低应变(反射波法)检测培训(PPT课堂)

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假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界，界 面上部波阻抗z1=ρ1·c1·A1，下部波阻抗
z2=ρ2·c2·A2。
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 量较差缺陷，反射波VR与入射波VI相位一致；
③当z1<z2时，表示在相应位置存在扩径，反射波VR 与入射波VI相位相反；
低应变(反射波法)检测
黄恒英
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低应变反射波法检测利用手锤或力棒在 桩头施加一小冲击力F（t），激发一应力 波沿桩身传播，然后利用速度或加速度传 感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底 产生的反射信号组合的时程曲线，最后利 用信号采集分析对所记录的带有桩身质量 信息的波形进行处理和分析，并结合有关 地质资料和施工记录作出对桩的完整性的 判断。
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（2）离析桩 工程桩11#，桩长10.5m,实测曲线与完整桩不相同,入射
波与反射波同相位,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。
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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。
即称为广义波阻抗比。
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(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。
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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
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（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。
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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。
晰桩底反射波明显可辨，桩底反射波初至与入射波初至同相位， 桩底反射时间为4.70ms,纵波波速为3950m/s。
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现场钻心法检查，桩身砼芯呈柱状，连续完整，表面光滑， 断口吻合，胶结好、骨料分布均匀，桩底无沉渣现象，底部 与持力层界面清晰，对砼抽检抗压强度在34.9—48.9之间,属 于完整桩。钻芯检测结果与反射波检测结果一致。
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2、测试参数设定 测试前必须按规定设有足够信号记录和信号分析 要求（时域的时间段长度2L/C时刻延续不少于 5ms，幅频的频率范围上限不少2000Hz，桩的 几何尺寸（桩长、桩身截面），桩身波速初值， 采集点（不少于1024点）及传感器计量检定参数。
④当桩身存在缺陷时，根据反射波VR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=⊿t·c/2 （10） 7
二、典型桩波形分析 通过以上桩身缺陷性质判断规律：如举列几种典型缺陷桩 波形。
1、完整桩：完整桩仅有桩底反射：反射波和入射波同相位。
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2、截面突变桩：桩身截面变小处反射波上行拉力波，遇桩顶自由 端发射为下行压力波（t1 = t2 = 2⊿L/C）；桩身截面变大 处反射为上行压力波，遇桩顶自由端反射为下行拉力波 （t1=t2=2⊿L/C）。
(一)广义波阻抗及波阻抗界面
设桩体某段唯一分析单元，其桩身介质密度， 弹性波波速，截面面积分析用ρ、c、A表示， 则令
Z=ρ·c·A
(1)
称为广义波阻抗。
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发生变化处称为波阻抗 界面，其比值可表示为
n=Z1/Z2
=(ρ1·c1·A1) / （ρ2·c2·A2） （2）
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基本原理
假定一根桩作为一维杆件，考虑材质均匀， 截面恒定的弹性杆，长度为L，截面积为A，弹 性模量为E，质量密度为ρ。取杆轴为χ轴，若 杆变形时平截面假设成立，受轴向力F作用， 沿杆轴向产生位移u，质点运动速V=əu/ət 和 应变ε=əu/əx变化，通过动力学和运动学得出 一维波动方程求解。
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ρ1·c1·A1（vI-vr）=ρ2·c2·vT (5)
联方式（3）、（5）求解可得
vI = -FvI
(6a)
vt = nTvT
(6b)
其中
F = 1-n/1+n (反射系数) （7a）
T = 2/1+n （透射系数） （7b）
式（7）就是小扰动应力波反射法中利用的反射波与入射波
的速度量的相位关系来分析的重要性。
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四、现场检测要求
低应变动测试桩较为简单，但现场检测中不能 忽略，在检测过程必须严格按有关规定要求进 行。
1、桩头处理
现场信号采集工作中，桩头的处理是测试成功 的第一关键，但在多数情况下，很多测试人员 忽略这一点。一般基本要求，桩头的处理以平 承台底的有效桩长，桩头露出骨料的混凝土面 为止，尽量凿平ห้องสมุดไป่ตู้平，清理干净，有利于传感 器的安装和力棒或力锤敲击。
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6、扩底桩：扩底桩在扩底开始处的反射波和入射波反相 位，底结束处的反射波的入射波同相位。
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7、嵌岩桩：嵌岩效果好的桩，桩底反射波和入射波反相位。
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8、截面渐变桩：截面渐变桩不易判断，截面渐变过程和 侧阻力增加的反射波近似，渐变结束处的反射波和入 射波同相位。
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三、工程实例分析
（1）完整性 工程桩13#桩长为9.30m,实测曲线的反射波波形规则、波列清
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3、断桩：在断桩处应力波产生多次反射，反射波和入射波 同相位，看不到桩底反射。
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4、半断桩身夹层处的发射波和入射波同相位，桩底反射 波和入射波同相位。
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5、缩颈、离析和夹泥桩：缩颈桩和离析桩，开始部位和 反射波和入射波同相位，缩颈和离析结束部位的反射 波和入射波反相位，缩颈和离析不严重的桩，部分应 力波还透射传播，可看到桩底反射，反射波和入射波 同相位。