：应力波速；A：桩横截面积）。变化界面时，要产生反射和透射。弹性波在桩身内传播遇到桩身阻抗界面时是垂直入射和反射的。假定桩界面上段的阻抗为Z1，下段的阻抗为Z2，且不考虑桩周土阻力的影响。根据桩在界面上位移和速度的连续条件，力与应力和位移的关系，可推导出在桩身阻抗变化处的反射系数Rf 关系式： Rf=（Z1-Z2）/（Z1+Z2） 式中：Rf－反射系数； Z1、Z2－分别为桩身材料上、下界面的广义波阻抗； ρ、A、C－分别为桩身材料的质量密度、桩身截面积及应力波速。 根据反射系数R f 的正、负来确定桩身阻抗的变化情况：当RF＞0 时，反射波与入射波同相位，表示桩身界面阻抗由大变小，如缩径、离析、断桩及桩底反射等；反之，Rf＜0 时，反射波与入射波反相位，表示桩身界面阻抗由小变大，如扩径、端承桩桩底反射情况。桩截面 一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1.广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元,其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ,C ,A 表示,则令 Z =ρCA (7-1) 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时,则相应的ρ、C 、A 发生变化,其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== (7-2) 称n 为波阻抗比。 2.应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播,当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面(如图7-2所示)时。根据应力波理论,由连续性条件与牛顿第三定律有 V I +V R =V T (7-3) A 1(σI +σR )=A 2σT (7-4) 式中,V 、σ分别表示质点振动的速度与产生的应力,下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波与透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =－ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式(7-4),得 ρ1C 1A 1(V I －V R )=ρ2C 2A 2V T (7-5) 联立式(7-3)与(7-5),求得 V R =－FV I (7-6a) V T =nTV I (7-6b) 式中 n n F +-= 11 称为反射系数 (7-7a) n T +=12 称为透射系数 (7-7b) 式(7-6)就是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3.桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 (1)桩身完好,桩底支承条件一般。此时,仅在桩底存在界面,速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2,所以n = Z 1/Z 2>1,代入式(7-7)得 F <0,(T 恒>0) 由式(7-6)可知,在桩底处,速度量的反射波与入射波同号,体现在V (t )时程曲线上,则为波峰相同(同向)。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 1 2t L C = (7-8) Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射 低应变反射波法 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 地基与基础工程质量检测课程报告题目：基于桩基检测的低应变反射波法 姓名：林必挺学号： 院系：地球科学与工程学院专业：地质资源与地质工程指导教师：袁宝远职称：教授 2016年6月 2016年4月 基于桩基检测的低应变反射波法 一、引言 桩基础属于隐蔽性工程,是建、构筑物重要的组成部分,其作用在于将上部结构荷载传递到桩周及下部较好地层中,其质量优劣直接影响到整个结构的安全与稳定。因此桩基对工程质量起着不容忽视且不可替代的作用。然而在实际中由于现场地质条件复杂、施工工艺以及施工中对施工质量控制不当等,常常会出现各种各样的工程缺陷。尤其是对于混凝土灌注桩,稍有不慎就容易造成诸如扩径、缩径、夹泥、离析、空洞、断桩等影响桩基安全使用的各种质量问题。