基桩反射波法检测的时域定量分析方法
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（ ４）
＝１ ＋
位为 ｉｓ 为波 的吸收系数 ，对普通 的混凝土桩 ， ｎ；
由式（ ） ３ 可知 ， 只要能定量确定 ０， １ 就能计算出反 射界面两 侧的波阻抗差异的大小， 进而分析桩身缺陷 的严重程度。 如理想缩径桩， 可认为桩身介质的密度和
工程质量 ２０ ． ． ０ ２Ｎｏ８
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基桩反射波法检测的时域定量分析方法
罗伟 新 郭 林 丁志成
（ 广州穗监工程质量安全检测中心 ）
基桩反 射波法检测 是通过分 析在桩 顶接 收到 的入射波和反射波信号来判断基桩质量 ， 如判断桩 身是否存在缺陷及其位置等 ， 但就如何确定 桩身缺 陷的严重程度 、 如何确定反射波及其 强弱等重要 问 题， 目前基本上还是采用简单 的定性分析方法 。定
根据纵波在一维杆件中传播的理论可知 ，入射 波、 射波 、 反 透射 波 及 波 阻抗 的关 系 如下 ：
。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｔ， 一
（ １Ｚ ） Ｚ 一 ２
， 、 １
—
：ｚ
１
－
（） ２
仅 要 比界面的实际反射系数小 ， 若直接代人公式计 算桩身 缺陷的严重程度 ， 就会产生误差 （ 减轻缺 陷 程度 ）所 以 ， 的值一般都要经过一定 的校正 ， ， 仅 这 种校正称 为吸收校正 。我们在实践 中总结出的校正
式。 ２ 基本 方 法
（） １ 视反射系数 的吸收校正。对桩身缺陷的定
量 问题 实 际是 的定 量 问题 ，而 的定 量 问题 又
是 ｖ ｖ的定量 问题 。 和 是反射界 面两侧附近 ／，
假设桩身某处波阻抗发生变化 ， 当应力波 从 介 质 ｌ 波阻抗 为 Ｚ ＝ Ａ Ｃ ） （ ｌ Ｐ， ， 进入介质 Ⅱ（ 波阻
（） ６ 校正 ， 用式 （ ） ３ 或式 （ ） ５ 来衡量桩身缺陷的严重 （ ） 【的透射校正。波传播至波阻抗差异面 ２ ０ 时， 一部分 波透过界 面往前传播 ， 遇到第二波 阻差 异面 ， 会产生反射波。反射波往 回传播 ， 透过第一界
面传 至接收点被 接收 。由于第二反射 界面 的反 射
抗 为 Ｚ ＝Ｐ Ａ Ｃ ） ， 产生反射波 和透射 波 ２ 。 ｚ 时 将
的反射波和入射波的幅值 ，目前我们还无法直接测 量到 ， 可通过在桩顶 面测量 到的入射波 （ 但 确切说
是首波 ） 和反射 波的幅值来计算反射系数 （ 称为视 反射系数 ， 仅 表示 ） 经过换算间接得到 。 用 ， 波传播 过程 中 ， 一部分能量会被介质 “ 吸收” 而受到损失 。 因此 ，用直接测到的反射波和首波的强度算 出来 的
波速不变 ， Ｐ１ Ｃ ＝ ２ 即 ＝Ｐ ， １Ｃ ， 则式 （ ） ３ 可写成
Ａ１ １ ） ＝（ ＋ （） ５
当 ＝ ０时 ， － ， Ａ ＝ 即桩身 均匀 ， 缩 径 ； 无 当 － １ 时 ， ｚ０ 相 当于 断桩 的情况 ； Ａ＝ ， 当 在 （ ， ） 间 ０１ 之
为轻 微 、 显 、 重 ？要 解 决 这 些 问题 ， 明 严 就需 要 一个
时 ， 可 由式 （ ） 则 ５ 计算
的 比值来反 映缩径 的
程度 ， 已知 ， 若 则可计算 的值 ， 衡量缩径 由 的严重程度 ； 当 ＜ ０时 ， － Ａ＞ ， 桩身 出现 扩径 ， 扩 径的程度同样可 由式 （ ） ５ 计算 。对于其它类 型的缺 陷 ， 由式 （ ） 可 ３ 通过对 比阻抗的相 对差异值或设定
量的概念 。动测结果的定量化是动测界争论最多 ， 而且一直悬而未决 的问题 。我们对这一 问题进行了 深入的探讨 ， 并取得 了一些有实用价值的理论 和方 法， 本文就将我们提出的时域定量分析方法——近 似振源法 ， 作一简单 的介绍。
