低应变检测

2.5 存储多道波形
每个安装点敲击三次，三次波形叠加后的平均波形存储下
来作为一道。所以要求三次敲击的波形基本一致，否则平
均下来的波形就没有意义。
每个安装点要求存储2道以上波形，如果有三个安装点，就
要存储6道波形，这6道波形要求趋势基本一致，可能看到 桩底信号。目的是在波形分析的时候波形相互对比，确定
一般桩身混凝土的泊桑比σ＝（0.2～0.25）
Vp =(1.05 ～ 1.1)VB
VB =(0.9 ～ 0.95) Vp
这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因
1.4 桩土体系内声波传播规律
入射的半球面波有一些是
斜入射的，根据折射定律
，在桩身侧面将产生折射纵波 PP 和 折射横波 PS ，使一部分能量由桩身 折射扩散进入地层。折射入地层的 能量与斜入射的折射系数 RT 有关
速度/加速度：显示速度信号或加速度信号 一般使用的是加速度传感器，接收到的是加速度信号
习惯上看速度信号，相当于把原始信号进行积分，显示的 是积分后的速度信号
2.2 桩头的处理——击振点及接收点应打磨平整 凿去桩头浮浆层和不密实混凝土后，选择2～4个点打磨 平整（桩中心一个点，周边均匀分布几个点）
估算主频 （Hz）
1000 666 455 385 300 60m 33 100
假设C＝4000m/s
ΔF=C/2L
l
锤头的面积大脉冲宽度宽
l
锤的落距与脉冲宽度关系不大，只有信号能量大小变化；
C. 击振的锤及力棒
尼龙头 铁头 力棒（尼龙头）
聚四氟乙烯头
铝头
激振方法总结
击振脉冲波的主频选择推荐值： ● 长桩、硬地层的中长桩击振频率要求低，用材质软的锤 头，重锤重敲 L＝40m左右，f＝500～1000Hz，用力棒敲击
3.4 频谱分析
频谱分析—— 用于了解干扰波的频率范围，根据声速估算桩长、缺陷位置 或者根据设计桩长计算波速 频域曲线： 频差、多阶振型
3.5 其它处理技术
去除直流成分—— 将信号中的直流干扰成份去除 多点平滑—— 使波形光滑
波幅的归一化处理—— 将波形中最大峰值调到满度，其他波峰
按比例增加 波形的编辑—— 对上述处理后的波形进行“平移、旋转、局部缩放”
缺点——高频上不去，低频下不来，影响了使用。
加速度型传感器——压电式 频带范围—— 1 Hz～5000 Hz 安装谐振频率——几十Hz 横向灵敏度——小于5 %，直达波不会很大 电荷灵敏度——对加速度的响应程度
灵敏度高，频带宽，被广泛推广使用
接收传感器的安装与耦合
传感器的安装和耦合是能否能取得优质信号的关键问题，是检 测工作另一个重要环节。
工程名称、检测单位、检测日期 桩号、桩长、桩径、 波速、桩型、灌桩工艺 B 参数设置：
传感器类型: 速度型、加速度型
激振器：冲击锤、力锤（带传感器的锤）
采样间隔、采样点数：
决定了每次采样的记录时间长度，一般采样长度设置为 1024个点，采样间隔5μ s～50μ s
举例说明
显示时间：1024×10μ s≈10000μ s ＝10ms 假设V＝4km/s , 可测桩长L＝4km/s×10ms÷2＝10m 一般默认采样长度从1024点，只设桩长和波速，仪器自动计 算采样间隔
增益：信号的放大倍数（放大镜） 对接收到的信号按指定倍数进行放大 长桩信号弱，应加大倍数，短桩减小倍数，以在屏 幕上显示的波形大小适宜为准，不能超屏，也不能过小。
放大的特点是所有信号（含干扰信号）都进行放大了。
区别于信号处理时的放大（指数放大、线性放大） 按指数规律把桩底信号放大显示出来。
触发方式：外触发、内触发（力锤） 触发电平：电压大于某个数值（阀值）时，认为是有用信 号
缺陷的判定： 缩径类缺陷：同相位波形，存在多解性，例如： 离析、空洞、二次浇灌面、夹泥、缩径 地层由硬变软
扩径类缺陷：反相位波形
必须收集与掌握基桩施工过程的全部技术资料、档案，包括 工程场地的工程地质勘察报告、水文地质概况 灌注桩的成孔方式、成孔工艺 灌注桩的作业环境、灌注工艺、施工记录、异常情况
缺陷的位置和性质。
2.6 浅部缺陷的位置确定
如果发现桩头浅部有缺陷时（波形表现为宽幅低频大摆动 信号），除了正常敲击信号外，还要增加高频敲击信号。
方法为：
1 选用质量较轻的铁锤或铝质锤头轻轻敲击，得到的高 频信号在分析时可以准确确定缺陷的深度。
2 设定较短的桩长（比如设定的桩长为2m左右），波速
设为经验值，再用质量较轻的铁锤或铝质锤头轻轻敲击， 得到的高频信号。
缺陷桩的分类
类别 Ⅰ类桩 分类原则 桩身完整 时域信号特征 2L/c时刻前无缺陷反射波， 有桩底反射波
桩身有轻微缺陷，不会 2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波， Ⅱ类桩 影响结构承载力的正常 有桩底反射波 发挥
