反射波法测桩原理及方法
反射波法基本测试原理与波形分析
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22211121A 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nn F +-=11 称为反射系数 （7-7a ） nT +=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）。
反射波法检测基桩完整性(1
现场检测技术方法
安装传感器
传感器安装点及其附近不得有缺损或裂缝； 当锤击点在桩顶中心时，传感器安装点与桩中心的距离
宜为桩半径的三分之二； 当锤击点不在桩顶中心时，传感器安装点与锤击点的距
离不宜小于桩半径的二分之一； 对于预应力管桩，传感器安装点、锤击点与桩顶面圆心
构成的平面夹角宜为90度。
T1
Toe
-0.02
Vel
0 5 10 15 20 25 m
从检测波形上看，该桩在距桩顶16米左右处同相反射信号较强，桩身完整性 存在比较严重的缺陷，判定该桩为Ⅲ类桩。结合地质报告，该桩所处主要地 层结构为卵石层和亚粘土层，判定缺陷类型为夹泥。后据施工单位反映，该 桥场地地质情况比较差，成孔比较困难，钻孔过程中经常会出现孔壁坍塌的 情况。该桩桩身夹泥缺陷明显，此缺陷的形成有以下几个原因：其一主要是 混凝土灌注过程中出现了局部塌孔的情况，泥土挤入桩身；其二是施工单位 在处理坍孔或加大泥浆稠度时直接加入孔内的粘土在施工中被分散成泥团、 泥块，在灌注混凝土时夹入桩身；其三是缺陷位置处的混凝土灌注速度不正 常，低于正常灌注速度，当混凝土下泄时，不足以将泥浆全部挤出，造成夹 泥的缺陷。
Ⅳ类桩实例分析
cm/s
0.01 0.01 0.00
2: # 156
MA: 2.00 MD: 2.00 LE: 40.00 WS: 4000 LO: 0.77 HI: 0.00 PV: 0 T1: 63
T1
Toe
-0.01
Vel
0 5 10 15 20 25 30 35 40 m
从检测波形上看，该桩在距桩顶24米处同相反射信号非常强，并且可以见 到该缺陷的二次和三次重复反射，见不到桩底反射信号，故判断该桩为断 桩。后经事故调查得知，该起断桩事故与地质情况无关，为人为原因造成。 当时施工单位在对该桩灌注过程中，发现所购商品混凝土坍落度连续七车 不满足施工质量要求，最小的为11cm，最大的为15cm，随即对该商品混凝 土清退出场，等合格的商品混凝土到场后，此时该桩已经中断灌注混凝土 2.5至3个小时，继续灌注时导管内混凝土已经不能顺利下落，施工单位随 即采取敲击导管并利用25吨吊车小幅度上下往复运动导管，强行使混凝土 下落，此时孔内混凝土已经凝结，不可能继续上浮，最终形成二次浇筑面 造成断桩。这是一种典型的断桩形成原因。
基桩动力检测低应变反射波法
基桩动力检测低应变反射波法第一节反射波法动测技术反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。
一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。
由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =ρcA (2.1)式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N⋅s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。
将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。
在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。
假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。
截面的任何变化都使部分入射波产生反射。
反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。
