桩基动测检测讲义

中铁一局沪昆客专长昆湖南段八标基桩检测培训
低应变反射波法
胡庆勋 编著
二○一一年四月
国内低应变法遵循的规范、规程
1、铁路工程基桩检测技术规程（TB102182008） 2、公路工程基桩动测技术规程（JTG/TF8101-2004） 3、建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）
目 录
• • • • • • • 一、适用范围（目的） 二、理论基础 三、仪器设备 四、现场检测技术 五、检测数据分析与判定 六、检测报告 七、工程实例
（2）对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中 心2/3半径处，传感器与激振点的距离桩不宜小于 1/2半径，且避开钢筋笼主筋的影响。
（3）当桩径D≤800mm时应设臵2个测点；当桩 径800＜D≤1250mm时应设臵3个测点；当桩径1250 ＜D＜2000mm时应设臵4个测点。 （4）对预应力混凝土管桩应在两条相互垂直的 直径上各布臵2个测点。
①搜集工程地质资料了解桩和桩周土的刚度比 大小、桩侧土阻尼大小、影响波形特征、影响检 测深度，采取适当的措施，帮助正确地进行波行 分析。 ②基桩设计图纸：了解桩型、设计砼强度、承 载力、基础类型，分析缺陷影响程度时参考。 ③施工记录和监理日志： 了解施工工艺及施工过程中出现的异常情况， 做到有的放矢，最终尽可能正确地分析出缺陷的 类型。
（2）当桩身波速平均值无法按上款确定 时，可根据本地区相同桩型及施工工艺的其 他桩基工程的测试结果，并结合桩身混凝土 强度等级与实践经验综合确定。 不同混凝土强度等级的反射波波速经验值
注意：预制桩在空气中测得速度要比在土 中测得的速度高。
3．桩身缺陷位臵按下列公式计算
1 1 C t C 2000 2 f x
（4）应测量并记录桩顶截面尺寸。
①确定检测点数
目的 ②帮助分析判断 （5）混凝土灌注桩的检测宜在成桩14d以后进行。 建设部和铁道部规定：至少达到设计强度的70%， 且不小于15MPa. （6）打入或静压式预制桩的检测应在相邻桩打完 后进行。
1、会对周围产生不同程度的挤土效应，严重的将会引起土体隆 起和接桩部分脱焊；
六、检测报告
检测报告应结论准确，用词规范。 （1）委托方名称，工程名称，建设单位、设计单 位、监理单位、咨询单位、施工单位。
（2）工程概况、地质概况、设计与施工概况，受 检基桩相关参数，桩位布臵图。
（3）检测技术及方法，检测依据、数量、日期、 仪器设备。
（4）受检桩的检测数据，实测与计算分析曲线， 检测结果汇总表，检测结论，相关照片。
①基坑开挖造成土体应力释放、土体
2、基坑开挖后检测
位移
桩倾斜、断裂；
①避免超灌部分的质量
②开挖过程中，机械对桩的破坏。 3、应在桩顶设计标高检测 问题造成误判 ②后期开挖桩头处理对桩身的破坏
2．传感器安装规定 （1）传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮 泥等耦合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。
传感器安装的好坏对采集信息的影响很大， 粘结层应可能薄。传感器底面与桩顶应紧密接触， 不得用手接触传感器，在信号采集过程中不得产 生滑移或松动。
二、理论基础
基桩质量是波动理论为基础的，根据基本假定条 件，将桩简化为一维弹性直杆建立力学模型进行计 算。 1、假设条件：
（1）视桩为一维弹性直杆；
（2）假定基桩为均质材料构成，其各物理参数 如弹性模量、质量密度为常数（及向同性），且横 截面在受力时保持平面（刚体）； （3）忽略了桩的内外阴尼和表面摩擦力的影响， 桩周土对桩的约束和支承作用，集中由桩底的一个 弹簧代替。
3．激振时的规定
（1）混凝土灌注桩、混凝土预制桩的激振点宜在
桩顶中心部位；预应力混凝土管桩的激振点和传感器
安装点与桩中心连线的夹角应为90°。 （2）激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定。 短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长 桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测宜采用重锤宽脉冲
