低应变反射波法分析
低应变反射波法在基桩桩身完整性检测中的应用分析
低应变反射波法在基桩桩身完整性检测中的应用分析摘要：随着高层建筑建设需要，深基坑工程的大直径灌注桩、预应力管桩已广泛应用。
但还是会存在缩颈、夹泥、错位等问题出现，为此，对桩基的质量检测不容忽视。
其中低应变反射波法检测是桩身完整性的衡量之一，可以及时将检测的质量结果反馈给相关部门，同时能够采取对桩身质量问题的补救措施，从而可以在地基基础质量方面有效杜绝工程事故的发生，以保障建筑物上部结构的施工质量安全。
关键词：低应变反射波法；桩基；检测；要求目前，桩基础是地下工程的隐蔽结构物，约占全部工程结构基础的70%以上，在施工过程中比较容易出现各类缺陷，所以，对桩基础实行质量检测是十分重要的。
现在被广泛应用在桩基检测中的低应变反射波法，是一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法，其具有操作简单、快速、经济以及可以无破损检验桩身质量等多方面的优点，从而快速、准确地检测出桩基的质量，成为桩基行业内较多使用检测方法。
1.低应变反射波法的定义及原理1.1定义低应变反射波法又称时域法，即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。
1.2基本原理低应变测桩技术最早起源于应力波理论以一维弹性杆平面应力波的波动理论为基础。
其中的反射波法的最主要功能是检测混凝土强度等级定性估计、桩身缺陷位置判断等桩身结构的完整性。
桩基的混凝土材质的坚固强度比周围的地质强度要大的多，可以把桩身看做一个一维弹性杆，当桩身受到来自顶部的冲击力时，由于周围土质强度小，其端面上就会发生振动，冲击力产生的能量会以波的形式沿着桩身传播，一部分反射波向上传播到达桩顶，另一部分透射波向下传播到达桩底，反射波的幅度和相位是由桩身的波阻抗来决定的，桩顶的传感器接收到波信号并上传服务器，通过分析采集来的数据，我们可以知道桩身有无缺陷和缺陷程度，计算公式：Z=ρCAZ：桩身的波阻抗；ρ：混凝土的密度；C：波在桩身的传播速度；A：桩身的截面积。
6、桩基低应变(反射波法)的基本原理
6、桩基低应变(反射波法)的基本原理
桩基低应变(反射波法)的基本原理是：当桩基在施加外力作用时，桩周围的土会产生一系列的微小的位移，使桩周围的土体发生破坏，
破坏的过程中既吸收了部分的能量，又向外释放了能量，引起着土质
的应变和形变。
而桩基的低应变反射波测定法则是：数据采集仪将采
集到的大量反射波连续发射到桩基中，发射频率和能量均是正常水平，采集仪会按照预定的时间将反射波捕捉到，反射波通过antenna缓慢
接收到桩基中，经过反射，再次发射出来，进行收集分析，桩基的破
坏程度也可以根据收集到的波型分析得出。
低应变反射波法
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。
桩基检测低应变反射波法探讨
桩基检测低应变反射波法探讨1 引言桩基属于隐蔽工程，在桩基施工过程中，受岩土工程地质条件、施工技术等因素的影响，可能存在一定的缺陷，如扩径、缩径、离析、夹泥、空洞和断桩等。
在桩基施工结束后，需要进行桩基质量检测，评价桩基施工质量，为下一步施工做好准备。
目前桩基的检测方法较多，工作原理各不相同，常用的方法有高应变法、机械阻抗法、低应变反射波法、声波透射法和钻芯检测法等。
与其他检测方法相比，低应变反射波法具有工作原理简单、结果判读直观、检测结果准确、检测花费少等优点，在新建结构基桩检测中使用频率最高，根据统计，国内在建工程中约80%的桩基采用低应变反射波法进行检测[1]。
2 方法2.1低应变反射波法原理桩基桩身完整性检测常用低应变反射波法，其基本原理是：在桩基的顶部施加激振信号产生应力波，应力波在沿桩身传播过程中，如遇到不连续界面（如扩径、缩径、离析、夹泥、空洞和断桩等缺陷）和桩底界面时，会产生反射波，通过综合分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，判断桩身的完整性及是否存在缺陷，其基本原理见图1[2]。
2.2波形分析2.2.1确定标准波形检测时，同一场地完整桩反射波形相似。
对比桩基检测得到的波形，结合工程勘察成果、基桩施工记录及波形特征，确定标准波形。
其他桩基波形与标准波形对比，计算分析确定缺陷性质。