缺陷的存在必然不同程度地影响到桩基承载力,严重者甚至使单桩丧失承载力。如果能事先较为准确地判断出桩身缺陷类型及严重程度、缺陷位置等,就可以及时采取补救措施,排除事故隐患。因此,对单桩承载力检测以及桩身的完整性检测对桩基工程来说就具有极为重要的意义,是任何情况下都决不可忽视的至关重要的隐蔽工程验收手段。 程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法,具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点,是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法,在桩基检测当中得到了广泛的应用。对于各检测方法的对比如表1所示。 表1各检测方法的对比 检测类型有损检测无损检测 检测方法静载荷试验钻芯检测法高应变动测法低应变反射波法超声波透射法 检测目的单桩承载力桩身结构完 整性单桩承载力和 桩身结构完整 性 桩身结构完整性桩身结构完整 性 检测局限性不能区分破 坏模式易斜钻，局 部检测 不能解决桩强 度及沉降问题 多解性不能检测桩身 外形畸变 检测效率低较低一般高较高 检测费用高较高较高低较低从上表可以看出，综合比较小低应变反射波法作为一种无损检测，可用于检测桩身结构的完整性。具有检测效率高，检测费用低的特点。 二、低应变反射波法检测基本原理 低应变反射波法又称锤击法,是以一维弹性杆应力波波动理论为理论基础的无损检测方法,适用于检测桩身完整性,判断桩身缺陷类型、位置及严重程度等,核对桩长,以及估计桩身混凝土强度等。反射波法基本原理可如下图表示在桩顶部位进行竖向激振,给桩一定的能量,产生一纵向弹性波,该波沿桩身向下传播,当传至桩身明显波阻抗有差异的界面,如扩缩径、严重离析、断桩、桩底等部位,将相应地产生反射波反射信号可通过桩顶的传感器拾取,并经放大、滤波、数据处理,我们可进而根据处理结果计算弹性波在桩身各部位的传播速度,据此可以达到检测的目的。 图1低应变反射波检测原理 根据应力波理论，有如下规律： 1FDP-204PDF型低应变检测仪的基本原理 基桩完整性反射波法测试技术是以一维波动理论为基础的[ 2, 3 ]. 假定基桩作为均匀细长的线弹性杆件, 当 桩顶受到纵向冲击力作用时, 激起桩纵向应力波沿桩身传播. 根据波动方程的解, 桩的应力波传播规律为: U R = RU 1, (1) U T = TU 1. (2) 式(1) 和式(2) 中,U I、U R 和U T 分别表示入射波、反射波和透射波, R 和T 分别表示反射系数和透射系数. 当桩身波阻抗有明显变化时, 就会有反射波回到桩顶引起基波振幅和相位发生变化, 由记录分析仪所接收到的波形数据, 就可以判断桩身的完整性, 其检测如图1 所示. 图1低应变反射波法检测桩身完整性示意图 2 桩身不同缺陷理论与实测波形分析 根据反射波法的原理, 当桩身波阻抗(Q cA ) 发生变化时, 会 产生反射波和透射波, 其中反射波传回桩顶, 被传感器接收. 根 据接收到的波形信号, 可以分析桩身的完整性. 现场检测时, 常 见的桩身缺陷类型主要有: 扩径、缩径、断裂、离析、夹泥、胶结不 良以及桩底浮渣较多等. 2. 1完整桩的波形曲线 当桩身完整时, 仅存在唯一的反射界面, 即桩底反射面, 其 理论曲线如图2 所示. 在条件较好的情况下, 可以得到明显的桩 底反射波(如图3 所示) , 该曲线是用高阻尼传感器通过橡皮 泥粘结, 用力棒激振在某工地工程桩上测得的. 此时, 可以利 用波速c、反射时间t 和桩长L 三者之间的关系(即L = ct?2) 来估算桩长或波速. 进而根据波速与砼强度的关系来评估桩 身混凝土的强度[ 4 ]. 低应变反射波曲线分析文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688] 典型低应变反射波形曲线分析关键词：低应变发射波法完整桩缺陷桩 近年来，随着高层建筑的发展，桩基作为主要承重部分，其质量的好坏倍受关注，桩基的无损检测也获得了广泛应用。低应变反射波法是在20世纪70年代发展起来的，它以方便快捷、成本低、方法可靠等优点应用于桩基的完整性检测。 1 原理 反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播。在桩身明显存在波阻抗界面（如桩底、断桩或严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩颈）部位，将产生反身波。经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。 