（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)]σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2)及v T = v1 [2A1 /(A1+A2)]v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3)式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。
由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有σT = σI v T =v IσR= 0 v R = 0 (2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。
若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。
低应变反射波法检测桩基
低应变反射波法检测桩基以动测方法发展起来的桩身完整性检测技术是依赖于桩身及其缺陷对入射波的反应而进行间接判断的一种方法，其中低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一。
在本文中将对低应变反射波法测桩的原理、特点结合工程中的应用进行详细介绍，并就低应变反射波在使用上的限制及影响因素进行简单介绍。
1、低应变反射波法测桩的特点低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一，有其不可替代的优势，但也存在众多不足带来的误判、漏判等，给工程建设造成不利影响：(1) 反射波法的优点仪器设备轻便，操作简单，成本低廉；检测覆盖面大，可对桩基工程进行普查；可检测桩身完整性和桩身存在的缺陷及住置，估计桩身混凝土强度、核对桩长等。
(2) 反射波法的局限性①检测桩长的限制，对于软土地区的超长桩，长径比很大，桩身阻抗与持力层阻抗匹配好，常测不到桩底反射信号。
②桩身截面阻抗渐变等时，容易造成误判。
③当桩身有两个以上缺陷时，较难判别。
④在桩身阻变小的情况下，较难判断缺陷的性质。
⑤嵌岩桩的桩底反射信号多变，容易造成误判。
2、原理低应变反射波法是在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。
一般是根据反射波与入射波相位的关系，判别某一波阻抗界面的性质，这是低应变反射波法判别桩底情况及桩身缺陷的理论依据。
3、桩身混凝土强度判断应注意以下几个方面在针对具体的测试信号进行分析时还要结合桩周土的情况及影响因素进行判断。
嵌岩桩的时域曲线中桩底反射信号变化复杂，一般情况下，桩底反射信号与激励信号极性相反；但桩底混凝土与岩体阻抗相近，则桩底反射信号不明显，甚至没有；如桩底有沉渣，则有明显的同相反射信号。
因此，要对照受检桩的桩型、地层条件、成桩工艺、施工情况等进行综合分析，不宜单凭测试信号定论。
4、在桥梁桩基检测中的应用（1）工程概况该新建桥梁基础采用钻孔灌注圆桩，测桩布置图见图1。
低应变(反射波法)检测培训_OK
（3）离析（断）桩 工程桩9#，桩长10.25m。该桩现场实测波反射较强，往后同
样出现多次反射、其反射时间间隔相等，无法找出桩底反射位 置。按本工程的完整桩平均波速反算，该桩身在2m—2.2m处全 断。
20
现场钻芯取样，桩顶上部0.2m厚度无骨料,0.2—2.0m段芯样 表面有蜂窝、麻面，水泥渗量少，胶结较差，2.0—6.15m段， 砼芯破碎严重，部分砂、石分离无胶结，6.15m至桩底砼芯样 连续，呈柱状表面光滑、断口吻合、胶结较好，桩底与持力 层接触面清晰。该桩钻芯结果与低应变反射波检测结果较为 一致。
4
(二)应力波在波阻抗界面处的反射和透射 设一维平面应力波沿桩身传播到达一与传播反向垂直的 波阻抗界面。
5
根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有
vI+vR=vt
(3)
A1(ơ1+ ơr)=A2ơt (4)
式中：v、ơ分别表示应力波的速度和应力，下标I、R、T分 别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守恒条件， 由式（4）得
与反射波同相位,并在缺陷处波形非常明显反射,反射时间为 1.41ms,按本工程完整桩的平均波速，计算出该桩实测缺陷在 2.3m处。
18
现场钻芯取样，上部0—2.30m段砼芯样连续完整,呈柱状及 短柱状,表面光滑,断口吻合,骨料分布较为均匀。中部2.40— 5.80m段砼芯样较为松散，胶结较差或无胶结现象，取中部较 为完整呈柱状体芯样，进行砼试块试压，其最大砼抗压强度 为14.1Mpa。钻芯结果与反射波检测法基本吻合。
