低应变法桩基检测
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3
1.3.1 传感器
传感器可选用宽频带的速度型或加速度型传感器，其频响曲线的有效范围 应覆盖整个测试信号的频带范围。其中加速度传感器的电压灵敏度一般应大于 100mV/g，量程不小于 50g，安装谐振频率应大于 10kHz；速度传感器的灵敏度 应不小于 300mV/cm·s-1，安装谐振频率应大于 1500Hz。传感器灵敏度选择原 则是在满足频响要求前提下，尽可能选择灵敏度高的传感器。
1.1 检测原理 ..............................................................2 1.2 检测判别依据...........................................................2 1.3 仪器设备及要求.........................................................3
结束语............................................................15 参考文献..........................................................15
浅析低应变反射波法检测 桩身完整性
摘要：桩基础已成为我国交通工程建设中最重要的基础形式，属于隐蔽工程, 在施工过程 中易出现各类缺陷，其施工质量直接关系到工程建设的安危，而基桩检测作为隐蔽工程验 收的首要环节，对保证全部工程建设的安全稳固起着十分重要的作用。本文主要介绍了低 应变反射波法检测桩身完整性的原理、过程、注意事项等；并针对实际基桩检测中存在的 不足，提出了相应的解决措施。 关键字：低应变；桩身；完整性；检测；不足；措施
c ——桩身波速(m/s)
A——桩身截面积 (㎡)
2
桩顶入射波在桩尖处的反射与透射公式为:
（1-2）
（1-3） 式中：Z 1 ，Z 2 为波透反射界面桩身的截面力学阻抗(N·s/m) 将（1-2）除以V 1 ，得到：
（1-4） 式中: K——反射系数; ρ 1 c 1 A 1 ——桩身混凝土广义波阻抗； ρ 2 c 2 A 2 ——桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗。 由（1-4）可知，在桩顶要接收到反射波，必须满足K≠0。对于完整桩来说， 桩身中无波阻抗的差异，所接收到的反射波基本上是桩底反射上来的；对于缺 陷桩，即有桩身缺陷部分的波阻抗ρ 2 c 2 A 2 存在，K值可在0～±1范围内变化。 这样,就可以根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质: (1)K>0 时，反射波与入射波同相，若ρ 1 c 1 =ρ 2 c 2 ，则A 2 <A 1 ，表明桩身缩径； 若A 1 =A 2 ,则ρ 2 c 2 <ρ 1 c 1 ,表明桩身断裂、离析或为桩底； (2)K<0 时，反射波与入射波反相，若ρ 1 c 1 =ρ 2 c 2 ，则A 2 >A 1 ，表明桩身扩径；若 A 1 =A 2 ，则ρ 2 c 2 >ρ 1 c 1 ，表明下界面强度大于上界面或嵌岩。 上述特征可以非常通俗地描述为：在桩扩径部位，反射波波形相位同初始 相位相反；在桩缩径或离析等缺陷部位，则反射波相位同初始相位相同。这两 点是判断缺陷的基本依据。
1
1 检测方法概述
1.1 检测原理
低应变反射波完整性诊断方法的基本原理 （见图 1） 是根据桩的一维波动理 论，利用桩顶锤击入射波在变截面(或变阻抗)处和桩尖处(变介质处)阻抗变化 所产生的不同反射波特征来判别桩的长度 (或波速)以及非完整性(扩、缩断面 或 ρ、Ε 变化)。
图 1 低应变反射波法原理图
[2] 析、沉渣等桩身可能存在的异常及其位置,并核对桩长、推算混凝土强度等 。
但是在实际工程中由于经常出现对桩基检测结果的误判，致使工程技术人 员对该种检测方法的可靠性提出了质疑。 为此,本文将根据低应变反射波法测桩 工作原理,结合实际现场检测实例,对公路桥梁的桩基低应变反射波法适用性进 行探讨,并对波形判读中的有关问题进行分析,为实际桩基质量检测提供参考。
被测桩桩顶表面应平整干净且无积水，并与桩轴线垂直，如有浮浆或松散 破损部分应凿去，露出坚硬的混凝土表面；桩头的材质、强度、截面尺寸与桩 身设计条件基本相同；检测时标高应为设计标高，避免若不为设计标高时，后 期处理对桩的损伤；桩身混凝土强度应达到设计强度的 70％且不小于 15Mpa 或 桩身混凝土龄期不少于 14 天。
4 注意事项........................................................10
4.1 工程地质情况..........................................................10 4.2 待测桩情况............................................................11 4.3 检测仪器情况..........................................................12
