反射波法低应变检测-课件.ppt

1、1反射波法反射波法低应变检测低应变检测2第第 一一 篇篇概概 述述3 桩的动测技术与传统的静载荷试桩相桩的动测技术与传统的静载荷试桩相比，具有检测速度快、费用低、设备轻便比，具有检测速度快、费用低、设备轻便等优点。等优点。低应变检测主要用于检测混凝土桩的低应变检测主要用于检测混凝土桩的桩身完整性，是一项综合定性分析的检测桩身完整性，是一项综合定性分析的检测技术。技术。桩基动测技术可分为低应变和高应变两类桩基动测技术可分为低应变和高应变两类。4 低应变动测方法主要有低应变动测方法主要有 反射波法、反射波法、机械阻抗法（瞬态阻抗法和稳态阻抗法）、机械阻抗法（瞬态阻抗法和稳态阻抗法）、水电效应法、水

2、电效应法、动力参数法、动力参数法、共振法、共振法、球击法。球击法。前三种方法用于检测桩身完整性，反射波法、前三种方法用于检测桩身完整性，反射波法、机械阻抗法列入了机械阻抗法列入了建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范 水电效应法在激振和分析方法上较有特色。水电效应法在激振和分析方法上较有特色。后五种方法可用于检测单桩承载力（后五种方法可用于检测单桩承载力（因激振能因激振能量较小，故而得到的是单桩容许承载力，而不是极量较小，故而得到的是单桩容许承载力，而不是极限承载力限承载力）5：1 1、瞬态法：对桩顶面施以轴向瞬时冲击力或施、瞬态法：对桩顶面施以轴向瞬时冲击力或施 以冲量激起桩的振动。目前的

3、低应变动测法以冲量激起桩的振动。目前的低应变动测法 大都属于瞬态法。大都属于瞬态法。反射波法是用手锤或力棒激振；反射波法是用手锤或力棒激振；瞬态机械阻抗法是用手锤敲击；瞬态机械阻抗法是用手锤敲击；水电效应法采用高压放电产生脉冲力；水电效应法采用高压放电产生脉冲力；动力参数法使用手锤或特制的穿心锤冲击；动力参数法使用手锤或特制的穿心锤冲击；球击法顾名思义采用铁球冲击球击法顾名思义采用铁球冲击 2 2、稳态法：稳态法是对桩顶面施以一个幅值恒、稳态法：稳态法是对桩顶面施以一个幅值恒 定的轴向谐振力来激发桩的振动。稳态机械定的轴向谐振力来激发桩的振动。稳态机械 阻抗法及共振法属于稳态法。阻抗法及共振法

4、属于稳态法。6按分析方法分类：按分析方法分类：（1）时域法）时域法 反射波法在时域里通过分析反射波速度反射波法在时域里通过分析反射波速度-时间曲时间曲线来判断桩身混凝土质量。线来判断桩身混凝土质量。动力参数法及球击法利用时域振动波形求取某动力参数法及球击法利用时域振动波形求取某些参数，用于推算单桩承载力的标准值些参数，用于推算单桩承载力的标准值（2）频域法）频域法 机械阻抗法通过导纳曲线、共振法通过幅频曲机械阻抗法通过导纳曲线、共振法通过幅频曲线来判断桩身混凝土质量，有各自求得的动刚度，线来判断桩身混凝土质量，有各自求得的动刚度，进而推算单桩承载力进而推算单桩承载力（3）时、频域法）时、频域法

5、 水电效应法：综合利用时域曲线、频域幅值及自功水电效应法：综合利用时域曲线、频域幅值及自功率谱判断桩身质量及推算单桩承载力。率谱判断桩身质量及推算单桩承载力。7第第 二二 篇篇波的基本知识波的基本知识8 桩的各种动力测试技术的理论基础包桩的各种动力测试技术的理论基础包括：括：1、将桩作为土中杆件的振动理论；将桩作为土中杆件的振动理论；2、动力作用在桩内作为应力波传递的动力作用在桩内作为应力波传递的 波动理论波动理论 9 1、波的种类、波的种类 波的种类是根据介质质点的振动波的种类是根据介质质点的振动方向和波动传播方向的关系来区分的，方向和波动传播方向的关系来区分的，它分为纵波、横波、表面波等。