27
2、桩身缺陷位置确定
X=1/2000⊿txC
X=1/2·c/⊿f′
采用本方法确定桩身缺陷的位置是有误差。
原因一：
桩基检测方法及目的
冲孔桩检测方法及检测依据一、低应变反射波法；1低应变动力检测方法原理反射波法是建立在一维弹性杆波动理论基础上，在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异界面时（如桩底断桩和严重离析部位、缩径、扩径）将产生反射现象，经接收放大滤波和数字处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，利用波在桩体内传播的速度和相位变化判定桩身质量和缺陷位置。
2测试系统包括激振设备（手锤）、磁电式速度传感器、信号采集分析仪（RS-1616K(S)高低应变基桩动测仪），该系统经检定在有效检定期内。
3保证措施：①桩头位置：桩顶面平整、密实，并与桩轴线基本垂直。
②传感器安装应与桩顶面垂直，用耦合剂粘结时，具有足够的粘结强度。
③激振位置：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为距桩中心2/3半径处。
④激振方式为锤击方式。
4现场测试步骤：桩头处理－>用黄油安装传感器－>调试动测仪参数（采样间隔、增益等）－>激振、接收信号－>重复激振，直至信号一致性良好－>进行下一根桩检测。
二、高应变检测；高应变原理为：用重锤(重量大于预估单桩极限承载力的 1.0～1.5%)锤击桩顶，检波器测出桩顶的力和速度随时间变化的曲线，利用实测的力(或速度)曲线作为输入的边界条件，通过波动方程数学求解，反算桩顶的速度(或力)曲线。
如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假设的模型及参数不合理，应有针对性地调整桩土模型及参数，再行计算，直至计算曲线与实测曲线的吻合程度良好，且难以进一步改善为止。
利用假设的模型及参数计算基桩的竖向承载力。
三、单桩竖向抗压静载试验1）工艺流程；选桩→裁桩→桩头处理→试验设备安放→加载→卸载2）桩头处理；2.1与地坪标高大致相同的桩无需进行裁桩处理；2.2高于地坪标高的桩，应在施工方裁桩后打磨平整；3）试验设备安放试验设备安装时遵循先下后上、先中心后两侧的原则，安放承压板，然后放置千斤顶于其上，再安装反力系统，最后安装观测系统。
低应变反射波法
传感器：用于接 收和传递地震波 信号
数据采集器：对传 感器接收的信号进 行采集、处理和记 录
计算机：对采集 的数据进行分析 和处理
软件：用于控制 测量过程、数据 分析和解释
准备工作：选择合适的传 感器、校准设备、确定测 量方案等
安装传感器：将传感器安 装在试件表面或内部
采集数据：通过设备采集 反射波信号，并记录数据
添加标题
弹性波的产生：物体受到外力作用时发生形变，形变部分又会对周围物体产生力的作用，从 而使弹性波传播开来。
添加标题
弹性波的种类：纵波和横波。纵波是推进波，地面上常见的声波、光波和地震中的P波等都是 纵波；横波是剪切波，地震中的S波、表面张力波等都是横波。
添加标题
弹性波的传播速度：与介质的弹性常数有关，弹性常数越大，传播速度越快。
测量原理：通过在桩 顶施加激振力，产生 低频弹性波，并记录 桩顶的振动响应信号
弹性波传播：弹性波 在桩身中传播，当遇 到桩身截面变化或桩 底时，会产生反射波
反射波识别：通过分 析反射波信号的特征 ，可以确定桩身截面 变化或桩底的位置
测量精度：低应变反 射波法具有较高的测 量精度，能够准确判 断桩身完整性
添加文档副标题
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
添加 标题
定义：低应变反射波法是一种通过在桩顶施加激振力，测量桩顶反射波信号，从而确定桩身完整性、缺陷位 置和程度等信息的无损检测方法。
添加 标题
原理：低应变反射波法基于一维波动理论，将桩视为弹性杆件，通过在桩顶施加瞬态激振力，产生沿桩身传播的弹性波，当 波遇到桩身缺陷或桩底界面时，会产生反射波，通过测量反射波信号的时域波形或频域特性，可以确定桩身完整性、缺陷位 置和程度等信息。
低应变反射波法检测基桩完整性的原理及应用
