(总)低应变曲线分释全

低应变动力测桩
典型曲线实例分析报告
赵竹占教授级高工
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低应变动力测桩典型曲线分析报告
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一、低应变法（LST法）利用低能量的激振力产生纵向振动或沿 桩身纵向传播的波动检测桩身完整性的方法：方法包括： 1．反射波法：冲击力激振，检测和分析纵向波动在桩内传播过 程中的响应。

优点：方法简单、轻便，抽样率高，可用于判定桩身的完整性和 缺陷部位的位置和性质。

缺点：对缺陷程度难以定量化，难以发现长桩深部的缺陷，不能 求取桩的承载力。

2．机械阻抗法：在桩头上施加一激振力（稳态、瞬态）来研究 桩体结构在激振力作用下与产生的结构响应（a、v、u）之比 值，进而来评定桩体的刚度Kb=2πfm/| v/k|m以及相应 的承载力。

优点：评价桩身的定量化高于反射波法，可提供单桩的初始刚度。

缺点：现场工作效率低于反射波，对桩身局部缺陷的类型判别不 如反射波直观。

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二、高应变法：（HST法）利用高能量的冲击力打动桩 身，使桩周土阻力得以充分发挥并研究桩承载力和 桩身完整性，分析方法包括： 1．凯司法：在理想化的桩土条件下根据波动方程的闭 合解计算桩周土阻力的一种分析方法。

2．实测曲线拟合法：根据高应变的测试F-V曲线，用 一维波动方程“反演”出桩周—土模型，进而获得与 静荷载试验相似的一些成果。

优点：能使桩侧土和桩端土在一定程度上得以发挥， 可估计桩的极限承载力，以及评价桩身质量。

缺点：抽样率和代表性差，较耗资和费时，属于间接 法，所提供的极限承载力具有较强的经验性，对大 长桩和嵌岩桩可靠性较差。

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三、声波透射法：CSL法，利用极低能量的 脉冲力产生沿桩身横向传播的波动来 检测桩身完整性。

优点：可根据声波波速和振幅值的变化来 评价桩身混凝土的均匀性，强度以及 缺陷部位、形态及精确的深度。

缺点：需设置通长埋设波速管，费用高， 无法精确确定孔间距的局部变化，从 而在一定程度影响砼波速，不能提供 桩承载力。

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四、静载试验：当竖向荷载逐步施加于单位 桩桩顶时，桩身上部受缩而产生相对于 土的向下位移，与此同时桩侧表面受到 土的向上摩阻力，桩身荷载通过发挥出 来的桩侧阻力传递到桩周土中，随着荷 载的增加，桩身压缩和位移的增大，桩 身下部的摩阻力随之发挥，直至荷载增 量由桩端阻力承担。

优点：能直接反应桩身的缺陷和质量，可求 取桩的承载力极限性和承载力标准值。

缺点：抽样率和代表性差，耗资费时。

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五、取芯法： 优点：可直接直观取得桩内混凝土芯样，并提 供桩内缺陷的性质和程度，经试块试压, 可提供精确的混凝土强度。

缺点：抽样率和代表性差，耗时费时，往往对 测试成果有争议或难以确定类别（Ⅲ、Ⅳ ）时进行取芯验证。

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9 8 7 6 5 4 0 0 0 0 0 0 东 西 部 部
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规范
城市工程地球物理探测规范
规程
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（CJJ7-2007） 建设部 建筑基桩检测技术规范 (JGJ106-2003) 建设部 基桩低应变动力检测规程 (JGJ/T 93-1995) 建设部 港口工程桩基动力检测规程 (JGJ249-2001) 交通部 公路工程基桩动测技术规程 (JTG/T F81-01-2004) 交通部 铁路工程基桩无损检测规程 (TB10218-2008) 铁道部
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规范
规程
(DBJ 10-4-1998) 浙江省 建筑基桩检测技术规程 (DB29- 38-2002) 天津市 钻孔灌注桩动力测试技术规程 (DBJ 08-218-1996) 上海市 深圳地区基桩质量检测技术规程 (SJG09-1999) 深圳市 基桩反射波法检测规程 (DBJ 15-27-2000) 广东省 基桩动态测试仪 (JJG930-1998) 中华人民共和国计量检定规程 基桩低应变动力检测技术规程
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方法原理
反射波法是以应力波在桩身中的传播特征为理论基础，当应力波 在假定的一维均质杆件（桩）中传播时，其纵向的振动微分方程为：
∂ 2U 1 ∂ 2U = 2 ∂x 2 C ∂t 2
⑴
V I + V R = VT
⑵
AI (σ I + σ R ) = A2σ T
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方法原理
由波阵面动量守恒条件：
σI σ σ − R = T ρ1C1 ρ1C1 ρ 2 C 2
Z 1 (VI − VR ) = Z 2VT
⑶
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方法原理
VR = −VI [(Z2 − Z1 ) /(Z1 + Z2 )] = −FV I
V T = V1 [2 Z 1 / (Z 1 + Z 2 )] = nTV I
⑸
Z1 = ρ1C1 A1 Z2 = ρ2C2 A2
ρ 2 C 2 A2 n= ρ1C1 A1
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方法原理
反射系数
F = 1 − n 1 + n
⑷
透射系数
T
=
2 1 + n
ρ 2C2 A2 n= ρ1C1 A1
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方法原理
Z 当桩底为支承桩，胶结良好，波阻抗近似不变时， 1 ≈ Z 2 则
n =1
F =0
T = 1 时，由⑷，⑸可知
σ R = VR = 0
应力波为全透射，无反射信号，一般看不到桩底反射。