6、它分为纵波、横波、表面波等。101.1纵波纵波 弹性介质当受到交替变化的拉应力和压应力作用时，就相应地弹性介质当受到交替变化的拉应力和压应力作用时，就相应地产生交替变化的伸长和压缩形变，质点产生疏密相间的纵向振动，产生交替变化的伸长和压缩形变，质点产生疏密相间的纵向振动，振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向相同，这种波称为向和波动的传播方向相同，这种波称为“纵波纵波”，如下图所示。，如下图所示。任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何弹性介质任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力

7、，所以纵波可以在任何弹性介质（固体、液体、气体）中传播。由于纵波的发生与接收都比较容易，因而在（固体、液体、气体）中传播。由于纵波的发生与接收都比较容易，因而在工业探伤、故障诊断中得到广泛的应用。桩的动测技术中主要采用纵波。工业探伤、故障诊断中得到广泛的应用。桩的动测技术中主要采用纵波。111.2横波横波 固体介质除具有体积弹性外，还具有剪切弹性。固体介质固体介质除具有体积弹性外，还具有剪切弹性。固体介质当受到交变的剪切力作用时，将会相应地发生交变的剪切形变，当受到交变的剪切力作用时，将会相应地发生交变的剪切形变，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，振动又作用于相邻介质质点产生具有波峰和波谷

8、的横向振动，振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向垂直；这种波称为播方向垂直；这种波称为“横波横波”，又称切变波，如下图所示。，又称切变波，如下图所示。液体和气体由于没有剪切弹性，所以液体和气体内部只能传播纵波，液体和气体由于没有剪切弹性，所以液体和气体内部只能传播纵波，而不能传播横波和具有横向振动分量的其它波。而不能传播横波和具有横向振动分量的其它波。121.3表面波（瑞利波）表面波（瑞利波）固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质点发生相应

9、的纵向振动和横向振动，结果使质点作这两种振动点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点作这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆振动，椭圆振动又作用于的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆振动，椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波。相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波。下图为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质点位移状下图为表面波传播示意图。图中示出了瞬时的质点位移状态，右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可知，它在固体表态，右侧的椭圆表示质点振动的轨迹。由图可知，它在固体表面（面（XZ平面）沿平面）沿X方向传播。质点在方向传播。质点在XY平面内作椭圆振动。平面内作椭

10、圆振动。13 2、弹性波在杆内的传播、弹性波在杆内的传播（引入几个公式：（引入几个公式：广义波阻抗：广义波阻抗：胡克定律：胡克定律：cVEAFE14（1）弹性波在杆的固定端和自由端的反射）弹性波在杆的固定端和自由端的反射 当杆中传播的应力波到达杆的另一端时将发生波的当杆中传播的应力波到达杆的另一端时将发生波的 反射，其情况视边界条件而异，边界条件对于入射波来反射，其情况视边界条件而异，边界条件对于入射波来 说，是在入射波波阵面后方的一个新扰动，这一扰动的说，是在入射波波阵面后方的一个新扰动，这一扰动的 传播就是反射波，反射波的具体情况应根据入射波与反传播就是反射波，反射波的具体情况应根据入射波

11、与反 射波合起来的总效果符合所给定的边界条件而定，对于射波合起来的总效果符合所给定的边界条件而定，对于 弹性波来说，入射波与反射波的总效果可按叠加原理来弹性波来说，入射波与反射波的总效果可按叠加原理来 确定。确定。两弹性波相互作用后杆中质点速度两弹性波相互作用后杆中质点速度V3和应力和应力3分别为分别为 V3=V1+V2 3=1+2 a、如有、如有V2=V1，则，则V3=0，3=2*1，即两波相遇界而处质点速，即两波相遇界而处质点速 度为零而应力加倍，这相当于法向入射弹性波在固定端（刚壁）度为零而应力加倍，这相当于法向入射弹性波在固定端（刚壁）的反射。的反射。b、如有、如有V2=V1，则有，则