低应变反射波法检测基桩完整性的原理及应用邢 蕾（北京铁路局科研所）摘要：本文简要地介绍了低应变反射波法的基本原理、检测方法以及桩身质量评定方法，并列举几个工程实例。
关键词：低应变反射波法 动测 基桩 完整性 缺陷1前言随着现代工业和建筑业的迅速发展，桩基础得到了越来越广泛的应用，在施工和工程作用上有其不可替代的优越性。
但是，桩基础是一种隐蔽工程，其质量无法直接观察，如果桩基础存在缺陷就会造成质量事故。
按照国家《建筑桩基技术规范》中的规定：“对于一级建筑桩基和地址条件复杂或成桩质量可靠性较低的桩基工程，应进行成桩质量检测。
”通过检测可以发现桩基础存在的质量问题。
目前国内常用的基桩检测方法主要有：静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法与声波透射法，而低应变法一般包括动力参数法、机械阻抗法、锤击贯入法、瞬态时域分析法等。
瞬态时域分析法也称之为反射波法，是目前国内外普遍采用的一种籍一维波动理论分析来判定基桩桩身完整性的方法。
该方法的主要特点是：设备简单、操作方便、检测快捷以及费用低廉，是桩基质量普查的主要方法之一。
2反射波法的基本原理工程中绝大部分桩体都具有桩长远大于桩径这一特点，故应力波反射法是把桩当成连续均质的弹性杆，研究桩顶在动态力作用下弹性杆内质点的纵向波动，以一维波动理论为基础分析桩土体系动态响应规律。
在桩顶用手锤或力锤、力棒等激振工具敲击，由此产生振动以波的形式沿桩身以波速向下传播，应力波通过缩颈、夹异物，混凝土离析或扩颈等存在质量问题的部位时，其质量变化界面的桩阻抗C 是纵波波速）是截面积、是桩的材料密度、其中C A AC Z Z ρρ,(=发生变化。
一部分应力波产生反射向上传播至桩顶，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。
由安装在桩顶的加速度或速度传感器接收反射波信号，经测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度时程曲线。
根据曲线的形态特征所表示的阻抗变化位置，判定缺陷的位置和性质等并校核桩长。
桩基检测方法和原理
桩基检测方法和原理一、低应变反射波法检测1、基本流程低应变检测一般首先进行，以了解试验前桩身的完整性。
进行低应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验，操作步骤参考如下：⑴传感器安装面预处理；⑵安装传感器；⑶调整仪器进入接受状态；⑷检查信号、存储信号；⑸重复观测确定信号一致性；⑹改变锤击位置及接受位置，重新观测；⑺对异常桩重点对待。
每批桩低应变试验结束后及时进行分析。
对有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。
2、低应变检测原理低应变完整性检测是根据应力波在不同波阻抗和不同约束条件下传播特性来判别桩身质量。
具体方法是：试验时将传感器紧密粘贴在被测桩头上，在桩身顶部用力棒（或力锤）进行竖向激振，产生应力波；应力波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异界面或桩身截面积发生变化时将产生反射信息，经接收、放大、和滤波后记录在基桩检测仪内；然后用电子计算机对记录数据（反射信息）进行处理，结合施工工艺、地层等综合分析，识别来自桩身不同部位的反射信息，据此反射信息对基桩的施工质量进行判释。
二、高应变承载力检测1、基本流程根据试验要求高应变测试应在单桩竖向抗压静载试验完成前进行，高应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验检测，操作步骤参考如下：⑴传感器安装面预处理；⑵重锤就位；⑶在仪器监控下安装应力、加速度传感器；⑷调整仪器进入接受状态；⑸按预定高度起吊重锤，接受操作员指挥，使重锤自动脱钩；⑹仪器操作员检查采集信号、工作人员检查传感器；⑺根据操作人员意见重复上述(5)、(6)项，或进行下一根桩的试验工作，重复(1)～(7)步。
直至全部试验结束。
对有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。
2、高应变检测原理高应变动力试验是用重锤冲击桩顶，使桩土间产生相对位移，实测桩顶力和加速度的时程曲线，通过波动方程分析法拟合计算单桩的极限承载力。