但先决条件是激振的能量充分影响到桩底情况下。

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方法原理
当界面上从高阻抗进入低阻抗时（ Z 1 〉 Z 2 ），如磨擦桩的桩底、断裂 离析、缩径等缺陷。

Z1 〉 Z 2 则 ，
n〉1 ， F 〈 0
，
T 〉0
由⑷式可知 σ R 与 σ I 异号，下行的压缩波，上行的拉力波，由⑸式可知
VR 与 VI 符号一致，反射波与入射波同相。

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方法原理
当界面上从低阻抗进入高阻抗时 抗的嵌岩桩， 此时由于 Z 1 〈 Z
2
Z 1 〈 Z 2 ，如扩径桩或嵌入高阻
R
则
n 〈1
F 〉 0 ，由⑷，⑸式可知 σ
与 VI
与 σI
同号，反射应力同入射的压缩波，而 VR 射波反相。

相反，反射波与入
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桩基反射波测试技术
2L C= = 2 ⋅ L ⋅ ∆f ∆t
C= E (1 − υ ) ρ (1 + υ )(1 − 2υ )
C = E ρ
Z 1 ( ρ1c1 A1 )
Z 2 ( ρ 2 C 2 A2 )
T =
2π 1 = ω f
λ=
C = = CT f
2π c ω
Z = ρ ⋅ C ⋅ A = EA
∂ 2u 1 ∂ 2u = 2 ∂x C 2 ∂t 2
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C
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入射力波： 反射力波： 透波力波： 界面平衡条件：
FI = Z1C I
FR = − Z 1C R
FT = Z 2 CT
（下行波为正）
（上行波为负）
FI + FR = F T
界面上的速度：
C1 = C I + C R =
FI = FT − F R
（1）
FI FR 1 ( FI − FR ) − = Z1 Z1 Z1
FT 界面下的速度： C 2 = CT = Z2
介质连续条件： C = C 1 2
1 (F Z1 − F 1 ) = FT Z 2
I
R
FI − FR =
Z1 ⋅ FT Z2
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联立方式①②两式解
Z 2 − Z1 FR = ⋅ FI Z1 + Z 2 FT = 2Z 2 ⋅ FI Z1 + Z 2
− FR
速度波的反射系数
Z1 F Z − Z2 VR = =− R = 1 FI FI Z1 + Z 2 VI Z1
速度波的透射系数
VT Z 2 Z 1 FT 2Z 1 = = ⋅ = FI VI Z 2 FI Z1 + Z 2 Z1
FT
透射系数—反射系数=1
T − R =1
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曲线解析
完 整 桩
一般完整桩在时程曲线上的 反应： 对于摩擦桩和嵌岩桩表现有三 种情况：桩底反射与初始入射波同 相；桩底反射不明显, 以及桩底反射与 初始入射波先反相后同相。

如图所示：
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预制管桩外径Φ500mm,h=13.3m壁厚100mm, 砼强度等级C60,在空气中的反射波曲线
预制管桩外径Φ500,壁厚100,在空气中
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预应力空心管桩,外径Φ500mm,h=12m,壁厚80mm, 砼强度等级C80,在空气中的反射波曲线
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桩类型：Φ377 mm，L=8.3m振动沉管桩 地 点: 杭州春丰苑2楼179号桩 评 价: 完整桩 该桩设计桩径377mm,桩长8.3m,砼强度等级C25,设计承载力为600KN, 经测试后桩底反射明显,Vp值为3400m/s,经静荷载试验加载1216KN时, 桩累计沉降量为7.63mm, 卸载后桩顶回弹量为2.74mm,桩的残佘沉降 为4.62mm,属完整桩。