激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。
（5）检测、报告编写、审核、授权签字人员签字，
加盖检测单位检测专用章和计量认证CMA章。
七、工程实例
1.实测桩
2、实例与分析
小于3%，相位偏差应小于0.1ms。
3．传感器的性能规定 （1）传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式 速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信 号的频带范围。 （2）加速度传感器的电压灵敏度应大于100mV/g， 量程不小来自百度文库50g。速度传感器的灵敏度不小于 300mV/cm· s-1 30Hz，传感器灵敏度选择原则在满足 频响范围的前提下，尽可能地选择灵敏度较高的传感 器。
（3）加速度传感器的安装谐振频率应大于10kHz， 速度传感器的安装谐振频率应大于1.5kHz。
4．激振设备的规定
根据桩型和检测目的，激振设备采用不同材 质和质量的力锤或力棒，以获得所需的激振频率 和能量。
四、现场检测技术
1．检测前准备工作
（1）进行现场调查，搜集工程地质资料、基桩设 计图纸和施工记录、监理日志等，了解施工工艺及施 工过程中出现的异常情况，明确被检测桩号。
④明确被检测桩号：不能张冠李戴，造成被动。
（2）根据现场实际情况选择合适的激振设备、 传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否 连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。
①激振设备：力锤、力棒； 锤头或锤垫材料 选用工程塑料、高强度尼龙、铝、铜、铁、锤垫 用橡皮；锤的质量从几百克到几十千克。 ②激振设备选择：根据检测对象，短桩和浅部 缺陷的桩，选用刚度较大的锤，产生的入射波的 脉冲较窄，频率较高，分辨率高。缺点：能量衰 减快，检测深度小。长桩和深部缺陷的桩，选用 刚度较小的锤，入射波的脉冲较宽，频率较低， 传播距离较大，检测深度大。缺点：分辨率较低， 较小缺陷发现不了。
（3）桩顶应凿至新鲜混凝土面，并用打磨机将 测点和激振点磨平。 桩顶面条件的好坏直接影响测试信号的质量和 对桩身完整性判定的准确性，要求被检桩的桩顶 面混凝土质量、截面尺寸与桩身设计条件基本相
同，并且干净无积水。
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。 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。 ④测点和激振点磨平问题。
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，据此计算桩 身波速、判断桩身完整性及混凝土质量，还可 以根据视波速偏高对桩的实际长度加以核对。
通过反射波相位特征来判断桩身缺陷的具 体类型具有一定困难。因此本方法在应用中应 结合工程地质资料、施工技术资料（异常情 况）、桩型、施工工艺等资料，通过综合分析 来对桩身的缺陷及类型作出定性判定。
五、检测数据分析与判定
1．桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域 岩土工程勘察资料和波形特征等因素进行综合分析判 定。
分析，并结合施工情况（工艺、成孔及灌注记录等）、
2．桩身波速平均值的确定
（1）当桩长已知、桩端反射信号明显时，选取相同条件下 不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速按下式计算其平均值：
1 n Cm Ci n i 1 2 L 2000 Ci 2 L f T
率范围上限不应小于2000Hz。
（2）各测点的重复检测次数不应少于3次，且 检测波形具有良好的一致性。 （3）当干扰较大时，可采用信号增强技术进行 重复激振，提高信噪比；当信号一致性差时，应 分析原因，排除人为和检测仪器等干扰因素，重 新检测。 （4）对存在缺陷的桩应改变检测条件重复检测， 相互验证。 位臵 仪器 人员
• 低应变反射波法
一、适用范围（目的）