在频率域内对桩基检测结果进行频谱分析，根据时域波形特征结合缺陷桩的频谱特征确定缺陷类型和部位：2.2.2 不同桩基检测的波形特点（1）完整桩：即标准波形，无其他杂波，桩底反射和入射同相位；峰排列规则，相临峰值间隔相等。
（2）离析、夹泥桩：开始反射波与入射波同相位，缺陷部位入射波与反射波反相位；反射波脉冲宽度比入射波脉冲宽度明显变宽，由于缺陷部位混凝土松散，吸收了大部分应力波能量，桩底反射一般不明显，严重时，无桩底反射[3]。
（3）缩径桩：开始反射波与入射波同相位，缺陷部位入射波与反射波反相位；反射波脉冲宽度比入射波脉冲宽度基本一致。
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
低应变反射波法低应变反射波法（Low Strain Reflection Wave Method）是一种用于地下工程检测的非破坏性测试方法。
它通过观测地下土层的反射波特征，可以获取有关土层的物理性质和结构信息，从而评估地下工程的稳定性和安全性。
低应变反射波法利用了地震波在不同介质中传播速度不同的原理。
当地震波传播到不同介质的交界面上时，会发生反射和折射现象。
通过观测反射波的到达时间和振幅变化，可以推断出不同土层的厚度、密度、弹性模量等信息。
低应变反射波法的测试过程相对简单，只需要在地下钻孔中安装一个传感器，通过敲击地表或者通过震源产生地震波，然后观测传感器接收到的反射波信号。
根据反射波信号的特征，可以确定地下土层的性质。
低应变反射波法具有以下优点：1. 非破坏性：低应变反射波法不需要在地下进行开挖或者钻孔，对地下结构没有任何破坏，可以在不影响地下工程施工的情况下进行测试。
2. 快速高效：低应变反射波法测试过程简单快速，只需要几分钟到几小时的时间，可以在工程施工现场实时监测，及时发现问题。
3. 高分辨率：低应变反射波法可以提供较高的测试分辨率，可以检测到较小的地下结构变化，对于评估地下工程的稳定性具有较高的准确性。
4. 适用范围广：低应变反射波法适用于各种土层和地下结构的测试，包括土壤、岩石、混凝土等。
可以用于评估地下管道、桩基、坑道等地下工程的安全性。
低应变反射波法在地下工程中有着广泛的应用。
它可以用于地下管道的安全评估，通过观测反射波信号的变化，可以检测管道的泄漏、破损等问题。
同时，低应变反射波法也可以用于桩基的检测，可以评估桩基的质量和稳定性，及时发现桩身的缺陷和不均匀性。
除了在地下工程中的应用，低应变反射波法还可以用于地质勘探和地下水资源的评估。
通过观测反射波信号的变化，可以推断出地下岩石、土层和地下水的分布情况，为地质工作者提供有关地下地质结构的重要信息。
低应变反射波法是一种有效的地下工程检测方法。
桩基低应变(反射波法)的基本原理
桩基低应变(反射波法)的基本原理桩基低应变反射波法是一种测量地基桩芯的有效方法。
它利用从
桩芯中反射出的声波，通过位移变化率测量桩内的应变，从而得到地
基的竖向变形的信息，是一种地基桩低应变监测的先进技术。
原理是利用声波法原理，在桩顶部内装入（或者放置在桩芯上方）触发器发射声波，声波从桩底反射并传导到接收器。
接收器采集到的
数据被传输到数据处理系统，根据声波时间变化来测量桩芯的应变值，监测桩芯在低应变条件下的变形情况。
如果声波时间变化显示了变化，表明地基桩已经发生了一部分变形，继而延伸至地表变形，当前的位
置的变形对地基桩的位移有重要的意义，是一种有效的桩基低应变监
测方法。
建筑桩基检测中低应变反射波法应用分析
建筑桩基检测中低应变反射波法应用分析发布时间：2023-03-28T01:58:10.967Z 来源：《建筑创作》2023年第1期作者：朱炯[导读] 在建设建筑工程时，桩基础属于非常重要一项施工内容。
因为桩基础结构荷载比较大，应用强度更高，将其作用于建筑工程中，可以满足施工要求，因此施工企业需要对这一建设环节重点关注。
朱炯南京新华泰工程质量检测有限公司，江苏南京210000摘要：在建设建筑工程时，桩基础属于非常重要一项施工内容。
因为桩基础结构荷载比较大，应用强度更高，将其作用于建筑工程中，可以满足施工要求，因此施工企业需要对这一建设环节重点关注。
要想提高桩基础施工质量，施工企业还需要做好桩基础检测处理，应用低应变反射波法开展桩基检测工作，不仅可以节约检测时间，而且能够保证最终检测结果更加精确全面，为工程质量控制工作开展提供有效数据支持。