12、有V3=2V1，3=0，即两波相遇界而处应力，即两波相遇界而处应力 为零而质点速度加倍，这相当于法向入射弹性波在自由端（自由为零而质点速度加倍，这相当于法向入射弹性波在自由端（自由 表面）的反射。表面）的反射。15（2）弹性波在变截面杆中的反射和透射）弹性波在变截面杆中的反射和透射 在变截面（在变截面（A有变化而有变化而C相同）杆中，相同）杆中，当应力波通过截面积发生突然变化的界面时当应力波通过截面积发生突然变化的界面时将发生反射和透射，用下标将发生反射和透射，用下标I、R、T分别表示分别表示入射、反射和透射。界面两侧总作用力相等入射、反射和透射。界面两侧总作用力相等和速度相等，于是有和速度相

13、等，于是有 AI（I+R）=A2T VI+VR=VT 由波阵面处动量守恒条件可得由波阵面处动量守恒条件可得：211)()()(cccTRI16 由此联立求解可得由此联立求解可得 当界面两侧（当界面两侧（C）相同，仅由于截面积的变化引起）相同，仅由于截面积的变化引起 弹性波的反射和透射的情况下，弹性波的反射和透射的情况下，n=A1/A2，由于，由于n总为总为 正值，则正值，则T必为正，所以透射波和入射波总是正号；必为正，所以透射波和入射波总是正号；F的的 正负则视正负则视A1和和A2相对大小而异；当应力波由小截面传入相对大小而异；当应力波由小截面传入 大截面（大截面（A1A2即即n A2或即或即

14、n 1）时，反射波的应力和入射波的应力异）时，反射波的应力和入射波的应力异 号（反射卸载）号（反射卸载）IRIRFVVFITITnTVVAAT21/nTnnFcAcAn1211)/()(2117（3）弹性波在不同介质面上的反射和透射）弹性波在不同介质面上的反射和透射 在不同介质（在不同介质（A相同而相同而C有变化）杆中，设弹性波从有变化）杆中，设弹性波从一种介质（有关各量都用下标一种介质（有关各量都用下标1表示），传播到另一种声表示），传播到另一种声阻抗不同的介质（有关各量都用下标阻抗不同的介质（有关各量都用下标2表示），传播方向表示），传播方向垂直于界面，即讨论入射的情况，当弹性波到达界面时

15、，垂直于界面，即讨论入射的情况，当弹性波到达界面时，不论对于第一种介质或对于第二种介质，都引起了一个不论对于第一种介质或对于第二种介质，都引起了一个扰动，分别向两种介质中传播，此即反射波和透射波，扰动，分别向两种介质中传播，此即反射波和透射波，只要这两种介质在界面处始终保持接触（既能承压又能只要这两种介质在界面处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），则根据连续条件和牛顿第三定律，界承拉而不分离），则根据连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧质点速度应相等，应力应相等：面上两侧质点速度应相等，应力应相等：VI+VR=VT I+R=T 由波阵而动量守恒条件，可把上式化为由波阵而动量守恒条件，可把上

16、式化为 211)()()(cccTRI18 与上两式联立求解可得与上两式联立求解可得 F和和T分别称为反射系数和透射系数，完全由两种介质分别称为反射系数和透射系数，完全由两种介质的声阻抗比值的声阻抗比值n所确定，显然，所确定，显然，1+F=T 注意，注意，T总为正值，所以透射波和入射波总是同号。总为正值，所以透射波和入射波总是同号。F 的正负取决于两种介质声阻抗的相对大小，的正负取决于两种介质声阻抗的相对大小，nTnnFccn1211)/()(21ITITnTVVAAT21/IRIRFVVF19 现分两种情况来讨论：现分两种情况来讨论：（1）如果）如果n 1，即（，即（c）1 0。这。这 时，

17、反射波的应力和入射波的应力同号（反射加载），而时，反射波的应力和入射波的应力同号（反射加载），而 透射波从应力幅值上来说强于入射波（透射波从应力幅值上来说强于入射波（T 1）。这就是应）。这就是应 力波由所谓力波由所谓“软软”材料传入材料传入“硬硬”材料时的情况。材料时的情况。在特殊情况下，当时，就相当于弹性波在刚壁（固定在特殊情况下，当时，就相当于弹性波在刚壁（固定 端）的反射，这时，有端）的反射，这时，有T=2，F=1。（2）如果）如果n1，即（，即（c）1（c）2时，则时，则F0。这。这 时反透射波从应力幅值上来说弱于入射波（时反透射波从应力幅值上来说弱于入射波（T1）。这就是）。这就是