资料主要分析步骤：①正确选取信号，确定波速平均值；②假定桩和土的力学模型，根据勘察报告和施工记录选定计算模型的初始参数；③利用实测的加速度曲线作为输入的边界条件，通过波动方程数学求解，反算桩顶的力曲线；④如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假定的模型及参数不合理，有针对性地调整桩土模型及参数；⑤、根据调整后的桩土模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线的吻合程度良好，且难以进一步改善为止。
低应变检测桩身完整性和声波透射法检测桩基
实验报告课程：桩基检测与评定题目：低应变检测桩身完整性与桩基超声波透射法院系：土木工程系专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2012 年7 月 1 日基 桩 反 射 波 法 试 验检 测 报 告一．基本原理基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是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。
当桩身存在明显波阻抗Z 变化的截面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等决定即Z=A C ⋅⋅ρ。
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1Z =111A C ρ，上部波阻抗2Z =222A C ρ①当1Z =2Z 时，表示桩截面均匀，无缺陷。
②当1Z >2Z 时，表示在相应位置存在缩径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1Z <2Z 时，表示在相应位置存在扩径，反射波与入射波速度信号相位相反。
当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t 和桩身传播速度C 来推算缺陷位置Lx=△t ²C/2二．现场检测大致流程是用力锤对桩顶作瞬态激振，以产生脉冲应力波，由设置在桩顶的加速度传感器接收入射波和反射波信号，该信号经电荷放大后，经桩基分析系统处理，根据反射波的时差，相位和幅值即可判断桩身的缺陷位置、类型及程度。
传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。
对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。
传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接，此次实验使用的是经口加工的口香糖。
《工程试验技术》第四章-振动与波动理论基础(下-波动理论)
此即为原方程的通解。
其中 x0 为任意一点，而k 为积分常数，
F ( x) + G( x) = ϕ ( x) 1 x C − F ( x) + G( x) = ∫ ψ (α )dα − a x0 a
1 1 x C F ( x) = ϕ ( x) − ∫ ψ (α )dα + 2 2a x0 2a 1 x C 1 G( x) = ϕ ( x) + ∫ ψ (α )dα − 2 2a x0 2a
∂ 2u = 0 ∂ξ∂η
⎞ ⎟ ⎟ （C） ⎠
∂ u = 0 ∂ξ∂η
2
函数 F，G具体形式，由初值 条件确定：
∂u = F * (ξ ) ∂ξ
u (ξ , η ) =
* F ∫ (ξ )d ξ + G (η )
u( x,0) = ϕ ( x)
（初始位移）
F ( x) + G( x) = ϕ ( x)
速度幅值谱
时域测试曲线
加速度功率谱
速度功率谱
速度幅值谱
2、嵌岩桩的检测
嵌岩桩的桩尖反射应为反向，同向应作为异常，需要进行验证
台州某工程检测结果
台州某工程检测结果
台州某工程检测结果—对同类型桩已进行静载验证
临安某工程检测结果
临安某工程检测结果-已进行取芯验证
3、浅层缺陷检测与分析
宜进行开挖验证
上行的力波和速度波的关系为：
− EA p ↑= ⋅ v ↑= − ρAC ⋅ v ↑= − Z ⋅ v ↑ c
结论：杆件（桩）中的一维波动（振动）可以分解为两个传播方向相反， 但传播速度相同的两列独立的“行波”，波形由初始条件决定。
4、波在杆件端部的反射情况
低应变检测方法
低应变检测