本文就建筑桩基检测中低应变反射波法应用进行相关分析和探讨。
关键词：建筑；桩基检测；低应变反射波法；应用分析近几年我国在建设建筑工程时，已经对原有施工技术更新和优化，也加大了质量管理工作开展力度。
施工企业在对各个环节建设质量监测和管理时，需要引进更加先进检测方法，对不同部位建设情况全方位了解。
例如在对建筑桩基施工质量检测时，市场上可供选择的检测方法类型比较多，主要存在钻芯法和高应变法以及反射波法等类型，其中低应变反射波法在应用时更加有效，且应用范围比较广。
施工企业可以借助这项技术开展桩基检测工作，提高检测质量和效率[1]。
一、建筑桩基检测中低应变反射波法应用要求在对建筑桩基实际检测时，低应变反射波技术应用更加有效，且操作形式比较简单快捷，已经广泛作用于桩基检测工作中，且这项技术应用基础更加牢固。
在应用这项技术时，技术人员需要将传感器设备放置在桩底区域，使用小锤工具对桩顶部击打，使得桩顶部能够产生自上而下作用力。
借助传感器设备，对桩底动力响应情况观测和分析，可以利用应力波理论，对桩基性能全面了解，在反复实验过程中可以提高桩基建设质量。
反射波法低应变检测
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2、弹性波在杆内的传播 （引入几个公式： V c
广义波阻抗：
F 胡克定律： E EA
13
（1）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 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 传播就是反射波，反射波的具体情况应根据入射波与反 射波合起来的总效果符合所给定的边界条件而定，对于 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。 两弹性波相互作用后杆中质点速度V3和应力σ3分别为 V3 = V1 + V2 σ3=σ1+σ2
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1、反射波法基本原理
是在桩顶竖向激振，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）或桩身截面 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 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， 判定桩身缺陷程度及其位置。
上式整理后可得：一维杆应力波波动方程
2 2u 2 u c 0 2 2 t x
式中 的物理意义即为弹性波 在杆件内的传播速度
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2、时域分析：
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、c、A、 E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， 相应的、c、A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
a、如有V2=－V1，则V3=0，σ3=2*σ1，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） 的反射。 b、如有V2 =V1，则有V3 = 2V1，σ3 = 0，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 14 表面）的反射。
基桩低应变反射波法检测
• 引言 • 低应变反射波法检测原理 • 基桩低应变反射波法检测流程 • 基桩低应变反射波法应用实例 • 基桩低应变反射波法优缺点 • 未来展望与研究方向
01
引言
基桩检测的重要性
01 02
确保结构安全
基桩是建筑物的基础，其质量直接关系到建筑物的安全性和稳定性。通 过检测基桩的质量，可以及时发现潜在的问题，避免因基桩质量不达标 导致的建筑物损坏或倒塌。
提高工程质量
对基桩进行检测是工程质量控制的重要环节。通过检测，可以及时发现 施工中的问题，采取相应的措施进行纠正，提高工程质量。
03
降低维护成本