18、 应力波由所谓应力波由所谓“硬硬”材料传入材料传入“软软”材料时的情况。材料时的情况。在特殊情况下，当在特殊情况下，当(c2)0(n)时，就相当于弹性时，就相当于弹性 波在自由表面（自由端）的反射，这时有波在自由表面（自由端）的反射，这时有T=0，F=-1。注意，两种不同的介质，即使注意，两种不同的介质，即使和和C各不相同，只要其声阻抗相同，各不相同，只要其声阻抗相同，即（即（C）1=（C）2 n=1,，则弹性波在通过此两种介质的界面时将，则弹性波在通过此两种介质的界面时将 不产生反射（不产生反射（F=0），称为阻抗匹配，对于某些不希望产生反射波的情），称为阻抗匹配，对于某些不希望产生反射波的

19、情 况，选材时需考虑到波阻抗的匹配问题。况，选材时需考虑到波阻抗的匹配问题。20第第 三三 篇篇基基 本本 原原 理理 21 今天主要介绍平时最常用的反射波法今天主要介绍平时最常用的反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线，通过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的桩身完籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完 整性，这种方法称之为反射波法（或瞬态整性，这种方法称之为反射波法（或瞬态 时域分析法）时域分析法）22 1、反射波法基本原理、反射波法基本原理 是在桩顶竖向激振，弹性波沿着桩身向是在桩顶竖向激振

20、，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）或桩身截面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩颈或扩颈），将产生反射积发生变化（如缩颈或扩颈），将产生反射波，经接收、放大、滤波和数据处理，可识波，经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息，通过对反射信别来自不同部位的反射信息，通过对反射信息进行分析计算，判断桩身混凝土的完整性，息进行分析计算，判断桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷程度及其位置。判定桩身缺陷程度及其位置。23 其理论基础是以一维线弹性杆件模型为依据其理论基础是以一维线弹性杆

21、件模型为依据 （一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设（一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于H H 型钢桩的异型钢桩的异型桩，本方法不适用）。型桩，本方法不适用）。该方法假定桩为连续弹性的一维均质杆件，该方法假定桩为连续弹性的一维均质杆件，并且不考虑桩周土体对沿桩身传播的应力波的影响。并且不考虑桩周土体对沿桩身传播的应力波的影响。作以下假设：作以下假设：材料均匀材料均匀直杆等截面直杆等截面直杆变形中横截面保持为平面，且彼此平行直杆变形中横截面保持为平面，且彼此平行直杆横截面上应力分布均匀直杆横截面上应力分布均匀忽略直杆的

22、横向惯性效应忽略直杆的横向惯性效应 24 取直杆的轴线为取直杆的轴线为X轴，假设变形前的原始截面轴，假设变形前的原始截面积积A，密度，密度，弹模，弹模E及其他材料性能参数均与坐标及其他材料性能参数均与坐标无关，各运动参数仅为无关，各运动参数仅为x和和t的函数，直杆各截面的的函数，直杆各截面的纵向振动位移表示为纵向振动位移表示为u(x,t)，如下图，如下图25 设任一截面设任一截面x x处的纵向应变为处的纵向应变为(x)(x)，内力为，内力为P(x),P(x),则有则有在在x+dxx+dx截面处的内力为：截面处的内力为：由达朗伯原理得出微元由达朗伯原理得出微元dxdx的运动微分方程为的运动微分方

23、程为 上式整理后可得：一维杆应力波波动方程上式整理后可得：一维杆应力波波动方程式中式中 的物理意义即为弹性波的物理意义即为弹性波在杆件内的传播速度在杆件内的传播速度022222xuctu26 2、时域分析：、时域分析：取桩身某段为一个分析单元，其介质密度、取桩身某段为一个分析单元，其介质密度、纵波波速、横截面积和弹性模量分别用纵波波速、横截面积和弹性模量分别用、c、A、E表示，令表示，令Z=cA=EA/c 当桩身几何尺寸或材料物理性质发生变化时，当桩身几何尺寸或材料物理性质发生变化时，相应的相应的、c、A发生变化，其变化发生处为波阻发生变化，其变化发生处为波阻抗界面。将波阻抗的比值表示为抗界面