１ 基 本原 理
某个参数来衡量缺陷的严重程度 。式 （ ） ３ 和式 （ ） ５ 就是 由 定量确定 桩身缺陷的严重程度 的基本公
性分析存在较多的人 为因素 ， 如用于反映桩身 缺陷
严重程度 的关键参数——反射波 ， 其强弱只能用微 弱、 明显 、 强烈 等来表 示 ， 多强 的反射 波 幅值 为微 弱、 明显 、 强烈？对桩身缺 陷程度也用类似 的词 ， 如 轻微 、 明显 、 严重等不确定词来形容 ， 多严重的缺陷
样 ，就可以通过实测的
程度 。
值 ，计算 出 仅 ，由式
源或首波 ） 桩顶 面的振动不断地往下传播 ， ， 形成应 力波 。设振源记为 （ ） 产生一列波从桩顶面往下 ｔ， 传播 ， １ 时间后 ， 经 ／ ２下 传播到达波 阻抗 差异面 （ 视
反 向射 系数 为 仅‘ 产 生 反 射 波 ， 经 ） 再 时 间后 ， 反射波 到达桩顶面 ， 为 （ ） 称 为一次反 射波 ； 记 ｔ，
公式 （ 经验 公 式 ） 为
＝口 （ ） ６
＋２ Ｚ
一
令 ＝ ， ＝ ／ ， 和 分 别被 称 为反 射 ／
系数和透射系数 。 由式 （ ） １ 和式 （ ） ２ 可得 出波阻抗 、 反射系数及透射系数 的如下关系 ：
＝
等等 （ １） ＋
㈩ 式 中 ，．为波 出发至经反射 回到出发点 的时 间 ， ｒ 单
的 取值 为 （．，． ） ： 对软土 经验 范围 ０８ ８ ／ ， ４－ ０ ｖ ０
层或地表可取低值 ，对硬土层可取高值 ，并建议取
ｙ０４： ｐ该 的 均 速单 为ｋ／这 ＝６Ｖ，为 桩 平 波 ，位 ｍｓ ． Ｖ ／ ｏ
・
２ ・ ９
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波， 要来 回经过第一 界面 ， 其能量减 弱 ， 以 ， 所 测试 的第二个及其后的反 射界 面的反射 系数 ， 必须进行 校 正 ，这 种 校 正 方 法 通 常 称 为 透 射 校 正 或 界 面 校
＝１ ＋
位为 ｉｓ 为波 的吸收系数 ，对普通 的混凝土桩 ， ｎ；
由式（ ） ３ 可知 ， 只要能定量确定 ０， １ 就能计算出反 射界面两 侧的波阻抗差异的大小， 进而分析桩身缺陷 的严重程度。 如理想缩径桩， 可认为桩身介质的密度和
工程质量 ２０ ． ． ０ ２Ｎｏ８
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基桩反射波法检测的时域定量分析方法
罗伟 新 郭 林 丁志成
（ 广州穗监工程质量安全检测中心 ）
基桩反 射波法检测 是通过分 析在桩 顶接 收到 的入射波和反射波信号来判断基桩质量 ， 如判断桩 身是否存在缺陷及其位置等 ， 但就如何确定 桩身缺 陷的严重程度 、 如何确定反射波及其 强弱等重要 问 题， 目前基本上还是采用简单 的定性分析方法 。定
根据纵波在一维杆件中传播的理论可知 ，入射 波、 射波 、 反 透射 波 及 波 阻抗 的关 系 如下 ：
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仅 要 比界面的实际反射系数小 ， 若直接代人公式计 算桩身 缺陷的严重程度 ， 就会产生误差 （ 减轻缺 陷 程度 ）所 以 ， 的值一般都要经过一定 的校正 ， ， 仅 这 种校正称 为吸收校正 。我们在实践 中总结出的校正
式。 ２ 基本 方 法
（） １ 视反射系数 的吸收校正。对桩身缺陷的定
量 问题 实 际是 的定 量 问题 ，而 的定 量 问题 又
是 ｖ ｖ的定量 问题 。 和 是反射界 面两侧附近 ／，
假设桩身某处波阻抗发生变化 ， 当应力波 从 介 质 ｌ 波阻抗 为 Ｚ ＝ Ａ Ｃ ） （ ｌ Ｐ， ， 进入介质 Ⅱ（ 波阻