1.3.2 检测系统
检测系统应具有信号滤波、放大、显示、储存记录和信号处理分析功能。 其中数据采集装置的模/数转换位数不得小于 8bit， 采样时间宜为 50～1000μs， 可分数档调整，单通道采样点不少于 1024 点，多通道采集系统应具有一致性， 其振幅偏差应小于 3%，相位偏差应小于 0.1ms；放大系统的增益宜大于 60dB， 长期变化量应小于 1%，折合输入端的噪声水平应低于 3μV，频带宽度应不窄于 10～1000HZ，滤波频率可调。
1.2 检测判别依据
低应变反射波法主要是将单桩视为一维匀质弹性体杆件,桩头受到瞬态脉 冲力作用时,则桩身中产生压缩应力,使桩质点产生运动,应力波在桩身中的传 播规律近似满足一维波动方程,根据一维波动方程分析导出的反射波相位特征。 其基本公式如下：
(1-1) 式中：Z——波透反射界面桩身的截面力学阻抗 (N·s/m) V——质点的运动速度（m/s） F——桩身受力（N） ρ——桩身材料密度(kg/m3)
前言
近年来，随着经济的发展，大型高速公路桥梁结构物的修建越来越多，而 相应的基础采用桩基础的形式已十分普遍，灌注桩更是常见的代表。灌注桩在 成桩过程中,由于不可避免地要受到混凝土自身质量、 操作人员素质、 施工工艺、 地质条件及桩土体系相互作用等相关各因素的综合影响,极易出现各类缺陷,因 桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题,一旦出现工程质量问题,极难 处理；若控制不当将危及上部主体结构的正常使用与安全,为排除工程隐患,确 保工程质量,基桩检测成为桩基础工程极为重要的质量控制环节[1]。 基桩检测技术通常有直观检查法、辐射能检测法、静力检测法和动力检测 法。基桩动力检测技术目前主要有低应变法、高应变法和声波透射法,各有优缺 点。低应变反射波法因其具有室外数据采集快速、仪器轻便、测试成本低廉、 测试周期短、测试信号分析简单、对桩身无损,非常适用于规模普查, 因此在桩 身质量检测中应用最为广泛，在桩身完整性检测中有着不可替代的地位。低应 变反射波法主要用于检查桩身完整性,检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离
2 检测过程.........................................................4
2.1 检测流程...............................................................4 2.2 注意事项...............................................................5 2.3 操作方法的选择.........................................................6 2.4 检测数据的处理与判定...................................................6
2.2.2 仪器部分
检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用；各检测工地应进行激 振方式和接收条件的选择试验，以确定最佳激振方式和接收条件；为提高检测 的分辨率，应使用小能量激振，并选用高频率的传感器和放大器。
2.2.3 传感器安装和激振操作
传感器安装部位应清理干净，不得有浮动砂土颗粒存在，不得安装于松动 的石子上，安装应与桩轴线平行；当采用黄油或其它粘结耦合剂粘结时，应具 有足够的粘结强度；传感器底面粘结剂越薄越好，在信号采集过程中，传感器 不得产生滑移或松动。激振点处混凝土应密实，不得有破损，激振时激振点与 混凝土接触面应点接触； 激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜 为距桩中心 2/3 半径处。激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼主筋的影 响。 激振操作时，激振方向沿桩轴线方向。采用力棒激振时，应自由下落，不 得连击。采用力棒或自由落锤，激振能量可控性和信号重复性比用榔头式锤敲 击效果好。激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定，其中短桩或浅部缺陷 桩的检测宜采用轻锤快击窄脉冲激振；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。现场实际操 作应综合应用手锤和力棒。激振能量在能看到桩底反射的前提下尽量小，可减 少桩周参加振动的土体，以减小土阻力对波形的影响。
毕 业 论 文
论文题目： 浅析低应变反射波法检测桩身完整性
系
部：
路桥工程系 道路桥梁工程技术 08212 赵 汪 2011 年 学 琴 莹 05 月 15 日 号： 44
专业名称： 班 姓 级： 名：
指导老师： 完成时间：
目
录