如果基桩存在质量问题，将会导致建筑物在使用过程中出现各种问题，
如沉降、开裂等。通过基桩检测，可以及时发现并处理问题，避免因小
问题积累导致大问题出现，从而降低维护成本。
数据处理与结果分析
数据预处理
对采集到的原始数据进行滤波 、去噪等处理，提高数据质量
。
波形分析
对处理后的数据进行波形分析 ，识别和提取反射波信号的特 征参数。
结果判定
根据反射波信号的特征参数， 结合基桩设计参数和施工情况 ，对基桩质量进行判定。
出具检测报告
将检测结果整理成报告，提供 给相关单位或个人使用。
量基桩进行检测。
实时性强
低应变反射波法可以在基桩施工完成 后立即进行检测，提供实时反馈，有
助于及时发现和解决问题。
覆盖范围广
该方法适用于各种类型的基桩，包括 灌注桩、预制桩等，覆盖范围较广。
无损检测
该方法不会对基桩造成损伤，可以保 证基桩的完整性。
缺点
对检测人员要求高
受环境因素影响较大
低应变反射波法需要经验丰富的专业人员 进行操作，对检测人员的技能和经验要求 较高。
低应变反射波法对缺陷的判定
低应变反射波法（Low Strain Reflection Wave Method）是一种用于评估土壤和混凝土结构中缺陷的非破坏性测试方法。
该方法主要适用于评估基础桩的质量和完整性，以及检测土壤和混凝土中的空洞、裂缝、松散区域等缺陷。
低应变反射波法的工作原理是利用传感器或称为振发器在桩身上施加低频振动力或冲击，产生反射波。
通过接收和分析反射波的特征，可以判断桩体或土壤中是否存在缺陷。
一般情况下，反射波会受到缺陷的影响而发生幅度变化或延迟。
在使用低应变反射波法进行缺陷判定时，一般会进行以下步骤：
准备工作：包括确定测试的位置和方法，选择适当的传感器和仪器设备，并进行校准。
施加振动力或冲击：通过振发器或冲击器施加低频振动力或冲击，将能量传递到被测试的桩体或土壤中。
接收反射波：使用接收传感器接收并记录反射波的信号，通常是通过传感器接收和转换反射波的应变信号。
分析反射波：对接收到的反射波信号进行分析和处理，比较反射波的幅度、时间延迟等特征，以确定是否存在缺陷。
缺陷判定：根据分析结果，结合事先设定的判定标准和经验，判断桩体或土壤中的缺陷情况。
需要注意的是，低应变反射波法是一种表面测试方法，其适用范围和判定准确性会受到多种因素的影响，如土壤类型、桩体材料和尺寸、测试设备的性能等。
因此，在实际应用中，应结合其他测试方法和专业工程评估，综合考虑各种因素，以得出准确的缺陷判定结论。
低应变反射波法
低应变反射波法一、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<Z2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: Lx=△t²C/2二、低应变反射波法的几个建议1、桩头直接在素混凝土（浮浆）上进行测试，结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装，无论怎么改变振源，测试信号都不理想，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。
一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止，而且要尽量平整、干净（桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水）；这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。
2、传感器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。
所有动测均要求如此。
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。
传感器的安装技巧以及耦合剂的选择对加速度计和高阻尼速度计很重要。
浅析低应变反射波法在检测基桩完整性的应用
浅析低应变反射波法在检测基桩完整性的应用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。
浅析低应变反射波法基桩检测技术
的电 源开关， 进入采集系 统根据具体 情况 进行
相关阻 直 大的， 要相应加大激振
器的质最.