24、。将波阻抗的比值表示为 n-波阻抗比波阻抗比 27 在桩顶激振后，将产生压缩波，以波速在桩顶激振后，将产生压缩波，以波速c c沿桩身向下沿桩身向下传播，当遇到波阻抗界面时，产生反射波和透射波传播，当遇到波阻抗界面时，产生反射波和透射波,如如右右下图下图所示。根据应力波传播理论所示。根据应力波传播理论,只要这两种分质在界面只要这两种分质在界面处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），则根处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），则根据连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度、据连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度、应力均应相等应力均应相等,公式如下公式如下:由波阵面动量守恒条件得

25、由波阵面动量守恒条件得28 将两式联立求解，可得将两式联立求解，可得 式式1 式式2 其中：其中：式式3 式中：式中：F-反射系数反射系数 T-透射系数透射系数 式式1式式3为反射波分析的依据，桩身各种性状以及桩为反射波分析的依据，桩身各种性状以及桩底不同的支承条件均可归纳成以下三种波阻抗变化类型底不同的支承条件均可归纳成以下三种波阻抗变化类型：29(1)(1)、波阻抗近似不变（、波阻抗近似不变（Z1Z2Z1Z2）桩底支承介质较桩身阻抗近似；桩身完整、均匀、桩底支承介质较桩身阻抗近似；桩身完整、均匀、无缺陷都属于这种类型无缺陷都属于这种类型 Z1Z2Z1Z2，则，则n=1n=1，F=0F=0，

26、T=1T=1，由式，由式1 1和式和式2 2得得 R R=V=VR R=0=0，应力波为全透射，无反射信号产生。，应力波为全透射，无反射信号产生。因此，若桩底岩石与桩身混凝土阻抗接近时，因此，若桩底岩石与桩身混凝土阻抗接近时，将无法得到桩底反射信号。将无法得到桩底反射信号。30（2 2）、波阻抗减小（）、波阻抗减小（Z1Z1Z2Z2）桩底支承介质较桩身材料软及桩身断裂、缩颈、离析、桩底支承介质较桩身材料软及桩身断裂、缩颈、离析、疏松、裂缝、裂纹等缺陷都属于这种类型疏松、裂缝、裂纹等缺陷都属于这种类型 Z1Z1Z2Z2，则，则n n1 1，F F0 0，T T恒恒0 0，由式，由式1 1可知：可

27、知：R R与与I I 异号，反射波为上行拉力波，根据应力符号的定义，上行拉力异号，反射波为上行拉力波，根据应力符号的定义，上行拉力 波与下行压缩波的方向一致，由式波与下行压缩波的方向一致，由式2 2可知，可知，V VR R 与与V VI I符号一致，符号一致，总之，在桩顶检测出的反射波速度、应力均与入射波信号极性总之，在桩顶检测出的反射波速度、应力均与入射波信号极性一致。一致。当桩底支承介质的阻抗远小于桩身阻抗或桩身完全断裂时当桩底支承介质的阻抗远小于桩身阻抗或桩身完全断裂时(相当于自由端），相当于自由端），Z1Z1Z2Z2，则，则nn，F=-1F=-1，T=0T=0，由式，由式1 1和式和式

28、2 2有有R R=-=-I I，V VR R=V=VI I，即桩底处的应力为，即桩底处的应力为0 0，而速度加倍，而速度加倍，由于透射波为由于透射波为0 0，桩身完全断裂处发生全反射，应力波仅在断，桩身完全断裂处发生全反射，应力波仅在断裂位置以上多次反射，故而无法检测断裂部位以下的桩身质量。裂位置以上多次反射，故而无法检测断裂部位以下的桩身质量。31（3）、波阻抗增大（）、波阻抗增大（Z1Z2）桩底支承介质较桩身材料硬，桩身扩径、鼓桩底支承介质较桩身材料硬，桩身扩径、鼓肚等都属于这种类型。肚等都属于这种类型。Z1Z2，则，则n1，F0，T恒恒0,由式由式1和和 式式2可知，可知，R R与与I