前言...............................................................1 1 检测方法概述.....................................................2
1.3 仪器设备及要求
低应变反射波方法检测桩身完整性一般选用美国 PDI 公司研制生产的 PIT-W 桩基动态检测仪和国内厂家生产的桩基动态检测仪(RS-1616K)。 要求具有 防尘、防潮性能，并能在温度为－10～50℃，相对湿度小于或等于 80％，电源 电压在 220 (1 10％)V(直流供电电压上下 5%)的环境下连续工作 4h 以上。主 要包括了传感器和检测系统以及激振设备和专用附件。
3 工程实例.........................................................8
3.1 完整桩.................................................................8 3.2 有缺陷的钻孔灌注桩.....................................................9
1.3.2 激振设备
能根据激振条件试验的桩型及检测要求，选择符合材质和质量要求的激振 设备：如ห้องสมุดไป่ตู้锤、力棒、手锤等，以获得所需的激振频带和冲击能量，满足不同 的检测目的。
2 检测过程
2.1 检测流程
低应变反射波检测流程如下图所示（见图 2） 。
图 2 反射波检测流程图
4
2.2 注意事项
2.2.1 受检桩
5 提高准确度的措施................................................13
5.1 资料的收集............................................................13 5.2 检测仪器的调试........................................................13 5.3 检测点的选定..........................................................13 5.4 检测桩的分析..........................................................13 5.5 其它..................................................................14
1.3.1 传感器
传感器可选用宽频带的速度型或加速度型传感器，其频响曲线的有效范围 应覆盖整个测试信号的频带范围。其中加速度传感器的电压灵敏度一般应大于 100mV/g，量程不小于 50g，安装谐振频率应大于 10kHz；速度传感器的灵敏度 应不小于 300mV/cm·s-1，安装谐振频率应大于 1500Hz。传感器灵敏度选择原 则是在满足频响要求前提下，尽可能选择灵敏度高的传感器。
1.1 检测原理 ..............................................................2 1.2 检测判别依据...........................................................2 1.3 仪器设备及要求.........................................................3
结束语............................................................15 参考文献..........................................................15
浅析低应变反射波法检测 桩身完整性
摘要：桩基础已成为我国交通工程建设中最重要的基础形式，属于隐蔽工程, 在施工过程 中易出现各类缺陷，其施工质量直接关系到工程建设的安危，而基桩检测作为隐蔽工程验 收的首要环节，对保证全部工程建设的安全稳固起着十分重要的作用。本文主要介绍了低 应变反射波法检测桩身完整性的原理、过程、注意事项等；并针对实际基桩检测中存在的 不足，提出了相应的解决措施。 关键字：低应变；桩身；完整性；检测；不足；措施
c ——桩身波速(m/s)
A——桩身截面积 (㎡)
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桩顶入射波在桩尖处的反射与透射公式为:
（1-2）
（1-3） 式中：Z 1 ，Z 2 为波透反射界面桩身的截面力学阻抗(N·s/m) 将（1-2）除以V 1 ，得到：