本方法是通过分析实测桩顶速度响应信 号的特征来检测桩身的完整性，判定桩身缺陷 性质、位臵及影响程度，判断桩端嵌固情况。
基本原理：在桩身顶部进行竖向激振，弹
性波沿桩身向下传播。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）
或桩身截面积变化（如缩颈或扩颈）部位，将
三、仪器设备
1．检测系统包括信号采集及处理仪、传感器、激 振设备和专用附件。
2．信号采集及处理仪规定
（1）数据采集装臵的模-数转换器不得低于12位。 （2）采样间隔宜为10～500μs,可调。 （3）单通道采样点不少于1024点。 （4）放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好。
（5）多通道采集系统具有一致性，基振幅偏差应
（3）Ⅲ类桩：2L/C时刻前有明显缺陷反射波；缺 陷谐振峰排列基本等间隔，相邻频差Δf′＞C/2L。
（4）Ⅳ类桩：2L/C时刻前出现严重缺陷反射波， 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；或按平均波
速计算的桩长明显短于设计桩长。缺陷谐振峰排列
基本等间隔，相邻频差Δf′＞C/2L，无桩底谐振峰； 或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无 桩底谐振峰。
• 式中x——测点至桩身缺陷之间的距离（m）； • Δtx——时域信号第一峰与缺陷反射波峰间的时间 差（ms）； • Δfx——幅频曲线所对应缺陷的相邻谐振峰间的频 差（Hz）； • C——桩身波速(m/s)，无法确定时用cm值替代。
4．混凝土灌注桩采用时域信号分析时，应结合有 关施工和岩土工程勘察资料，正确区分由扩径处产 生的二次同相反射与因桩身截面渐扩后急速恢复至 原桩径处的一次同相反射，以避免对桩身完整性的 误判。注意：土层影响会出现此情况。
式中cm——桩身波速平均值(m/s); Ci——第i根桩的桩身波速计算值（m/s）； L——完整桩桩长（m）； ΔT ——时域信号第一峰与桩端反射波峰间的时间差(ms)； Δf——幅频曲线桩端相邻谐振峰间的频差（Hz），计算时不 宜取第一与第二峰； • n——基桩数量（n≥5）。 • • • • •
5．对于嵌岩桩，当桩端反射信号为单一反射波且 与锤击脉冲信号同相时，应结合岩土工程勘察和设 计等有关资料以及桩端同相反射波幅的相对高低来 推断嵌岩质量，必要时采取其他合适方法进行核验。
6．桩身完整性的分析当出现下列情况之一时，宜结 合其他检测方法：
（1）超过有效检测长度范围的超长桩，其测试信 号不能明确反映桩身下部和桩端情况。 （2）桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混 凝土灌注桩。 （3）当桩长的推算值与实际桩长明显不符，且又 缺乏相关资料加以解释或验证。
2、建立波动方程（略）
3、波动方程的解
△f =fn+1－fn= Vc / 2L （n=0, 1, 2, …）
根据频率和周期的关系得到： Vc= 2L·△f =2L/ △T 瞬态动测法，就是根据一维弹性杆纵向振动的 这一特性，利用传播周期△T或各阶频率间隔△f、 纵应力波Vc和桩长L三个参数之间的固定关系，作 为桩基质量检验的重要依据之一。三个参数之中， 只要知道两个就可以确定出第三个。
（3）采用力棒激振时，应自由下落；采用力锤敲 击时，应使其作用力方向与桩顶面垂直。
4．检测工作规定
（1）采样频率和最小的采样长度应根据桩长和波 形分析确定。 采样点数不少于1024点，采样间隔为10-500μs。 对于时域信号，采样频率越高，则采集数字信号越 接近模拟信号，越有利于缺陷位臵的判别。时域记录 的时间段长度应不小于2L/C+5ms，幅频信号分析的频
（4）实测信号复杂、无规律，无法对其进行准确 的桩身完整性分析和评价。
（5）对于预制桩，时域曲线在接头处有明显反射， 但又难以判定是断裂错位还是接桩不良。
7．桩身完整性类别判定的原则 （1）Ⅰ类桩：2L/C时刻前无缺陷反射波，有桩底 反射波；桩底谐振峰排列基本等间隔，其相邻频差 Δf=C/2L。
（2）Ⅱ类桩： 2L/C时刻前出现轻微缺陷反射波， 有桩底反射波；桩底谐振峰排列基本等间隔，轻微缺 陷产生谐振峰之间的频差的其相邻频差Δf′＞C/2L。