反射波法检测基桩完整性

仪器设备——接收传感器
速度传感器 加速度传感器 ICP（内置前放）
较强烈的冲击或震动都会导致传感器的性能下降或损坏，所以应防止传感器 从高处跌落或被压在重物之下
仪器设备——接收传感器
足够的量程范围、动态范围、灵敏度；良好的 阻尼特性。
速度传感器：磁电式；将振动速度转换为电量； 常用下限频率10、14、28、38Hz，阻尼0.60.7，灵敏度大约300mv/cm/s.
由于速度传感器的高频不足，浅部缺陷（<2m）辨别困难； 并非所有浅部缺陷都难以识别，如果采用合理振源、合理安 装方法和处理方法，它还是可以识别大部分浅部缺陷，只是 较加速度传感器差而已。
由于低频不足，使用速度传感器检测桩长大于40m时，时域 波形的桩底反射特征往往模糊不清，频域曲线难见整桩的一 阶谐振。
的影响 桩在变形时横截面保持为平面，沿截
面有均布的轴向应力
满足以上假定条件时，桩可视为一维杆件
基本原理——波的传播
当在桩顶垂直施加一瞬时作用力后，桩的端面 上的质点受力后产生振动，而振动的传播就形 成了波，此时弹性波就会沿着桩身进行传播。
1、激振产生的是半 球面波，要求垂直 激振，只产生纵波；
现场检测
检测过程中应：
1）严格按检测规范进行检测；
2）遵循国家有关安全生产的规定； 3）数据出现异常，立即查找原因，确定是否重新检测； 4）对低应变法检测中不能明确桩身完整性类别的桩或Ⅲ类桩，
可根据实际情况采用静载法、钻芯法、高应变法、开挖等 适宜的方法进行验证检测 5）当采用低应变法、高应变法和声波透射法检测桩身完整性发 现有Ⅲ、Ⅳ类桩存在，且检测数量覆盖的范围不能为补强 或设计变更方案提供可靠依据时，宜采用原检测方法，在 未检桩中继续扩大检测。当原检测方法为声波透射法时， 可改用钻芯法。
高阻尼速度传感器采用牺牲灵敏度，增大阻尼办法拓宽其频 响范围，比低阻尼速度传感器更适宜于测桩
现场检测——流程
■检测任务委托 ■调查、资料收集 ■制定检测方案 ■前期准备 ■现场检测 ■计算机分析和结果评价 ■检测报告及报告归档
现场检测流程
现场检测——调查与收集资料
1、被检工程项目名称及建设、设计、施工监理单位名称； 2、工程项目地点、规模、地基基础设计等级、桩基础型式、
现场检测——调查与收集资料
6、施工过程中成桩质量检查资料；
成桩质量检查是桩基施工过程中，施工方在监理方监督指导下， 对各施工工序过程的质量检查。成桩质量检查资料，是桩基检 测前必须了解的重要资料，不同桩型的检查有：
a）灌注桩的成桩检查主要包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安装、 混凝土搅制及灌注等三个工序过程的质量检查资料。 b）预制桩和钢桩成桩质量检查主要包括制桩、打入（静压）深 度、停锤标准、桩位及垂直度检查资料。 c）沉管灌注桩及其他具有上述灌注桩和预制桩施工工序的质量 检查，按上述一、二、有关项目进行的质量检查资料。
2、除符合本条上款规定外，每个柱下承台检测桩数不应 少于1根；
3、大直径嵌岩灌注桩或设计等级为甲级的大直径灌注桩， 应在本条第1～2款规定的检测桩数范围内，按不少于 总桩数10%的比例采用声波透射法或钻芯法检测；
2、因波长较长，远 离桩头后可按准平 面波考虑；
3、近桩头部位有斜 入射发生，会有折 射纵波P、折射横波 S，向桩身外传播；
4、垂直入射的纵波 传播至桩底，再向 上反射。
•检测桩身混凝土 的完整性
•推定缺陷类型及 其在桩身中的位置
基本原理——波的传播
折射及折射损失：折射损失主要在桩头附近产生； 土层越硬，折射损失越大，反射信号越弱。
ICP加速度传感器：内装阻抗变换电路的压电 加速度计；压电式；体积小、重量轻、量程大、 工作频带宽；常用灵敏度100mv/g，频响几 Hz至几kHz.
仪器设备——接收传感器
加速度、速度传感器比较
若现场处理或后续分析得当，对于中深部缺陷（2-40m）， 两种传感器可以得到相似甚至一致的信号；
基本原理——缩径（颈）
A2<A1, 2=1, C2=C1 So that, Z2<Z1 Z1-Z2>0 [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V>0 V & V in the same
direction
F1, v1
F, v
Z1 A1 > A2
Z2
F, v
F=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F V=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V
仪器设备——激振设备
振源对检测信号的影响
接触面积：对于直径灌注桩，除选择重锤加大能 量冲击外，还要加大锤的直径，使接触面积增大。
脉冲宽度：脉冲宽度大，有利于长桩及深部缺陷 检测，但波长增大，绕射，小缺陷识别能力差； 脉冲宽度小，波长小，不能满足一维弹性杆的要 求，出现速度及波形的畸变。 应根据桩的特点， 激发合适脉冲宽度的入射波，有时在同一根桩上， 按照不同的检测目的，需要产生不同的脉冲宽度。
A/D位数：24位 前置放大：1、2、5、10、20、50、
100倍 采样间隔：1us至64ms，可调 采样长度：>=4096 频响：10Hz至10000Hz 波形采集、显示、存储、处理、打印
仪器设备——激振设备
激振效果的好坏，主要受碰撞材料的重量、硬度、 弹模、接触面积及碰撞方向和速度等影响；
境、检测配合；检测时间安排
现场检测
现场检测前应做到：
1）核查受检桩的桩位，检查休止时间是否达到检 测规范要求；
2）检查仪器是否正常以及准备全套工作设备： 主机、连续线、电池（充电）、激振源、传感器。 3）对周围环境情况（如振动、地下降水等）作好
检查与记录。