.
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桩类型: Φ1000, H=29.2m钻孔灌注桩 地点:宁波滨江大道某号桥桩 评价:完整桩 该桩设计桩长29.2m,测试桩底反射明显, 波速达3500m/s,在10m处 存 扩径现象,8-12m地层为粉砂层,为地层或孔壁局部扩大之反映.
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桩类型: Φ1000mm,L=21.6m钻孔灌注桩 地 点: 杭州某工程 评 价: 完整桩,该桩16m进入中风化基岩,桩底反向反射明显,纵波速 度 3550m/s.
桩 :1-15 号 桩 :1000mm 径
桩 完 性 测 图 基 整 检 附
波 :3.53 速 km/s 日 :20 901 期 060
0.0
8.8
17.7
21.6m
26.5
35.3
L(m)
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桩类型: Φ800mm,L=6.5m人工挖孔桩 地 点: 浙江某工程 评 价: 完整桩,该桩5m进入中风化基岩,桩底反向反射明显,纵波速度 3050m/s.
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桩类型: Φ600mm,L=6.1m钻孔灌注桩 地 点: 兰溪电厂 评 价: 完整桩,桩底反射明显,纵波速度3410m/s.
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桩类型: Φ1×1m2 , H=4m沉井桩 地 点: 杭州钱江堤塘下沙段 评 价: 完整性 钱堤塘采用1m×1m,方形壁10cm的预制沉井,长4m,沉入江边 采用抽去井中淤泥和沉井自重原理沉至设计深度,而后在沉井内 灌入150#混凝土,沉井的间距为10cm,沉井抽筋4根与上部200号 40cm厚的混凝土护地边接(钢筋Φ 20×4. 长117cm)由于沉井上 下开口,故该桩实际混凝土厚度为3.5m,佘底部淤泥0.5m.
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桩类型: Φ800mm,L=25.5m钻孔灌注桩 地 点: 杭州市漕江花苑1号楼 评 价: 完好桩 该 桩设计桩径800mm,桩长25.5m,波速在3500--3600m/s,砼 设计强度C30,在４m 后曲线下降,为粉砂土较好地层反应,桩底反 射与入射同相,桩底反映明显.为完整桩.
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桩类型: Φ800mm,L=30m钻孔灌注桩 地 点: 上海金京路芦九沟桥 评 价: 完整桩 该桩径800mm,长30m,强度c30,曲线规则,桩身完整,桩底反射明显,波速 3700m/s, 8m前曲线下降,属粉砂土地层的反应,
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桩类型: Φ1200mm,L=53.9m钻孔灌注桩 地 点: 杭金巨高速红垦枢纽1桥 评 价: 完整桩 该桩径1200mm,长54m,强度c25,曲线规则,桩身完整,桩底反射明 显,波速3100m/s,18m处曲线下降,属粉砂土地层的反应,
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桩类型:Φ1200mm,h=53m C60预应力管桩 地 点:杭州湾大桥桩 评 价:完整桩,该桩为整桩打入,在9m和19m处的反相子波反应为桩入水处 和入土处的反应,整桩完整,波速为4000m/s
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桩类型: Φ1200mm,L=51.3m钻孔灌注桩 地 点: 杭宁高速公路k91+350 评 价: 完整桩 该桩径1200mm,长51m,强度c25,曲线规则,桩身完整,桩底反射 明显,反映为小量沉渣,波速3850m/s,12-15m处曲线下降,属粉砂 土地层的扩径反应,
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桩类型:桩径1200mm桩长90-100m钻孔灌注桩 地 点:温州锦绣中华地块高层 评 价:该桩身完整,在65-74m处为砾砂层表现为反向子波(扩径或地层影 响),桩底反射明显,说明桩端进入全风化或部分沉渣
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桩类型:Ｈ型钢桩（450×500×40mm）,桩长18m 地点:上海金磐公寓 评价:完整桩 该钢桩为Ｈ型,边长450mm,板厚40mm,板距500mm,曲线规则,桩身完整, 波速5000m/s,为Ⅰ类桩.
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桩类型: φ1.2m, h=53m钻孔桩 地点: 乍嘉苏高速公路青龙桥0-7,0-4桩。

评价: 该桩设计桩长53m,C25,进入中风化,二桩桩身完整,桩身完整。

0-4号桩Vp=3598m/s,桩底有沉渣; 0-7号桩Vp=3549m/s,嵌岩较好。

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桩类型: φ1.0m, h=8m人工挖孔桩 地 点: 浙江金华青春中学宿舍楼11#,32#桩。

评 价: 该桩设计桩径1m,桩长8m，在7m处扩至1.4m，桩底为 中风化泥岩。

7m处为反向反射，扩底较好,桩身完整。

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桩类型：Φ1.2m L＝26m嵌岩钻孔灌注桩 B7-1桩 地: 点：320国道与07省道双通立交桥 评 价：该桩设计桩径1.2m,桩长26m，砼强度C25。