化为一根有约束条件的一维弹性杆. 当 在桩顶
施 加一脉冲力使 其产生弹性应力波， 通过桩顶 的 传感器 接近桩所产生的动态响 分析应力 应
大小和波形是否完整等问 不断调整 题， 振幅增
度p 等变化时的波阴 抗， Z=pCA
当应力波沿桩身传播时， 遇到波阴杭 变化界面时将产生反射和透射， 而反射的相位 和幅值大小由波阻杭变化决定。假设在基桩
析、 判断. 经大量实践表 明传感器 安装在桩半 径或四 分之三半 径处， 脉冲 锤击 频率对测试信
号达到最佳效果。
荡， 映缺陷更明显。 反 所以建 议在分析桩身存
小脉冲力持续时间短,力谱高频成份丰富， 判 断缺陷位置精度较高。在检测时激振器的落 高要相同， 作用力垂直， 激振力大小均匀。对 2. 3 波形采集 仪器安装经检查无误后， 再打开仪器设备
桩 身完整性来保证工程质量， 排除隐患， 避免 工程质量事故的发生。反射波法检侧基桩是 建立在一维弹性杆波动理论之上的， 它将桩简
加速度型传感器灵敏度应大于 100 mV棺 ， 传 感器的布点位置对实测波形是有影响的。根 据应力波理沦， 当应力波在桩顶端传播时不是
对基桩完整性的实测波形质量影响并不大. 只要在检 测时不影响激 避免传感器电 振， 缆线 接触钢筋就可以。 这样， 避免了 桩完整 因基 性
检测带来的经济损失. 提高了工作效率。 高阻尼速度型传感器、加速度型传感器
中得到广泛应用。笔者结合工作实际， 就低应 变反射波法基桩检1 1 4 技术进行了探讨。
振等特点。 速度 加 传感器 除具有高阴 尼所有 特
点外 还具有高灵 敏度、 频带宽的特点 缺桩检 侧选用的传感器， 可选宽带谱振频率较高且阻
浅谈低应变反射波法检测基桩完整性
浅谈低应变反射波法检测基桩完整性近年来，随着波动理论的的深入研究和电子技术，计算机技术的迅速提高以及微型便携机的大量普及，反射波法诊断桩身完整性技术取得了很大的发展和日益广泛的应用。
该方法能够有效的判断桩身的局部缺陷。
是一种经济、轻便、高效的桩基完整性检测手段。
低应变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，使桩中产生应力波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗界面（如桩底、断裂或离析、夹泥等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩径）部位，将产生反射波，利用特定的仪器设备经接收、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。
通过对反射信息进行分析计算，来判断桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。
反射波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，它属于快速普查桩身质量的一种方法，由于其具有检测速度快、费用低和检测覆盖面广的优点，它已成为基桩完整性检测中应用最为广泛的方法。
反射波法在实际应用中存在许多问题应引起注意和重视，否则将对基桩完整性检测的效果产生较大的影响。
笔者根据多年来现场及室内工作经验，现将日常低应变检测中常见的几个注意事项总结如下：一、桩头处理在低应变反射波法现场信号采集工作中，桩头处理的好坏关系到测试是否能够成功的重要因素，也是测试前需要准备的关键性步骤。
在实际工程中，往往由于破桩头不到位，桩顶面存在浮浆或低强度混凝土，此外，在破桩头时很容易使桩顶混凝土出现裂纹或疏松、破碎，有时桩头被水或淤泥等覆盖，所以在检测时必须对桩顶面进行处理，但在大多情况下，很多测试工作人员忽略了这一点，结果无论怎么改变传感器及其安装位置或激振方式，始终得不到理想的信号曲线。
因此，桩头应为达到设计标高的有效桩头，必须凿去表面浮浆，处理到有新鲜含骨料的混凝土为止，且桩头不能破碎，含水，不能有杂物，要尽量保证桩头干净，平整。
这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前用电砂轮打磨4至5个小平面，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。
低应变反射波曲线分析
