低应变动测原理2讲解
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力： F1=F2 FI+FR=FT
2
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV
VR VI
Z1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
第二部分 低应变法测桩技术
一、应力波反射法测桩的基本原理是什么？ 答：（1）用手锤或力锤，力棒敲击桩顶 （2）由此产生的应力波沿桩身以速度C向下传播，应力波通过桩
阻抗Z（Z=ρAC）变化界面时，如缩颈，夹异物砼离析或扩 颈，一部分应力波产生反射向上传播，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 （3）由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并 由测桩仪进行信号放大等处理后，得到速度或加速度时程 曲线 （4）从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核校长，由平 均波速大小可以估计砼的强度等级
IV
VT VI
2Z1 Z2 Z1
=0 固定端（Z2=∞） =2自由端（Z2=0）
5
三、各种桩身阻抗变化的应力波反射法的时域曲线
6
7
8
9
10
11
12
13
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四、应力波反射法的浅层缺陷 波形特征
答：对于浅层缺陷，当敲击脉冲较宽，使波长λ>=L时（L 缺陷深度），应力波传播不满足波动理论，而是质一弹体 系的刚性振动，其频率比应力反射波低得多，因此浅层缺 陷的反射波常为频率低，振幅大，周期长的信号，或高， 低频信号混叠的波形，同时看不到桩底反射.
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV
VR VI
Z1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
当入射波为压力波时，沿桩身遇有扩颈等阻抗变大时
（Z2>Z1） ,Rv<0 即入射波与反射波反相位
效果好（榔头）
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3）激振能量要适当，激振能量以能看到桩底反射的前提
下尽可能小，使桩周参加振动的土体尽量少，以减少对波
形的干扰。 桩长 土好 用大锤。 桩短 土差 用小锤。
（土好，吸收能力强）
（4）敲击脉冲力宽度要适中：改变锤头的材料，锤垫，不 同桩长用不同的脉冲宽度：
桩长
脉冲宽度
L<10m =0.7~1.0ms 10<L<20m =1.0~2.0ms
1
二、用反射波的相位判断桩身阻抗变化 答：由波动方程的波动解： u(z,t) f(zct) g(zct)
用脚码I、R、T分别表示入射波，反射波和透射波
入射下行波满足： FI=-VIZ1 反射上行波满足： FR=VRZ1 透射下行波满足： FT=-VTZ2
由桩身阻抗变化界面处的连续条件得 位移、速度方程和力的平衡方程: 位移：u1=u2 uI+uR=uT 速度：V1=V2 VI+VR=VT
当入射波为压力波时，沿桩身遇有缩颈，断裂，砼离析和夹
泥等阻抗变小时（Z2<Z1）,Rv>0 即入射波与反射波同相位
RF<0 即入射波与反射波性质相反，为拉伸波
极端情况：自由桩端处: Z2=0: Rv= 1 RF= -1
IF=0 IV=2
3
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
当敲击力脉冲过窄，也易产生高频干扰信号，所以应用尼 龙头或加大锤垫厚度增大锤击力脉冲宽度
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八、如何把握激振技术？
（1）桩顶处理：凿去浮浆层至新鲜砼，无积水，平整干净 桩顶，安装激振器或敲击点的桩中心部位和安装量测响应传 感器位置要磨削平整光滑，保持水平面，避免锤击时产生寄 生共振。
①灌注桩有低强度的浮浆将直接影响到传感器的安装及锤击 所产生的弹性波在桩顶部分的传播，因此必须清除干净，以 露出干净的混凝土表面为准。