一、检测原理
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，以判断桩身完整性。
二、现场测试方法
(1)把混凝土桩顶灌浆部分凿去凿平，使桩顶出露新鲜表面，为减少杂波干扰，此表面必须平整干净，出露的钢筋不应有较大晃动；
(2)传感器应稳固地粘放在桩顶上，并进行敲击测试；
(3)每根桩测试曲线如出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试；
三、检测仪器及设备
(1)检测仪器的主要技术性能指标应符合《基桩动测仪》JG/T 3055的有关规定，且应具有信号显示、储存、和处理分析功能。
(2)瞬态激振设备为能激发宽脉冲和窄脉冲的力锤。
四、检测结果分析
根据桩身测试的原始记录，经数据分析处理后将桩身完整性划分为四个等级，其评定标准为：
一般来说，Ⅰ、Ⅱ类桩可以满足设计要求；Ⅲ类桩可否使用由设计单位根据具体工程做决定；Ⅳ类桩无法使用，做报废处理。
桩基完整性(低应变试验)试验方法
桩基完整性(低应变试验)试验方法1.1 基础完整性检测（低应变试验）1.1.1 适用范围低应变反射波法适用于混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩和CFG桩。
对于桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。
受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70％，且不应低于15MPa。
1.1.2 检测原理低应变反射波法是目前国内普遍采用的低应变法。
它通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为依据，采用一维波动理论分析判定基桩的桩身完整性。
因此，基桩必须符合一维波动理论要求，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型要求。
一般要求其桩长远大于直径即长径比大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比大于5.1.1.3 检测方法及工艺要求1.1.3.1 检测前的准备工作a。
受检基桩混凝土强度至少达到设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。
b。
施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。
c。
施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。
d。
检测前，施工单位需做好以下准备工作：1.剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。
2.要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相同。
3.灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。
4.桩顶表面平整干净且无积水。
5.实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm的平面，打磨面应平顺光洁密实。
6.当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。
因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。
7.准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。
8.在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。
e。
搜集受检桩的相关技术资料，包括工程概况、基桩的设计参数、场地的工程地质资料以及施工记录情况。
应力波反射法基桩检测原理应用
试论应力波反射法基桩检测的原理及应用摘要：在现代高速公路、桥梁、水利水电设施，以及工业、商业、民用建筑的建设中，基桩工程已经成为决定工程项目整体质量的重要因素之一。
目前，在国内现阶段的基桩检测中，应力波反射法是较为常用的技术类型之一，其具有适应性强、反应快、操作简便、造价低、结果精确等特点。