桩尖持力于微风化 安山粉岩2m，距桩头10-20m的地层较好，曲线下降。

桩底反射与入射波呈同相，说明有沉渣，波速在3500m/s， 其桩身完整。

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桩类型: φ1.4m, L=26m，钻孔桩 地点: 杭州绕城北线8标3-4号，3-6号桩。

评价: 该桩设计桩径1.4m,桩长26m,C25，桩底反射明显。

3-4桩: 桩侧土阻尼小，3-6桩: 桩侧土力学性质较好,曲线下降 。

波速在3400-3600m/s之间,为桩身完整桩 。

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桩类型：Φ1.2m L＝35-39m嵌岩钻孔灌注桩 地 点：杭宁高速公路K89， 评 价：该二桩设计桩径1.2m,桩长36m,C25。

桩尖持力于微风化 安山粉岩2m,距桩头10-20m的地层较好,曲线下降。

40-1桩: 桩底反射与入射波呈同相，说明有沉渣，波速在 3700-3900m/s之间.其桩身完整。

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桩类型：Φ1.0m H＝38m钻孔灌注桩 地 点：宁波东外环公路立交桥某桩 评 价：桩身完整，12m以前地层较好,曲线下降,桩底反向反射清晰，波速 3300桩身完整且有沉渣
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12-1桩: 15m左右曲线下降属硬地层的反映， 而桩底呈同相反射，说明桩身完整，但沉渣较厚。

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桩类型: φ1.0m, L=12m，人工挖孔桩 地点: 浙江林学院图书馆楼。

评价: 设计C20，钢筋φ20×12，在灌注到7m时因缺水泥停灌12h， 后经处理重灌至设计标高。

动测在3.05ms处（4.8m)有明显 同向反射。

经抽芯桩身完整，强度符合设计要求。

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桩类型：Φ1.2m，H＝38.5m钻孔灌注桩 地 点：杭宁高速公路K76+893 0-R2/0-R3桩 评 价：完整嵌岩桩 该桩径1.2m,桩长38.5m,C30钻孔灌注桩，桩尖进入微风化泥质岩 2m，测试波形完整。

纵波速度为3600-3700m/s，桩底反向，说明 无沉渣．为完整嵌岩桩.
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桩类型：Φ1.5m H＝32.8m钻孔灌注桩 地点：杭宁高速公路Mp64-R4 评价：完整桩 该桩为高速公路桥梁桩，设计混凝土强度为C25，桩身完 整，曲线规则，自28m进入中风化基岩，曲钱呈反向反射， 说明进入中风化基岩土阻尼增大，但桩底微有沉渣。

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桩类型：Φ1000mm, L约17m左右，冲击桩 地 点：温州洞某渔港码头 评 价：完整桩:该桩外加5cm壁厚钢护筒至全风化，后嵌岩2D中风化。

全风化上下均有 密度差，故在桩底反向前产生同向反射。

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桩类型：Φ1.2m H＝32m钻孔灌注桩（嵌岩桩） 地 点：杭宁高速公路K87+560,k89+366 评 价：#3桩身完整，15m以前地层较好,曲线下降,桩底反向反射清晰， 嵌岩良好。

#24桩身完整且有沉渣
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桩类型：φ400mm,H=10m预应力空芯管桩 地 点：杭州华源小区 评 价：该桩为预制空芯管桩，采用锺击式，桩长10m。

设计 承 载力350kN，测试后发现1m左右有明显的同向反射，并 呈多次，判为断裂（Ⅲ类），经开挖桩身完整，再次了解该 桩头1.2 m深进行灌注实芯混凝土,下部为空芯,子波多次反射 属截面积（A）的突变引起波阻抗(ρ.C.A)变化。

应为ｌ类桩
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桩类型: Φ1000mm,L=29m钻孔灌注桩 地 点: 台州某工程 评 价: 完整桩,该场地12m饱和淤泥土,上部φ1200m长2m护筒,因护筒 短,使混凝土在护筒底沉入周围淤泥土形成扩径,但桩身完整,纵波 速度3720m/s.
桩基完整性检测附图
桩号:1-3 桩径:1000mm 波速:3.72km/s 日期:20060901
1.3
0.0
4.7
9.3
18.6
25.1m
27 .9
37.2
L(m)
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桩类型: Φ377 , H=5.2m夯扩桩. 地 点: 杭州市清江花园1#楼 评 价: 完好桩。

桩身完整，波速在3200-3300m/s，在3.5m开始 夯扩，反射子波与入射波反相，呈扩径反映,桩底反射明 显，呈同相。

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