答：桩动测技术是建立在一维应力波理论基础上，并做了 平截面假定，而大直径桩桩顶附近各截面每一质点运动速 度并不一致，三维效应严重，瑞利波，剪切波，压缩波中 前两者从周边反射将使测试信号产生高频成分。这种高频 干扰波会掩盖桩身反射波，尤其是较弱的桩底反射。据理 论计算，当锤击点在桩中心处时在2/3 R处这种干扰力最 小，是传感器的理想安装处。
20<L<30m =2.0~3.0ms
L>30m =3.0~4.0ms 如要做频谱分析，脉冲宽度则掌握在使频谱图上出现2~3
阶谐振频率，这样才能得两个频差。
RF>0 即入射波与反射波性质相同，为压力波
极端情况：固定桩端处：Z2=∞：RV= -1 RF= 1
4
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
透射系数IF和IV
IF
FT FI
2Z2 Z2 Z1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=0 自由端（Z2=0） =2 固定端（Z2=∞）
答：除检测桩盲区外，还有： （1）激振力频率f低：不产生波动现象将测不到浅部缺陷
的反射波。 解决：用小锤，减少锤击时间，增大脉冲力中的高频率成
分。 （2）桩身和桩测土阻尼大使应力波衰减，不易看到缺陷。 解决： 加大锤击能量，加锤垫增大锤击时间，降低脉冲力
中的高频率成分。
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七、用应力波反射法检测大直径桩应注意哪些问题？
②预应力管桩：当法兰盘与桩身混凝土之间结合密实时，可 不进行处理，若有松动和破损现象，必须用电锯截除，不可 凿除；
③检测前将被检测桩顶部与相邻的垫层或承台断开，避免因 垫层或承台连接造成波的散射，使波形复杂化。
（2）敲击力要集中，铅直，使振动模式单一。 采用力棒或自由落锤，激振能量和信号重复性都比用锤敲击
15
五、什么是测桩盲区:
答：桩顶受点振源锤击扰动后，最初形成的波动区，最靠 近桩顶部分形成半球面波，传播不满足平截面假定，同时 下行压力波会掩盖上行的力波，使得反映桩身缺陷或扩颈 的上行波不易识别，
桩顶呈现这种现象的区段称为盲区（一般桩顶下1—1.5D）
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六、检测不到桩身缺陷的原因及解决？
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结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV
VR VI
Z1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
第二部分 低应变法测桩技术
一、应力波反射法测桩的基本原理是什么？ 答：（1）用手锤或力锤，力棒敲击桩顶 （2）由此产生的应力波沿桩身以速度C向下传播，应力波通过桩
阻抗Z（Z=ρAC）变化界面时，如缩颈，夹异物砼离析或扩 颈，一部分应力波产生反射向上传播，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 （3）由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并 由测桩仪进行信号放大等处理后，得到速度或加速度时程 曲线 （4）从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核校长，由平 均波速大小可以估计砼的强度等级
IV
VT VI
2Z1 Z2 Z1
=0 固定端（Z2=∞） =2自由端（Z2=0）
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三、各种桩身阻抗变化的应力波反射法的时域曲线
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四、应力波反射法的浅层缺陷 波形特征
答：对于浅层缺陷，当敲击脉冲较宽，使波长λ>=L时（L 缺陷深度），应力波传播不满足波动理论，而是质一弹体 系的刚性振动，其频率比应力反射波低得多，因此浅层缺 陷的反射波常为频率低，振幅大，周期长的信号，或高， 低频信号混叠的波形，同时看不到桩底反射.