（1-4） 式中: K——反射系数; ρ 1 c 1 A 1 ——桩身混凝土广义波阻抗； ρ 2 c 2 A 2 ——桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗。 由（1-4）可知，在桩顶要接收到反射波，必须满足K≠0。对于完整桩来说， 桩身中无波阻抗的差异，所接收到的反射波基本上是桩底反射上来的；对于缺 陷桩，即有桩身缺陷部分的波阻抗ρ 2 c 2 A 2 存在，K值可在0～±1范围内变化。 这样,就可以根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质: (1)K>0 时，反射波与入射波同相，若ρ 1 c 1 =ρ 2 c 2 ，则A 2 <A 1 ，表明桩身缩径； 若A 1 =A 2 ,则ρ 2 c 2 <ρ 1 c 1 ,表明桩身断裂、离析或为桩底； (2)K<0 时，反射波与入射波反相，若ρ 1 c 1 =ρ 2 c 2 ，则A 2 >A 1 ，表明桩身扩径；若 A 1 =A 2 ，则ρ 2 c 2 >ρ 1 c 1 ，表明下界面强度大于上界面或嵌岩。 上述特征可以非常通俗地描述为：在桩扩径部位，反射波波形相位同初始 相位相反；在桩缩径或离析等缺陷部位，则反射波相位同初始相位相同。这两 点是判断缺陷的基本依据。
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1 检测方法概述
1.1 检测原理
低应变反射波完整性诊断方法的基本原理 （见图 1） 是根据桩的一维波动理 论，利用桩顶锤击入射波在变截面(或变阻抗)处和桩尖处(变介质处)阻抗变化 所产生的不同反射波特征来判别桩的长度 (或波速)以及非完整性(扩、缩断面 或 ρ、Ε 变化)。
图 1 低应变反射波法原理图
[2] 析、沉渣等桩身可能存在的异常及其位置,并核对桩长、推算混凝土强度等 。
但是在实际工程中由于经常出现对桩基检测结果的误判，致使工程技术人 员对该种检测方法的可靠性提出了质疑。 为此,本文将根据低应变反射波法测桩 工作原理,结合实际现场检测实例,对公路桥梁的桩基低应变反射波法适用性进 行探讨,并对波形判读中的有关问题进行分析,为实际桩基质量检测提供参考。
被测桩桩顶表面应平整干净且无积水，并与桩轴线垂直，如有浮浆或松散 破损部分应凿去，露出坚硬的混凝土表面；桩头的材质、强度、截面尺寸与桩 身设计条件基本相同；检测时标高应为设计标高，避免若不为设计标高时，后 期处理对桩的损伤；桩身混凝土强度应达到设计强度的 70％且不小于 15Mpa 或 桩身混凝土龄期不少于 14 天。
4 注意事项........................................................10
4.1 工程地质情况..........................................................10 4.2 待测桩情况............................................................11 4.3 检测仪器情况..........................................................12
1.3.2 检测系统
检测系统应具有信号滤波、放大、显示、储存记录和信号处理分析功能。 其中数据采集装置的模/数转换位数不得小于 8bit， 采样时间宜为 50～1000μs， 可分数档调整，单通道采样点不少于 1024 点，多通道采集系统应具有一致性， 其振幅偏差应小于 3%，相位偏差应小于 0.1ms；放大系统的增益宜大于 60dB， 长期变化量应小于 1%，折合输入端的噪声水平应低于 3μV，频带宽度应不窄于 10～1000HZ，滤波频率可调。
1.2 检测判别依据
低应变反射波法主要是将单桩视为一维匀质弹性体杆件,桩头受到瞬态脉 冲力作用时,则桩身中产生压缩应力,使桩质点产生运动,应力波在桩身中的传 播规律近似满足一维波动方程,根据一维波动方程分析导出的反射波相位特征。 其基本公式如下：
(1-1) 式中：Z——波透反射界面桩身的截面力学阻抗 (N·s/m) V——质点的运动速度（m/s） F——桩身受力（N） ρ——桩身材料密度(kg/m3)
前言
近年来，随着经济的发展，大型高速公路桥梁结构物的修建越来越多，而 相应的基础采用桩基础的形式已十分普遍，灌注桩更是常见的代表。灌注桩在 成桩过程中,由于不可避免地要受到混凝土自身质量、 操作人员素质、 施工工艺、 地质条件及桩土体系相互作用等相关各因素的综合影响,极易出现各类缺陷,因 桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题,一旦出现工程质量问题,极难 处理；若控制不当将危及上部主体结构的正常使用与安全,为排除工程隐患,确 保工程质量,基桩检测成为桩基础工程极为重要的质量控制环节[1]。 基桩检测技术通常有直观检查法、辐射能检测法、静力检测法和动力检测 法。基桩动力检测技术目前主要有低应变法、高应变法和声波透射法,各有优缺 点。低应变反射波法因其具有室外数据采集快速、仪器轻便、测试成本低廉、 测试周期短、测试信号分析简单、对桩身无损,非常适用于规模普查, 因此在桩 身质量检测中应用最为广泛，在桩身完整性检测中有着不可替代的地位。低应 变反射波法主要用于检查桩身完整性,检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离
2 检测过程.........................................................4