29、I同号，反射波为上行压缩波，同号，反射波为上行压缩波，V VR R 与与V VI I符号相反。总之，在桩顶检测出的反射波符号相反。总之，在桩顶检测出的反射波 速度、应力均与入射波信号极性相反。速度、应力均与入射波信号极性相反。当桩底支承介质的阻抗远大于桩阻抗（桩底近似为当桩底支承介质的阻抗远大于桩阻抗（桩底近似为固定、嵌岩桩），固定、嵌岩桩），Z1Z2，则，则n=0，F=1，T=2，由式，由式1和式和式2得出，得出，R R=I I，V VR R=-=-V VI I，即桩底处的速度为，即桩底处的速度为0，而应力加倍。而应力加倍。32应力波在自由端完整桩中的传播应力波在自由端完整桩中的传播33应力

30、波在自由端完整桩中的传播应力波在自由端完整桩中的传播TV入射波与反射波同相34应力波在自由端完整桩中的传播应力波在自由端完整桩中的传播桩在自由端桩底反射，与入射波同相35应力波在固定端完整桩中的传播应力波在固定端完整桩中的传播36应力波在固定端完整桩中的传播应力波在固定端完整桩中的传播TV入射波与反射波反相37应力波在固定端完整桩中的传播应力波在固定端完整桩中的传播TVL桩嵌岩桩底反射，与入射波反相38应力波在波阻抗减小桩中的传播应力波在波阻抗减小桩中的传播39应力波在波阻抗减小桩中的传播应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL桩截面减小入射波与反射波同相桩底反射40应力波在波阻抗减小桩中的传播应力

31、波在波阻抗减小桩中的传播TVL桩缩径缩径反射，与入射波同相扩径反射，与入射波反相桩底反射41应力波在波阻抗增大桩中的传播应力波在波阻抗增大桩中的传播42应力波在波阻抗增大桩中的传播应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL桩截面增大并嵌岩扩径反射，与入射波反相桩底反射，与入射波反相43应力波在波阻抗增大桩中的传播应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL桩扩径扩径反射，与入射波反相缩径反射，与入射波同相桩底反射，与入射波同相44 3、感知模型桩、感知模型桩 为了对反射波法的检测原理有一个感性为了对反射波法的检测原理有一个感性 认识，我们可以利用模型桩作研究。图认识，我们可以利用模型桩作研究。图a-c给给 出了

32、塑料模型桩的三组速度曲线，它们分别出了塑料模型桩的三组速度曲线，它们分别 是完整桩、局部缩颈桩和局部扩颈桩。由于是完整桩、局部缩颈桩和局部扩颈桩。由于 材料特性均匀，且无土阻抗，因此，这些曲材料特性均匀，且无土阻抗，因此，这些曲 线是非常容易用以上理论加以解释的。线是非常容易用以上理论加以解释的。45 图（图（a）为完整桩。在）为完整桩。在t=0时刻，敲击桩头产时刻，敲击桩头产 生压缩波，在曲线生压缩波，在曲线0.0m处出现一个下凹信号。该处出现一个下凹信号。该 波不间断的沿桩长向下传播直到桩尖，桩尖处反波不间断的沿桩长向下传播直到桩尖，桩尖处反 射一个方向相反的拉力波（上行拉力波），与入射一

33、个方向相反的拉力波（上行拉力波），与入 射波同相，在射波同相，在5.0m处出现下凹。处出现下凹。46 图（图（b）为局部缩颈的模型桩。初始敲击后，曲线在）为局部缩颈的模型桩。初始敲击后，曲线在t=0时时 刻为起始压缩波，在曲线刻为起始压缩波，在曲线0.0m处出现下凹，同图（处出现下凹，同图（a）。距）。距t=0 后某一处后某一处(约约3m)缩颈位置时，桩阻抗减小，产生上行拉力反射缩颈位置时，桩阻抗减小，产生上行拉力反射 波，与入射波极性一致，曲线出现下凹，下凹程度取决于阻抗波，与入射波极性一致，曲线出现下凹，下凹程度取决于阻抗 下降的程度，接着由于应力波通过缩颈后又回到原截面，阻抗下降的程度，