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV
VR VI
Z1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
当入射波为压力波时，沿桩身遇有扩颈等阻抗变大时
（Z2>Z1） ,Rv<0 即入射波与反射波反相位
效果好（榔头）
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3）激振能量要适当，激振能量以能看到桩底反射的前提
下尽可能小，使桩周参加振动的土体尽量少，以减少对波
形的干扰。 桩长 土好 用大锤。 桩短 土差 用小锤。
（土好，吸收能力强）
（4）敲击脉冲力宽度要适中：改变锤头的材料，锤垫，不 同桩长用不同的脉冲宽度：
桩长
脉冲宽度
L<10m =0.7~1.0ms 10<L<20m =1.0~2.0ms
1
二、用反射波的相位判断桩身阻抗变化 答：由波动方程的波动解： u(z,t) f(zct) g(zct)
用脚码I、R、T分别表示入射波，反射波和透射波
入射下行波满足： FI=-VIZ1 反射上行波满足： FR=VRZ1 透射下行波满足： FT=-VTZ2
由桩身阻抗变化界面处的连续条件得 位移、速度方程和力的平衡方程: 位移：u1=u2 uI+uR=uT 速度：V1=V2 VI+VR=VT
当入射波为压力波时，沿桩身遇有缩颈，断裂，砼离析和夹
泥等阻抗变小时（Z2<Z1）,Rv>0 即入射波与反射波同相位
RF<0 即入射波与反射波性质相反，为拉伸波
极端情况：自由桩端处: Z2=0: Rv= 1 RF= -1
IF=0 IV=2
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结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
当敲击力脉冲过窄，也易产生高频干扰信号，所以应用尼 龙头或加大锤垫厚度增大锤击力脉冲宽度
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八、如何把握激振技术？
（1）桩顶处理：凿去浮浆层至新鲜砼，无积水，平整干净 桩顶，安装激振器或敲击点的桩中心部位和安装量测响应传 感器位置要磨削平整光滑，保持水平面，避免锤击时产生寄 生共振。
①灌注桩有低强度的浮浆将直接影响到传感器的安装及锤击 所产生的弹性波在桩顶部分的传播，因此必须清除干净，以 露出干净的混凝土表面为准。
答：桩动测技术是建立在一维应力波理论基础上，并做了 平截面假定，而大直径桩桩顶附近各截面每一质点运动速 度并不一致，三维效应严重，瑞利波，剪切波，压缩波中 前两者从周边反射将使测试信号产生高频成分。这种高频 干扰波会掩盖桩身反射波，尤其是较弱的桩底反射。据理 论计算，当锤击点在桩中心处时在2/3 R处这种干扰力最 小，是传感器的理想安装处。
20<L<30m =2.0~3.0ms
L>30m =3.0~4.0ms 如要做频谱分析，脉冲宽度则掌握在使频谱图上出现2~3
阶谐振频率，这样才能得两个频差。
RF>0 即入射波与反射波性质相同，为压力波
极端情况：固定桩端处：Z2=∞：RV= -1 RF= 1
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结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
透射系数IF和IV
IF
FT FI
2Z2 Z2 Z1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=0 自由端（Z2=0） =2 固定端（Z2=∞）
答：除检测桩盲区外，还有： （1）激振力频率f低：不产生波动现象将测不到浅部缺陷
的反射波。 解决：用小锤，减少锤击时间，增大脉冲力中的高频率成
分。 （2）桩身和桩测土阻尼大使应力波衰减，不易看到缺陷。 解决： 加大锤击能量，加锤垫增大锤击时间，降低脉冲力
中的高频率成分。
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七、用应力波反射法检测大直径桩应注意哪些问题？
②预应力管桩：当法兰盘与桩身混凝土之间结合密实时，可 不进行处理，若有松动和破损现象，必须用电锯截除，不可 凿除；
③检测前将被检测桩顶部与相邻的垫层或承台断开，避免因 垫层或承台连接造成波的散射，使波形复杂化。
（2）敲击力要集中，铅直，使振动模式单一。 采用力棒或自由落锤，激振能量和信号重复性都比用锤敲击
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五、什么是测桩盲区:
答：桩顶受点振源锤击扰动后，最初形成的波动区，最靠 近桩顶部分形成半球面波，传播不满足平截面假定，同时 下行压力波会掩盖上行的力波，使得反映桩身缺陷或扩颈 的上行波不易识别，
桩顶呈现这种现象的区段称为盲区（一般桩顶下1—1.5D）
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六、检测不到桩身缺陷的原因及解决？