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;⑵当端承桩和嵌岩端承桩的桩底岩土波阻抗逐渐增大时,反射波的幅值变小,若桩底岩土波阻抗大于桩身波阻抗时,此时桩底反射波符合与入射波反向;由此人们利用这一特征可以定性判断桩尖打入坚硬持力层的程度及深度3 缺陷桩的波形曲线3.1施工中造成的断桩波形图2 a深部断桩波形 b中部断桩波形 c浅部断桩波形⑴深部断裂：近似于摩擦桩的沉渣桩桩底反射,有高幅值的桩间反射,反射波相位与初始入射波相同,往往可见到2次或3次,但按平均波速算桩长却远比设计桩长要短,或按设计桩长算波速远大于一般桩的波速,如按常规公式2L/△t计算后得到的Vp达到4300m/s以上,这时就应该考虑到可能是桩基未打到设计的深度,或者是桩在深部有断桩现象⑵桩中部断裂：表现在反射波曲线的多次等周期衰减,反射曲线、反射子波的第一子波相位由于是高阻抗材料传向低阻抗的水、空气或充泥材料,故其相位与桩的初始入射波同相位,而后续波由于从低阻抗的软材料进入高阻抗的硬材料,故其相位表现为与初始入射波相反;我们可以从各反射波的等距峰峰△f值来计算断裂处的度;⑶桩浅部断裂：是指桩的断裂部位在5m内,这往往是由于机械开挖或开挖旁侧堆土所致,它的反射波曲线表现形式与桩中间断相似,但峰峰很密,幅更小,有时往往叠加在一个低频包络线上,这是由于受桩身下部的振动或工地50Hz低频影响之故,此类波形的衰减也很慢;3.2、成孔事故中造成的缩径或扩径⑴缩径：当桩身出现缩径时,缩径的上界面,其A1＞A2,由VR和VI同号,表现为反射波相位与初始入射波同向,但在缩径的下界面,由于,VR和VI为反向,故后续反射波的相位与初始入射波相反;此类由于缩径引起的反射波由于界面波阻抗差异大,故反射波形清晰、完整而直观,如严重缩径者可见到多次反射波;⑵扩径：扩径桩所引起界面反射波的特征与缩径相反, 当扩径的上界面波入射后,表现为,压缩波表现为拉伸波,VR与VI相差一个负号,故第一反射波与初始入射波相反号;当应力波进入扩径的第二界面即底界面时, ,VR和VI同号,反射波的后续波与初始入射波表现为同方向,但由于扩径的形态各有不同,其反射波的表现也将有差异,在严重扩径时,也会见到多次反射,而往往下界面的同向反射波表现得更清晰一些;图3 a缩径桩波形 b扩径桩波形3.3、灌注不当造成空洞-离析桩图4 a空洞桩波形 b离析桩波形⑴空洞桩：对于空洞桩,由于空洞上界面是从桩身材料高波阻抗Z1传向低波阻抗Z2的土层中,故桩间的第一反射波相位与入射波同向,但空洞的下端由于软材料低阻抗Z1进入硬材料桩体高波阻抗Z2,故其后续波的相位与桩初始入射波反向;对于此类缺陷因空洞的范围大小,而直接影响反射波幅值,但均可见到桩底反射;⑵离析桩：桩间出现离析或胶结不良的缺陷,从理论上分析与缩颈的类似,即在离析的第一界面反射波的相位与初始入射波相位相同,而在离析的底界面的反射波与初始波相位相反,但由于离析的程度差异及材料密度的不同,往往会引起应力波在这缺陷层面和层间的复杂反射、折射、透射和散射,表现在层间的能量的强吸收,因此在反射波形上表现为波幅值降低,波形较乱,甚至于找不出明显的同向和反向的子波;4 结论低应变波反射法在建筑工程中的得到了广泛的应用,本文是对大量工程实践总结的结果,这些曲线可以为我们桩基检测人员提供参考;由于桩及桩周围岩石的关系复杂,在实际检测过程不可盲目照搬,还应根据不同的情况进行判断;。
桩基低应变反射波法检测原理
桩基低应变反射波法检测原理
一、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。
二、低应变检测原理
1、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。
2、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；
3、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；
4、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。
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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。
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单桩承载力和桩身结构完整桩身结构完整性桩身结构完整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：1212R I Z Z V V Z Z -=+ 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。
4.1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。
4.2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。
4.3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。