2.1 检测流程...............................................................4 2.2 注意事项...............................................................5 2.3 操作方法的选择.........................................................6 2.4 检测数据的处理与判定...................................................6
2.2.2 仪器部分
检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用；各检测工地应进行激 振方式和接收条件的选择试验，以确定最佳激振方式和接收条件；为提高检测 的分辨率，应使用小能量激振，并选用高频率的传感器和放大器。
2.2.3 传感器安装和激振操作
传感器安装部位应清理干净，不得有浮动砂土颗粒存在，不得安装于松动 的石子上，安装应与桩轴线平行；当采用黄油或其它粘结耦合剂粘结时，应具 有足够的粘结强度；传感器底面粘结剂越薄越好，在信号采集过程中，传感器 不得产生滑移或松动。激振点处混凝土应密实，不得有破损，激振时激振点与 混凝土接触面应点接触； 激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜 为距桩中心 2/3 半径处。激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼主筋的影 响。 激振操作时，激振方向沿桩轴线方向。采用力棒激振时，应自由下落，不 得连击。采用力棒或自由落锤，激振能量可控性和信号重复性比用榔头式锤敲 击效果好。激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定，其中短桩或浅部缺陷 桩的检测宜采用轻锤快击窄脉冲激振；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。现场实际操 作应综合应用手锤和力棒。激振能量在能看到桩底反射的前提下尽量小，可减 少桩周参加振动的土体，以减小土阻力对波形的影响。
毕 业 论 文
论文题目： 浅析低应变反射波法检测桩身完整性
系
部：
路桥工程系 道路桥梁工程技术 08212 赵 汪 2011 年 学 琴 莹 05 月 15 日 号： 44
专业名称： 班 姓 级： 名：
指导老师： 完成时间：
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前言...............................................................1 1 检测方法概述.....................................................2
1.3 仪器设备及要求
低应变反射波方法检测桩身完整性一般选用美国 PDI 公司研制生产的 PIT-W 桩基动态检测仪和国内厂家生产的桩基动态检测仪(RS-1616K)。 要求具有 防尘、防潮性能，并能在温度为－10～50℃，相对湿度小于或等于 80％，电源 电压在 220 (1 10％)V(直流供电电压上下 5%)的环境下连续工作 4h 以上。主 要包括了传感器和检测系统以及激振设备和专用附件。
3 工程实例.........................................................8
3.1 完整桩.................................................................8 3.2 有缺陷的钻孔灌注桩.....................................................9
1.3.2 激振设备
能根据激振条件试验的桩型及检测要求，选择符合材质和质量要求的激振 设备：如ห้องสมุดไป่ตู้锤、力棒、手锤等，以获得所需的激振频带和冲击能量，满足不同 的检测目的。
2 检测过程
2.1 检测流程
低应变反射波检测流程如下图所示（见图 2） 。
图 2 反射波检测流程图
4
2.2 注意事项
2.2.1 受检桩
5 提高准确度的措施................................................13
5.1 资料的收集............................................................13 5.2 检测仪器的调试........................................................13 5.3 检测点的选定..........................................................13 5.4 检测桩的分析..........................................................13 5.5 其它..................................................................14