本文结合笔者多年工作经验就应力波反射法基桩检测的基本原理及实际应用进行讨论，仅供同行参考和借鉴。
关键词：应力波反射法；基桩；检测；基本原理；实际应用近年来，随着我国社会经济的不断发展，带动了国内工程建设行业的兴起，作为岩土工程领域重要分支的基桩工程越来越多的受到业内人士的关注，尤其是对于基桩检测技术的研究也更为深入。
国内基桩检测技术的发展经历了较长的时间，不但对传统的检测技术进行了必要的改革和完善，而且加大了对于新技术、新手段的研发和应用，特别是各类新型仪器、设备的出现，也促进了基桩检测技术的创新和发展。
在国内现阶段的基桩检测中常用的技术类型主要包括：高应变动力试桩法、静载试验法、应力波反射法、声波透射法、动静法或拟静力法等，其中应力波反射法的应用范围较广，本文对其原理及实际应用进行分析。
1应力波反射法概述与传统的基桩检测方法相比，应力波反射法是较为常用的低应变无损检测技术之一，其具有检测范围广、反应速度快、适用性强、造价低等特点，其主要被应用于桩身的完整性检测，并且依据检测结果判断基桩的具体位置、桩身长度及混凝土强度等。
在基桩检测中应用的应力波反射法主要是指在通过桩顶向下垂直施加瞬态脉冲激振力，并且以弹性纵波的形式向桩体下部均匀传播，当基桩深层或底部的阻抗发生异常现象时，可以产生相应的反射波并及时传回桩顶[1]。
另外，在应用应力波反射法进行基桩检测时，如果存在缩颈、扩颈、断层、离析等方面的缺陷，往往会导致桩体密实度或桩横断面发生细微的变化，在检测中桩身的波阻抗会出现不均反射的状况，进而保证检测人员可以对基桩的实际状况进行深入的了解。
智博联课件-反射波法检测基桩完整性
振源对检测信号的影响
• 锤头材料：过硬，高频波提高缺陷分辨率，探测浅部缺陷 有利，易衰减，不易获取桩底反射；过软，低频波有利于 桩底反射，但降低桩身上部缺陷的分辨能力。
• 冲击能量：锤重及落锤速度决定能量大小。能量应适中， 过小，应力波很快衰减，看不到下部缺陷和桩底反射。在 检测大直径长桩时应选择较重的力锤并加大锤击速度，大 幅度提高敲击力，但锤过重将掩盖微小缺陷。锤重的选择 应使得有明显的桩底反射为原则。
100倍 • 采样间隔：1us至64ms，可调 • 采样长度：>=4096 • 频响：10Hz至10000Hz • 波形采集、显示、存储、处理、打印
反射波法检测基桩完整性
仪器设备——P8100主机系统 背面 正面
后面 侧面
反射波法检测基桩完整性
仪器设备——P8000采集系统
主要包括控制系统、电源系统、模拟滤波、放大系统、信 号采集、无线传输等。
影响 • 桩在变形时横截面保持为平面，沿截面
有均布的轴向应力
满足以上假定条件时，桩可视为一维杆件
反射波法检测基桩完整性
基本原理——检测原理图
P8100基桩动测仪
P8000无线基桩动测仪
反射波法检测基桩完整性
基本原理——波的传播
当在桩顶垂直施加一瞬时作用力后，桩的端面 上的质点受力后产生振动，而振动的传播就形 成了波，此时弹性波就会沿着桩身进行传播。
P8100的使用
1. 将升级包内的文件解压到计算机的某个文件夹下；
2. 将U盘插入计算机的USB口，将解压后的P8Soft文件 夹拷贝到U盘根目录下，拷贝完毕后拔下U盘；
3. 将U盘插入到动测仪的USB口；
4. 打开动测仪电源，在启动界面点击软件升级按钮，则 关闭当前软件运行升级程序，点击升级钮开始升级 （将U盘中的升级文件拷贝至仪器内的相应文件夹中）， 升级完后，提示“软件升级成功”；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
反射波法测桩基本原理
假定桩为一维弹性杆件，其材料由介质密度ρ确定。如果 用C 表示在杆件中传播的应力波（纵波）波速，则C 与杆件 的弹性模量E 和介质密度ρ的关系用以下公式表示：
C=
E
ρ
用A 表示杆件任一截面的面积，则定义波阻抗为：
Z = ρ CA =
EA C
在应力波作用下，波阻抗综合反映了杆件材料的物理性 质及其几何尺寸的变化。
V I + V R = VT F I + F R = FT
FI Z1
−
FR Z1
=
FT Z2
Z 1 (V I − V R ) = Z 2V T
Байду номын сангаас
联立求解可得：
质点作用力反射系数 质点振动速度反射系数
R R
F
= = = =
FR Z = FI Z V V
R I
2 2
− Z + Z
2 2
1 1 1 1