（） ６ 校正 ， 用式 （ ） ３ 或式 （ ） ５ 来衡量桩身缺陷的严重 （ ） 【的透射校正。波传播至波阻抗差异面 ２ ０ 时， 一部分 波透过界 面往前传播 ， 遇到第二波 阻差 异面 ， 会产生反射波。反射波往 回传播 ， 透过第一界
面传 至接收点被 接收 。由于第二反射 界面 的反 射
抗 为 Ｚ ＝Ｐ Ａ Ｃ ） ， 产生反射波 和透射 波 ２ 。 ｚ 时 将
的反射波和入射波的幅值 ，目前我们还无法直接测 量到 ， 可通过在桩顶 面测量 到的入射波 （ 但 确切说
是首波 ） 和反射 波的幅值来计算反射系数 （ 称为视 反射系数 ， 仅 表示 ） 经过换算间接得到 。 用 ， 波传播 过程 中 ， 一部分能量会被介质 “ 吸收” 而受到损失 。 因此 ，用直接测到的反射波和首波的强度算 出来 的
波速不变 ， Ｐ１ Ｃ ＝ ２ 即 ＝Ｐ ， １Ｃ ， 则式 （ ） ３ 可写成
Ａ１ １ ） ＝（ ＋ （） ５
当 ＝ ０时 ， － ， Ａ ＝ 即桩身 均匀 ， 缩 径 ； 无 当 － １ 时 ， ｚ０ 相 当于 断桩 的情况 ； Ａ＝ ， 当 在 （ ， ） 间 ０１ 之
为轻 微 、 显 、 重 ？要 解 决 这 些 问题 ， 明 严 就需 要 一个
时 ， 可 由式 （ ） 则 ５ 计算
的 比值来反 映缩径 的
程度 ， 已知 ， 若 则可计算 的值 ， 衡量缩径 由 的严重程度 ； 当 ＜ ０时 ， － Ａ＞ ， 桩身 出现 扩径 ， 扩 径的程度同样可 由式 （ ） ５ 计算 。对于其它类 型的缺 陷 ， 由式 （ ） 可 ３ 通过对 比阻抗的相 对差异值或设定
量的概念 。动测结果的定量化是动测界争论最多 ， 而且一直悬而未决 的问题 。我们对这一 问题进行了 深入的探讨 ， 并取得 了一些有实用价值的理论 和方 法， 本文就将我们提出的时域定量分析方法——近 似振源法 ， 作一简单 的介绍。
１ 基 本原 理
某个参数来衡量缺陷的严重程度 。式 （ ） ３ 和式 （ ） ５ 就是 由 定量确定 桩身缺陷的严重程度 的基本公
性分析存在较多的人 为因素 ， 如用于反映桩身 缺陷
严重程度 的关键参数——反射波 ， 其强弱只能用微 弱、 明显 、 强烈 等来表 示 ， 多强 的反射 波 幅值 为微 弱、 明显 、 强烈？对桩身缺 陷程度也用类似 的词 ， 如 轻微 、 明显 、 严重等不确定词来形容 ， 多严重的缺陷
样 ，就可以通过实测的
程度 。
值 ，计算 出 仅 ，由式
源或首波 ） 桩顶 面的振动不断地往下传播 ， ， 形成应 力波 。设振源记为 （ ） 产生一列波从桩顶面往下 ｔ， 传播 ， １ 时间后 ， 经 ／ ２下 传播到达波 阻抗 差异面 （ 视
反 向射 系数 为 仅‘ 产 生 反 射 波 ， 经 ） 再 时 间后 ， 反射波 到达桩顶面 ， 为 （ ） 称 为一次反 射波 ； 记 ｔ，
公式 （ 经验 公 式 ） 为
＝口 （ ） ６
＋２ Ｚ
一
令 ＝ ， ＝ ／ ， 和 分 别被 称 为反 射 ／
系数和透射系数 。 由式 （ ） １ 和式 （ ） ２ 可得 出波阻抗 、 反射系数及透射系数 的如下关系 ：
＝
等等 （ １） ＋
㈩ 式 中 ，．为波 出发至经反射 回到出发点 的时 间 ， ｒ 单
的 取值 为 （．，． ） ： 对软土 经验 范围 ０８ ８ ／ ， ４－ ０ ｖ ０
层或地表可取低值 ，对硬土层可取高值 ，并建议取
ｙ０４： ｐ该 的 均 速单 为ｋ／这 ＝６Ｖ，为 桩 平 波 ，位 ｍｓ ． Ｖ ／ ｏ
・
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波， 要来 回经过第一 界面 ， 其能量减 弱 ， 以 ， 所 测试 的第二个及其后的反 射界 面的反射 系数 ， 必须进行 校 正 ，这 种 校 正 方 法 通 常 称 为 透 射 校 正 或 界 面 校