当桩嵌于土体中，将受到桩周土的阻尼作用，桩的动力特性满足一维波动方程。 其波动方程为 式中c是弹性波纵波传播速度，它是由材料常数ρ和E所决定的常值： 2各种完整桩的波形 灌注桩桩型一般分为两种：摩擦桩、嵌岩端承桩；其在低应变反射波法的 图1 a为完整桩波形b为摩擦桩波形c为嵌岩端 ⑴当桩为摩擦桩时，桩身阻抗大于桩底持力层土层的阻抗，此时桩底反射波速度符号和入射波符合一致，桩底处反射波应力的速度的幅值低于入射波,随着桩底土质变 软,(如桩底沉渣)桩底土的波阻抗变得更小,此时除桩底反射波速度符号和入射波符合一致外,反射波幅值也变大。当把桩底土波阻抗小到可以忽略时，则可有：下行的压力波变上行拉力波，入射波全反射，质点速度加倍。(由此说明桩底反射波的幅值变得更大，人们可以利用它定性确定端承桩的沉渣厚薄)。 试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案第1题 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为 A.45？ B.90？ C.135？ D.180？ 答案:B 第2题 低应变反射波法检测中，用加速度计测得的原始信号是，实际分析的曲线是 A.加速度加速度 B.加速度速度 C.速度加速度 D.速度速度 答案:B 第3题 低应变反射波法检测时，每个检测点有效信号数不宜少于个，通过叠加平均提高信噪比 答案:C 第4题 当桩进入硬夹层时，在实测曲线上将产生一个与入射波的反射波 A.反向 B.奇数次反射反向，偶数次反射同向 C.同向 D.奇数次反射同向，偶数次反射反向 答案:A 第5题 低应变反射波法检测中，桩身完整性类别分为类 答案:D 第6题 低应变反射波法所针对的检测对象，下列哪个说法不正确 A.工程桩 B.桩基 C.基桩 D.试桩 答案:B 第7题 对某一工地确定桩身波速平均值时，应选取同条件下不少于几根Ⅰ类桩的桩身波速参于平均波速的计算 答案:D 第8题 低应变反射波法计算桩身平均波速的必要条件是 A.测点下桩长、桩径 B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间 C.测点下桩长、成桩时间 D.桩径、桩顶相应时间、桩底反射时间 答案:B 第9题 低应变反射波法在测试桩浅部缺陷时，激振的能量和频率要求 A.能量小，频率低 B.能量大，频率高 C.能量小，频率高 D.能量大，频率低答案:C 第10题 港口工程桩基动力检测规程中，“检测波波形有小畸变、波速基本正常、桩身有轻微缺陷、对桩的使用没有影响”描述，应判为桩 A.Ⅰ类 B.Ⅱ类 C.Ⅲ类 D.Ⅳ类 答案:B 第11题在距桩顶X的桩身某处桩周土存在硬夹层，其低应变反射波法实测曲线具有以下特征 A.在2X/C时刻会有同向反射波 B.在2X/C时刻会有反向反射波 C.在X/C时刻会有同向反射波 D.在X/C时刻会有反向反射波 答案:B 第12题 低应变反射波法检测时，采样时间间隔或采样频率应根据合理选择A.测点下桩长、桩径B.测点下桩长、桩顶相应时间、桩底反射时间C.测点 低应变反射波法的数值模拟分析罗堂 摘要：本文介绍了低应变反射波法的测试原理和测试方法，应用有限元软件ABAQUS模拟了完整桩、扩径桩、缺陷桩的典型反射曲线。 关键词：低应变；数值模拟；ABAQUS 一、低应变反射波法原理介绍 （1）原理介绍 低应变动力检测视桩为一维弹性体。当用手锤敲击桩顶后，产生应力波沿桩 身向下传，根据一维波动理论：应力波在波阻抗变化处或桩底产生反射，反射到 桩顶的应力波通过安装在桩顶的拾振器接收，并用采集仪记录下来，整个过程由 计算机控制。检测得到的波形反映出桩身的结构特性，即不同形式的桩身结构， 可导致应力波的反射特性不同；结构面的位置不同其反射应力波到达的时间不同[1-3]。 已知桩长L，测得的应力波经桩底返回的时间为T，则桩身混凝土的应力波传 播的速度为C=2L/T。当桩身某处（X截面）有缺陷时，检测系统会测到应力波从 缺陷处返回的时间t，由关系式X=Ct/2便可确定桩身缺陷的位置。 综合考虑反射波相位、幅值、地质条件及施工记录等，便可对缺陷类型、缺 陷程度作出判断。此外，根据弹性材料的模量关系式E=ρC2可知，弹性波速（C）是衡量混凝土强度高低的一个标准，一般情况下，波速越高，说明混凝土的强度 越高，反之越差。 （2）检测方法 检测时，将一个传感器固定在无浮浆的桩顶表面，再将传感器与采集仪相连，通过手锤激振桩顶，采样仪采集桩身的振动信号。将所采的信号通过分析软件进 行分析，确定所测桩的桩身结构完整性。检测流程如图1所示。 图1 低应变检测流程示意图 二、数值模拟 （1）模型的建立 激振力采用半正弦波形式激振力，脉冲持续时间为1.0ms[4]。模拟的桩为方桩，边长为600mm，长度18m。