反射波法检测工程桩桩身完整性
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2.2.1 桩身内平面波的声波传播速度
一维干的声波传播速度
VB
E
E ――桩身混凝土弹性模量(MPa/m2)
――桩身混凝土密度（Kg/m3）
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.2 桩身波速视为一维杆波速的边界条件
2D
即当
D 1 5桩L 身声 速为
VB
E
波长λ＝C/f＝VB/f；D为桩径；L为桩长。
此外还有扩径缺陷、扩底桩
1.概述
1.4 反射波法可能检测到的桩身缺陷类型
施工中由于工艺因素、地层的地质因素、施工的人为 因素，桩身出现的下列缺陷反射波法可以检测 ：
1. 空洞（原地灌注桩） 2. 夹泥（原地灌注桩） 3. 微裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 4. 断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 5. 二次浇灌面（原地灌注桩） 6. 缩径（原地灌注桩） 7. 扩径（原地灌注桩） 8. 扩底
一 概述
1. 1 桩式基础的优越性
▲ 有很好的抗震性能（一般动荷载比静荷载要大6－7倍）； ▲ 桩的承载力高(可加大桩径，扩大桩底面增加承载力)； ▲ 沉降量较小 ▲ 复杂地层如沙土地层、软弱地层、黄土地层等可用桩穿
过这些地层使荷载作用到承载力高的地层上。
1.概述
1.3 原地灌注桩桩身可能存在的缺陷
பைடு நூலகம்
工程桩桩身内的纵波声速（C20—C25）范围
预制桩桩身的声速 ： 4200 m/s 水下灌筑桩的声速 ： 3300-3800 m/s 干作业灌筑桩声速 ： 3500-4000 m/s
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.3 桩身反射波的传播速度和超声测试波速的关系
一维干的声速
VB
E
超声波的声速
根据折射定律在桩土界面会 产生折射现象，折射定律说的是：
sinl sin j sin l sin t
C1P
C1P
C2P
C2S
所以，斜入射的纵波P，在桩土界 面有折射纵波 PP 折射到土层，同理 还有折射横波 PS 也折射到图层。
上述结论，是作者所承担部级资助课题 “桩土体系声波传播规律”研究实验成果所证 实。详细论述，参阅《基桩声测与动测技术》 一书，该书2009年出版
1.概述
1.5 工程桩完整性检测方法
声波透射法、低应变反射波法、 钻芯法、 高应变法
1.6 工程基桩完整性检测的有关规程
1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T 106-2003） 2.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004） 3.《基桩低应变动力测桩规程》 （JGJ/T 93—95） 4.《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS 21：2000）
实际桩身内存在多次 反射和折射，所以桩身特 别是桩头内的声场是较复 杂的。
这些多次反射不会影 响我们对桩身缺陷的检测， 就忽略它们的存在。
◆ 低应变使用的是小锤，锤头是球面 的，它属于“点振源”，激励桩头后， 在桩身内激励产生的是半球面波。这时 产生的波动是三维问题，有试验验证。
远离振源后，可近似视为平面 波，故波速可按平面波处理。实 践证实，这种简化问题之处理方 法是正确的
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2 点源激振在桩身内的振动与波动规律
01-2004）
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
锤头击振桩头会产生什么现象？
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
当锤击激励桩头，会引起什么物理 现象发生？
有两方面问题需考虑：一桩身内会 产生什么振动和波动；二地层中会引起 波动吗？
1.概述
1.7 反射波检测基桩完整性的发展概况
1.荷兰于二十世纪六十年代中期开发了反射波法检测基桩完整性方法 2.我国在上世纪八十年代中后期国家基本建设大规模发展的背景下
开发研究并推广了反射波法基桩完整检测技术 3.1995年地质矿产部和建设部联合颁发了《基桩低应变动力检测规程》
（JGJ/T 93－95） 4. 2003年建设部颁发 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106－2003） 5. 2004年交通部颁发《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-
为搞清上述问题，我得到一个 部级资助研究项目：研究“桩土 体系内声波传播规律”。给出了 答案，将在后面论述。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
◆ 首先建立波振面概念。
波振面说的是介质受到外力扰动时，质点弹性振动的传递 波动过程，在最前面的波动面称“波前面”，在波动过程中同相 位的质点振动面称“波振面”。它和振源的类型有关。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.5 桩身中声波的折射与反射概念
◆ 斜入射时的反射与折射
◆ 垂入射时的反射与透射
◆ 射射定律（Snell）
sinl sin j sin l sin t
C1P
C1P
C2P
C2S
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.6 斜入射的波会在桩土界面产生“折射现象“
VP
E
(1 ) (1 )(1 2 )
所以超声波的声速高于反射波的声速
一般桩身混凝土的泊桑比σ＝（0.2～0.25） VP =(1.05―1.1)VB
这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.4 桩头水平方向波的传播
沿桩头表面传播的是纵波、横波、面波堆积在一起的波动， 故称之为“直达波”
◆ 波振面有三种形式，如下：
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
◆ 高应变击振使用的是大吨位的重 锤，锤头是平面的，击振桩头后，在桩
身内激励的是平面波，如右图。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
锤击击振桩头产生的是半球面波
反射波法检测 工程桩桩身完整性
吴庆曾
原中国地质调查局技术方法研究所
2013.04.06 (2013.07.24修改）
讲授和讨论下列问题
1. 概述 2. 反射波法检测桩身缺陷的基本原理 3. 桩身内不同类型缺陷反射波规律 4. 反射波法的现场数据采集技术要点 5. 反射波信号的处理 6. 数据采集后的处理和推断解释方法 7. 反射波的频域解释 8. 反射波存在的不足之处