34、接着由于应力波通过缩颈后又回到原截面，阻抗 又相对增加，曲线随即上凸到零线上某一点，即压缩波反射。又相对增加，曲线随即上凸到零线上某一点，即压缩波反射。而后曲线逐渐归零，最后仍在而后曲线逐渐归零，最后仍在5.0m处测得桩尖的响应。处测得桩尖的响应。47 图图(c)为有局部扩径的模型桩。初始敲击后，曲线在为有局部扩径的模型桩。初始敲击后，曲线在t=0时时 刻为起始压缩波，在曲线刻为起始压缩波，在曲线0.0m处出现下凹，同图（处出现下凹，同图（a）。距）。距 t=0后某一处后某一处(约约3m)扩颈位置时，桩阻抗增加，产生上行压缩扩颈位置时，桩阻抗增加，产生上行压缩 反射波，与入射波极性相反，曲线出

35、现上凸，上凸程度取决于反射波，与入射波极性相反，曲线出现上凸，上凸程度取决于 阻抗增加的程度，接着由于应力波通过扩颈后又回到原截面，阻抗增加的程度，接着由于应力波通过扩颈后又回到原截面，阻抗又相对减少，曲线随即下凹到零线下某一点，即拉力波反阻抗又相对减少，曲线随即下凹到零线下某一点，即拉力波反 射。而后曲线逐渐归零，最后仍在射。而后曲线逐渐归零，最后仍在5.0m处测得桩尖的响应。处测得桩尖的响应。48第第 四四 篇篇现现 场场 检检 测测49 1.适用范围适用范围 本方法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩本方法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩 身缺陷的程度及位置。身缺陷的程度及位置。

36、2.技术依据技术依据 建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2019）3、抽样数量、抽样数量 （1）柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于）柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根；根；（2）设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较）设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较 低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得，且不得 少于少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的 20%，且不得少于，且不得少于10根；根；（3）对于地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核

37、验的人）对于地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人 工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减 少，但不应少于总桩数的少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于，且不应少于10根；根；（4）当检测出的）当检测出的III类、类、IV类桩之和大于抽检桩数的类桩之和大于抽检桩数的20%时，时，应在未检桩中继续扩大抽检。应在未检桩中继续扩大抽检。50 4、检测仪器、设备、检测仪器、设备 基桩完整性测试仪（新、老基桩完整性测试仪（新、老PIT）桩基动测仪（桩基动测仪（RS-1616K（P）5、受检桩应符合下列规定：、受检桩应符合下列规定：(1)(

38、1)受检桩混凝土强度至少达到设计强度的受检桩混凝土强度至少达到设计强度的 70%，且不小于，且不小于15MPa。(2)(2)桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本 等同。等同。(3)(3)桩顶面应平整、密实，桩顶面应平整、密实，(凿去浮浆，平整桩凿去浮浆，平整桩 头，切除桩头外露过多的主钢筋头，切除桩头外露过多的主钢筋),并与桩轴并与桩轴 线基本垂直。线基本垂直。51 6、测试参数设定应符合下列规定：、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时域信号记录的时间段长度应在2L/c 时刻时刻 后延续不少于后延续不少于5ms；幅频信号分析的

39、频率；幅频信号分析的频率 范围上限不应小于范围上限不应小于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。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）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值 初步设定。初步设定。（4）采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩）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；时域信号身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采采 样点数不宜少于样点数不宜少于1024 点。点。（5）传感器的设定值应按计量检定结果设定。）传感器的设定值应按计量检定结果设

40、定。52 7、测量传感器安装（加速度计）和激振操作应符合下列规定：、测量传感器安装（加速度计）和激振操作应符合下列规定：（1）传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够）传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够 的粘结强度的粘结强度(粘结层应尽可能薄粘结层应尽可能薄)。（2）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）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 宜为距桩中心宜为距桩中心2/3 半径处；空心桩半径处；空心桩 的激振点与测量传感器安装位置的激振点与测量传感器安装位置 宜在同一水平面上，且与桩中心宜在同一水平面上，且与桩中心 连线形成的夹角宜

41、为连线形成的夹角宜为90，激振，激振 点和测量传感器安装位置宜为桩点和测量传感器安装位置宜为桩 壁厚的壁厚的1/2 处。处。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应的高频干扰。当锤击脉冲变窄或桩径增加时，能出现与桩的横向振型相应的高频干扰。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。初步研究表明：实心桩安装点在距桩中置不同，所受干扰的程度各异。初步研究表明：实心