Ⅲ类桩 桩身有明显缺陷，对桩 有明显缺陷反射波，其他特征介于 身结构承载力有影响 Ⅱ类和Ⅳ类之间 2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或 周期性反射波，无桩底反射波；或因 桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大 振幅衰减振动，无桩底反射波
积分后的 速度信号
速度信号
积分后的
位移信号
第二组信号 原始加速度信号
第二组信号
积分后的 速度信号
低通+积分
速度信号
3.3 信号放大
线性放大，波幅按固定的放大倍数放大
指数放大，波幅是按指数规律衰减，按指数放大的目的 是突出深部缺陷及桩底信号 放大延迟，桩头和浅部信号较强，不需要放大处理， 放大的起点位置在桩头向下一定深度开始
铁头 铝头 尼龙头 聚四氟乙烯 力棒 桩长 ΔF（Hz） 3ΔF（Hz）
脉冲宽度 （ms）
0.5 0.75 1.1 1.3 1.5 5m 400 1200 10m 200 600 20m 100 300
脉冲长度 (m)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 30m 67 200 40m 50 150
▼缺陷垂直方向大小无法确定 缺陷的上下界面混叠，很难分辨缺陷垂直方向的尺寸；
▼ 缺陷的水平方向尺寸无法定量确定；
▼
嵌岩桩有可能推断出孔底有无沉渣，但 无法确定其厚度；
▼
▼
逐渐扩径后突然缩径的缺陷很容易误判 为缩径；
只能了解桩身的平均声速，不能用 声速判定桩身混凝土匀质性；
▼ 仅从反射波的时域波形不能推断出缺陷
3 反射波的信号处理
目的：去除杂波、改善信号质量、使信号直观、一般人员能看懂。
3.1 低通滤波—— 去处高频杂波或干扰波 长桩（30～40m）：f＝500～1000Hz 短桩（10～20m）：f＝1000～2000Hz 浅部缺陷： f＝1000～2000Hz
原始信号
低通滤波
3000Hz
低通滤波 2000Hz
RT＝
2Z 2 COS Z 2 COS Z1COS t
（ 注：上式中的α即图中的θ ； 式中的βt即图中的θ2）
1.5 桩底及缺陷的反射波
t
t
L
摩擦桩桩底反射
t
L
缩径类缺陷反射
t
L
嵌岩桩桩底反射
L
扩径类缺陷反射
t
L
扩径多次反射
2. 现场检测技术要点
2.1 参数设置中应注意的问题
A 工程信息设置
低应变反射波法 基桩完整性检测技术
第三章 反射波法检测技术
1 声学基础
1.1反射波的基本原理
在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下 传播，在桩身存在明显波阻抗界面（如桩底、断桩 或严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或 扩径）部位，将产生反射波。反射波经接收、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、判断桩身缺陷的程度及 位置。
位置：一般在桩头向下5m以内区域，出现的问题有夹泥、 夹砂或严重离析、分层等
缺陷类型： 分层离析、夹泥、低强混凝土，缩径、开裂等 信号特征： 表现为“低头”现象 成因：剔凿桩头不到位 导管拔出方式和拔出时间不正确 其它原因（塌孔、地表强泾流等） 温度影响（冬季施工时桩头问题）
3.6 反射法的资料解释
声时 波幅 频率 相位 时域曲线： 直达波 桩底反射波 缩径类缺陷反射波 扩径类缺陷反射波 扩径多次反射波 频域曲线： 频差、多阶振型
同相位反射波
反相位反射波
1C1 A1 2 C 2 A2 RV 1C1 A1 2 C2 A2
时程曲线图与扩径多次反射信号
桩身混凝土强度达到设计强度70%以上才能进行检测
2.3 瞬态击振问题——击振脉冲宽度要适当
A. 根据桩长、地层状况和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波，
击振频率应能分辨整个桩长的一阶和多阶共振频率（3Δ F以上）， 桩的轴向振动特性
桩长 ΔF（Hz） 3ΔF（Hz） 5m 400 1200 10m 200 600 20m 100 300 30m 67 200 40m 50 150 60m 33 100
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷
3.7 工程实例 实例1
完整桩
加速度信号
完整桩
速度信号
实例2 ——
预制方型桩，长10m，尺寸350×350mm
实例3
实例4
时域分析与频分析深度不一致的情况应引起注意， 要多个波形综合分析
同一根桩的另一组测试信号
实例5——浅部缺陷
3.8 反射波法存在的不足
应注意的问题有：
A. 安装的部位混凝土应完整、无松动，表面平整； B. 传感器安装应与桩顶面垂直； C. 用耦合剂粘结要粘牢，不可在击振时使其产生附加振动； D. 耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥； E. 使用加速度感器时用橡皮泥一类的耦合剂还可以起到机 械滤波，将击振的高频干扰成分滤除。 F. 防止碰撞破坏