一维干的声波传播速度
VB
E
E ――桩身混凝土弹性模量(MPa/m2)
――桩身混凝土密度（Kg/m3）
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.2 桩身波速视为一维杆波速的边界条件
2D
即当
D 1 5桩L 身声 速为
VB
E
波长λ＝C/f＝VB/f；D为桩径；L为桩长。
此外还有扩径缺陷、扩底桩
1.概述
1.4 反射波法可能检测到的桩身缺陷类型
施工中由于工艺因素、地层的地质因素、施工的人为 因素，桩身出现的下列缺陷反射波法可以检测 ：
1. 空洞（原地灌注桩） 2. 夹泥（原地灌注桩） 3. 微裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 4. 断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 5. 二次浇灌面（原地灌注桩） 6. 缩径（原地灌注桩） 7. 扩径（原地灌注桩） 8. 扩底
一 概述
1. 1 桩式基础的优越性
▲ 有很好的抗震性能（一般动荷载比静荷载要大6－7倍）； ▲ 桩的承载力高(可加大桩径，扩大桩底面增加承载力)； ▲ 沉降量较小 ▲ 复杂地层如沙土地层、软弱地层、黄土地层等可用桩穿
过这些地层使荷载作用到承载力高的地层上。
1.概述
1.3 原地灌注桩桩身可能存在的缺陷
பைடு நூலகம்
工程桩桩身内的纵波声速（C20—C25）范围
预制桩桩身的声速 ： 4200 m/s 水下灌筑桩的声速 ： 3300-3800 m/s 干作业灌筑桩声速 ： 3500-4000 m/s
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.3 桩身反射波的传播速度和超声测试波速的关系
一维干的声速
VB
E
超声波的声速
根据折射定律在桩土界面会 产生折射现象，折射定律说的是：
sinl sin j sin l sin t
C1P
C1P
C2P
C2S
所以，斜入射的纵波P，在桩土界 面有折射纵波 PP 折射到土层，同理 还有折射横波 PS 也折射到图层。
上述结论，是作者所承担部级资助课题 “桩土体系声波传播规律”研究实验成果所证 实。详细论述，参阅《基桩声测与动测技术》 一书，该书2009年出版
1.概述
1.5 工程桩完整性检测方法
声波透射法、低应变反射波法、 钻芯法、 高应变法
1.6 工程基桩完整性检测的有关规程
1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T 106-2003） 2.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004） 3.《基桩低应变动力测桩规程》 （JGJ/T 93—95） 4.《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS 21：2000）
实际桩身内存在多次 反射和折射，所以桩身特 别是桩头内的声场是较复 杂的。
这些多次反射不会影 响我们对桩身缺陷的检测， 就忽略它们的存在。
◆ 低应变使用的是小锤，锤头是球面 的，它属于“点振源”，激励桩头后， 在桩身内激励产生的是半球面波。这时 产生的波动是三维问题，有试验验证。
远离振源后，可近似视为平面 波，故波速可按平面波处理。实 践证实，这种简化问题之处理方 法是正确的
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2 点源激振在桩身内的振动与波动规律
01-2004）
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
锤头击振桩头会产生什么现象？
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
当锤击激励桩头，会引起什么物理 现象发生？
有两方面问题需考虑：一桩身内会 产生什么振动和波动；二地层中会引起 波动吗？
1.概述
1.7 反射波检测基桩完整性的发展概况
1.荷兰于二十世纪六十年代中期开发了反射波法检测基桩完整性方法 2.我国在上世纪八十年代中后期国家基本建设大规模发展的背景下
开发研究并推广了反射波法基桩完整检测技术 3.1995年地质矿产部和建设部联合颁发了《基桩低应变动力检测规程》
（JGJ/T 93－95） 4. 2003年建设部颁发 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106－2003） 5. 2004年交通部颁发《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-
为搞清上述问题，我得到一个 部级资助研究项目：研究“桩土 体系内声波传播规律”。给出了 答案，将在后面论述。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
◆ 首先建立波振面概念。
波振面说的是介质受到外力扰动时，质点弹性振动的传递 波动过程，在最前面的波动面称“波前面”，在波动过程中同相 位的质点振动面称“波振面”。它和振源的类型有关。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.5 桩身中声波的折射与反射概念
◆ 斜入射时的反射与折射
◆ 垂入射时的反射与透射
◆ 射射定律（Snell）
sinl sin j sin l sin t
C1P
C1P
C2P
C2S
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.6 斜入射的波会在桩土界面产生“折射现象“
VP
E
(1 ) (1 )(1 2 )
所以超声波的声速高于反射波的声速
一般桩身混凝土的泊桑比σ＝（0.2～0.25） VP =(1.05―1.1)VB
这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.2.4 桩头水平方向波的传播
沿桩头表面传播的是纵波、横波、面波堆积在一起的波动， 故称之为“直达波”
◆ 波振面有三种形式，如下：
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
◆ 高应变击振使用的是大吨位的重 锤，锤头是平面的，击振桩头后，在桩
身内激励的是平面波，如右图。
2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理
2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律
锤击击振桩头产生的是半球面波
反射波法检测 工程桩桩身完整性
吴庆曾
原中国地质调查局技术方法研究所
2013.04.06 (2013.07.24修改）
讲授和讨论下列问题
1. 概述 2. 反射波法检测桩身缺陷的基本原理 3. 桩身内不同类型缺陷反射波规律 4. 反射波法的现场数据采集技术要点 5. 反射波信号的处理 6. 数据采集后的处理和推断解释方法 7. 反射波的频域解释 8. 反射波存在的不足之处