42、桩安装点在距桩中心约心约2/3 2/3 半径半径R R 时，所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹时，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角等于或略大于9090 时也有类似效果时也有类似效果 53（3）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的）激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的 主筋影响。主筋影响。（4）激振方向应沿桩轴线方向。）激振方向应沿桩轴线方向。（5）瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量）瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量 的激振力锤和锤垫的激振力锤和锤垫(目前激振设备普遍使用的是目前激振设备普遍使用的是 力锤、力棒，其锤头或锤垫多选用工程塑

43、料、高强力锤、力棒，其锤头或锤垫多选用工程塑料、高强 尼龙、铝、铜、铁、橡皮垫等材料，锤的质量为几尼龙、铝、铜、铁、橡皮垫等材料，锤的质量为几 百克至几十千克不等百克至几十千克不等)，宜用宽脉冲获取桩底或桩，宜用宽脉冲获取桩底或桩 身下部缺陷反射信号（锤头质量较大或刚度较身下部缺陷反射信号（锤头质量较大或刚度较 小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；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，应力波衰当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰 减较慢），宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射减较慢），宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射 信号（锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲

44、信号（锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲 较窄，含高频成分较多）。较窄，含高频成分较多）。54 8、信号采集和筛选应符合下列规定：、信号采集和筛选应符合下列规定：（1）根据桩径大小，桩心对称布置根据桩径大小，桩心对称布置24 个检测点；每个检测点记录的有效信个检测点；每个检测点记录的有效信 号数不宜少于号数不宜少于3 个。个。（2）检查判断实测信号是否反映桩身完整）检查判断实测信号是否反映桩身完整 性特征。性特征。（3）不同检测点及多次实测时域信号一致性）不同检测点及多次实测时域信号一致性 较差，应分析原因，增加检测点数量。较差，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

45、幅值不信号不应失真和产生零漂，信号幅值不 应超过测量系统的量程。应超过测量系统的量程。55 9、桩身波速平均值的确定应符合下列规定：、桩身波速平均值的确定应符合下列规定：(1)(1)当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成 桩工艺相同的基桩中，选取不少于桩工艺相同的基桩中，选取不少于5 根根类桩的桩身波速值按下类桩的桩身波速值按下 式计算其平均值：式计算其平均值：;式中式中 Cm桩身波速的平均值（桩身波速的平均值（m/s）；）；Ci 第第i 根受检桩的桩身波速值（根受检桩的桩身波速值（m/s），且），且 L测点下桩长（测点

46、下桩长（m）；）；T速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）；）；n参加波速平均值计算的基桩数量（参加波速平均值计算的基桩数量（n5）(2)(2)当无法按上款确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩当无法按上款确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩 工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强 度等级综合确定。度等级综合确定。56 10、桩身缺陷位置应按下列公式计算：、桩身缺陷位置应按下列公式计算：式中式中x桩身缺陷至传感器安装点的距离（桩身缺陷至传感器安装点的距离（m)；t

47、x 速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（m）；）；c 受检桩的桩身波速（受检桩的桩身波速（m/s)，无法确定时用，无法确定时用平均波速平均波速cm 值替代；值替代；11、桩身完整性类别判定、桩身完整性类别判定 应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计 桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按JGJ106-2019 规范的表规范的表3.5.1和表和表8.4.3 所列实测时域信号特征进行综合所列实测时域信号特征进行综合分析判定。分析判定。57 探讨：探讨：1、下面列举一下灌注桩、预制桩常见的几种缺陷和不同支承条、下面列举一下灌注桩、预制桩常见的几种缺陷和不同支承条 件下桩底的反射波相位及波形特征。见下表件下桩底的反射波相位及波形特征。见下表：58592、探讨一下低应变反射波法不能检测到的情况（多节挤扩支盘、探讨一下低应变反射波法不能检测到的情况（多节挤扩支盘桩）桩）频域分析、以及发现桩身存在缺陷时，需要对桩身缺陷进行定量频域分析、以及发现桩身存在缺陷时，需要对桩身缺陷进行定量分析，这里就不详细介绍了。分析，这里就不详细介绍了。603、为什么本方法确定桩身缺陷的位置是有误差的？、为什么本方法确定桩身缺陷的位置是有误差的？61 谢谢 谢谢 大大 家家