桩底固定，竖向脉冲力在桩顶施加。桩顶部的接收时间为12ms。图2.1为模型网格图。 桩的弹性模量设为3e10Pa，泊松比为0.2，重度为2400g/cm3。 （2）完整桩的反射曲线 由图2.1，可见在t=10.82ms处出现反相位的桩底反射，峰－峰时差10.19ms，由C=（E/ρ）^0.5求出C=3535m，在通过L=CT/2得计算桩长18.016m，与实际桩 长18.00m相符。 图2.1 模型网格图 图2.2 完整桩的计算曲线 （3）缩径桩的反射曲线 在2.5m处开始到4.5m位置设置了向内侧0.05m的缩径，如图所示。计算结 果如图。在开始缩径位置2.01ms处出现缩径的正向波反射，在结束缩径的位置 3.14ms处出现由缩径到扩径的反向波反射。且在3.53ms处可见轻微的二次反射 小议运用低应变反射波法检测基桩完整性韦书向 摘要：检测搅拌桩桩基还处于探索应用阶段，试就其可行性以及应用中的不确 定性、具体操作步骤低应变反射波法用于作以探讨。 关键词：低应变反射波；检测；桩基；完整性；可性 随着我国国民经济与工程建设的快速发展，基桩检测作为隐蔽工程验收的重 要环节，对保证整个工程建设的安全稳定起着十分重要的作用。在各种检测方法中，反射波法目前应用最广泛、使用最便捷，理论与实践发展也比较成熟，有比 较先进的仪器设备及应用分析软件。但是总体而言，基桩检测技术在我国的应用 发展时间不长，许多测试方法不仅理论上不够完善，实际应用中也存在一些问题。反射波法虽然发展较快，应用广泛，但同样存在问题和缺点（局限性），同时因 其简便快捷、成本低廉，目前有忽视其缺点和适用范围而走向泛滥的趋势。 反射波法是低应变测定混凝土桩桩身完整性的一种检测方法，其经过多年的研究、应用及发展，该项技术已经逐渐走向成熟，事实证明它是一种准确可靠、经 济快捷的检测手段。 近年来，随着深层搅拌桩在软土地区的广泛应用，工程上迫切需要一种能够对 此搅拌桩桩身质量进行快速有效地分析与评估的检测手段。但是长期以来，对搅 拌桩桩身质量的检测往往只能依赖于钻孔取芯或开挖取样等方法，这些方法尽管 直接可靠，但由于其时间长、成本高，所以很难对大批量的搅拌桩进行综合质量 评估，其结果也就难免以偏概全。 因此，能否将应用于混凝土桩身质量评价的反射波法成功地应用于搅拌桩，已 经成为桩基动测界中一个迫切需要研究及解决的课题。在国内，到目前为止，反 射波法搅拌桩桩身质量还处于探索阶段，尽管有许多学者与同行进行过相关的研究，但是由于所检测的对象具有相当的复杂性（地质环境差异、桩身材料的非严 格均匀性、桩周介质阻抗与桩身介质阻抗差异小、施工工艺的差异、测试现场条 件的差异），其准确性与可靠性还有待进一步提高与完善。 1 反射波法的理论基础与可行性分析 1.1基本原理 基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性 波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重 离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接 受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身 波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波 到达时间对桩的实际长度加以核对。 1.2低应变反射波法检测桩体完整性的可行性分析 反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的 一维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长λ大于桩的直径），当用手 锤在桩顶敲击时，产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程，对于水泥搅拌桩 的假设设定如下：（1）水泥搅拌桩是否可视为一维杆件。（2）水泥搅拌桩桩身 材料是否可视为弹性材料。（3）水泥搅拌桩桩身波阻抗是否可以被识别。 从目前工程上的应用来看，水泥搅拌桩桩径多为50cm，桩长多为8m以上，长 径比一般在16以上，符合桩长远大于桩径的理论条件，桩体可视为一维杆件。 水泥搅拌桩是由水泥就地与地基土充分搅拌硬化而成，水泥土在受力初期，应 力与应变关系基本上符合虎克定律。可视为弹性材料。低应变反射波法
低应变反射波法检测桩基完整性简介
反射波法基本测试原理与波形分析
低应变反射波法
反射波法检测基本原理
低应变反射波曲线分析
试验检测人员继续教育低应变检测技术自测答案
低应变反射波法的数值模拟分析 罗堂
小议运用低应变反射波法检测基桩完整性韦书向
相关主题
文本预览