V
= − = =
RV
VR Z 2 − Z1 = = − VI Z 2 + Z1
桩底支承介质较桩身混凝土软以及桩身缩径、断裂、 离析、夹泥等均会出现波阻抗减小的现象。此时，反 射系数Rv＞0，在速度检测器接收的曲线上，反射波相 位与入射波相位相同。由于RF＜0，则反射波为上行拉 伸波，与入射波（下行压缩波）传播方向一致。 如果桩完全断裂，Z2≈0，发生全反射，质点应力为 0，质点振动速度加倍。应力波在断裂位置以上多次反 射，形成震荡曲线。检测不到断裂位置以下信息。
反射波时域曲线实例
钢筋混凝土灌注桩： 旋挖成孔，灌注C35 商品混凝土。 上图为重锤敲击， 波形呈现低频大振 幅衰减振动，表明 桩头浅部有严重缺 陷； 下图为轻锤敲击， 缺陷位置明显。
反射波时域曲线实例
同一根桩处理前后的检测曲 线。 φ600钻孔灌注桩，强 度C30，反循环成孔。 上图为本桩初次检测时的时 域曲线，桩顶下3m左右离析， 桩底反射不明显。施工方凿 除约5m桩身，重新浇灌。下 图为一个月后再次检测的曲 线，可以看出桩顶下5m有明 显的阻抗变化界面，桩底反 射清晰。
反射波时域曲线实例
反射波法测桩的基本原理就是通过接收到的由敲击桩顶而 产生的弹性波（纵波）反射回来的信息，找出桩身波阻抗发生 变化的界面，并分析其变化的原因，从而对桩的结构完整性进 行评价。 敲击桩顶产生的弹性纵波遇到桩身波阻抗变化的界面时会 发生反射与透射，根据应力波传播理论，波阻抗变化界面两侧 质点振动速度、作用力满足下列条件：
素混凝土灌注桩： 长螺旋钻取土成孔， 灌注C30商品混凝 土。 上图为完整桩曲线 下图为断桩曲线
反射波时域曲线实例
素混凝土灌注桩：长螺 旋钻取土成孔，灌注 C30商品混凝土。 上图为6-4号桩第1次测 试曲线，波形呈现低频 大振幅衰减振动，表明 桩头浅部有严重缺陷； 施工方开挖后，发现桩 头下30cm断裂；下图 为去掉断桩头后再次检 测的曲线，桩底反射明 显。
Z Z
− Z + Z
质点作用力透射系数 质点振动速度透射系数
I
F
FT FI V V
T I
2 Z 2 Z 2 + Z 2 Z 1 Z 2 + Z
1
IV
1
公式中下标 I、R、T 分别代表入射波、反射波和透射波； F 代表质点作用力，V 代表质点振动速度；Z1、Z2 分别代表 界面上、下波阻抗。
讨论：
1. 波阻抗减小（Z1＞Z2）
反射波时域曲线实例
左上图：φ 800钻孔灌注桩 ，C25， 桩底同相反射。 右上图： φ1500人工挖孔嵌岩桩， C35，桩底反向反射。 左图： PC-A400(75)-10,5 ， C60 预应力管桩，桩底同相反射。
反射波时域曲线实例
上图： PC-A400(75)-10,5 ， C60预应力管桩，锤击法沉桩。 时域曲线来回振荡，可见桩 底反射信号。分析判断桩顶 下2.6m左右存在裂缝，施工 方开挖检验，实际裂缝位置 在桩顶下2.9m处。 下图：φ1000钻孔灌注桩，强 度C25，反循环成孔。桩顶下 6.5m严重扩径，形成重复反 射，无桩底反射信号。
VR Z 2 − Z1 RV = =− VI Z 2 + Z1
3、波阻抗近似相等（Z1≈Z2） 在这种情形下入射波发生全透射。对某些嵌岩桩，当 桩底基岩与桩身混凝土阻抗接近时，将检测不到桩底反射信号， 此时应采用其它方法对桩进行检测。
分类：缩径类缺陷与扩径类缺陷
桩的波阻抗变化情况无非以上三种，检测中经 常遇到的是前两种情况。为了工程应用方便， 对有缺陷的桩通常将第一种情况称为缩径类缺 陷，第二种情况称为扩径类缺陷。缩径类缺陷 包括缩径、夹泥、离析、断裂、裂缝等；扩径 类缺陷包括扩径、鼓肚等。缩径类缺陷最常见， 也最为复杂，稍不留意就会误判，因此在掌握 基本动测理论基础上积累实践经验非常重要。 下面演示一些工程实例。
RV
2、波阻抗增大（Z1＜Z2）
VR Z 2 − Z1 = = − VI Z 2 + Z1
桩底支承介质较桩身混凝土硬（如某些嵌岩桩）以及桩身 扩径、鼓肚等均会出现波阻抗增大的现象。在这种情形下，反 射系数Rv＜0，在速度检测器接收的曲线上，反射波相位与入 射波相位相反。由于RF＞0，则反射波为上行压缩波，与入射 波（下行压缩波）传播方向相反。 当桩头疏松或覆盖有较厚泥土时，Z1远远小于Z2，可认为 Z1近似等于0，则质点振动速度为0，质点作用力则加倍。此时 往往接收不到速度信号，或接收到的速度曲线杂乱，无法识别。 因此为了保证能够接收有效反射信号，应对桩头进行清理。