当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度 不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa；
铁道部
广东省建筑地基基础检测规范 （DBJ 15-60-2008）
广东省建设
建筑基桩检测技术规程
DB 29－38－2002
天津市建设管理委员会
基桩低应变动力检测技术规程 DBJ 10－4－98
浙江省建设厅
深圳市建筑基桩检测规程 SJG 09－2007
深圳市建设局
基本原理——基本假设
连续弹性的一维均质杆件（D<<L） 不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波
低应变：桩头平，激振重，不同材质激振锤，测量桩头 直径，多曲线一致性好，见到桩底；
现场检测——抽检数量（JGJ106)
1、设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性 较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且 不得少于20根；其他桩基工程的抽检数量不应少于总 桩数的20%，且不得少于10根；
direction
F1, v1
F, v
Z1 A1 < A2
Z2
F, v
F=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F V=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V
基本原理——桩端模型
桩端模型(两种极限状态)
自由端
固定端
V1
V1=V2/2
V2
F=0
V=0
基本原理——小结
对于缩颈类缺陷（缩径、空洞、离析、裂 缝等），反射波与入射波同相
反射波法 检测基桩完整性
2016年12月
反射波检测基桩完整性
基本原理 仪器设备 现场检测 工程实例
反射波法检测桩基完整性
建筑基桩检测技术规程
JGJ 106-2014
建设部
公路工程基桩动测技术规程 JTG/T F81-01-2004
交通部
铁路工程基桩检测技术规程 TB10218-2008
低应变：桩头平，激振重，不同材质激振锤，测量桩头 直径，多曲线一致性好，见到桩底；
现场检测
检测过程中应：
1）严格按检测规范进行检测；
2）遵循国家有关安全生产的规定； 3）数据出现异常，立即查找原因，确定是否重新检测； 4）对低应变法检测中不能明确桩身完整性类别的桩或Ⅲ类桩，
可根据实际情况采用静载法、钻芯法、高应变法、开挖等 适宜的方法进行验证检测 5）当采用低应变法、高应变法和声波透射法检测桩身完整性发 现有Ⅲ、Ⅳ类桩存在，且检测数量覆盖的范围不能为补强 或设计变更方案提供可靠依据时，宜采用原检测方法，在 未检桩中继续扩大检测。当原检测方法为声波透射法时， 可改用钻芯法。
对于扩颈类缺陷，反射波与入射波反相 当桩长和桩径一定时，桩身强度愈大、桩
侧土强度愈小，桩底反射信号愈强；反之， 桩身强度愈低、桩侧土强度愈大，桩底反 射信号愈弱。
仪器设备——主要组成
主机系统 激振设备 接收传感器 分析处理软件
仪器设备——主机系统
主要包括控制系统、电源系统、模拟滤波、放大系统、信 号采集、控制与分析软件等。
基本原理——空洞、孔隙、离析
A2=A1, 2<1, C2<C1 So that, Z2<Z1 Z1-Z2>0 [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V>0 V & V in the same
direction
F1, v1 F, v
Z1 1 > 2
Z2
F, v
7、试桩桩顶处理方法、处理前后的标高、龄期等； 8、进一步明确委托方的具体要求； 9、检测项目现场实施的可行性； 10、其他。
现场检测——检测方案编写
1. 委托方、设计单位的要求，即检测目的 2. 工程概况、桩基工程概况 3. 工程地质概况（地基条件） 4. 桩基设计要求、施工工艺 5. 检测方法及数量、受检桩选取原则 6. 检测依据、标准、规范 7. 试验桩处理要求 8. 检测部署：设备、人员配置；水电要求、检测环
仪器设备——激振设备
振源对检辨率，探测 浅部缺陷有利，易衰减，不易获取桩底反射；过 软，低频波有利于桩底反射，但降低桩身上部缺 陷的分辨能力。
冲击能量：锤重及落锤速度决定能量大小。能量 应适中，过小，应力波很快衰减，看不到下部缺 陷和桩底反射。在检测大直径长桩时应选择较重 的力锤并加大锤击速度，大幅度提高敲击力，但 锤过重将掩盖微小缺陷。锤重的选择应使得有明 显的桩底反射为原则。
A: 截面积 : 密度
F=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F V=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V
反射系数
Rv

1C1 A1 1C1 A1

2C2 A2 2C2 A2
透射系数
RT

22C2 A2 1C1A1 2C2 A2
缺陷反射波波 幅的大小与缺 陷尺寸有关
F=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F V=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V
基本原理——扩径（颈）
A2>A1, 2=1, C2=C1 So that, Z2>Z1 Z1-Z2<0 [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V<0 V & V in the opposite
设计对检测要求等工程概况 3、被检工程的岩土工程勘察资料(地层分层、持力层、研
算承载力)；周围环境：有无暗湖、暗河。 4、设计桩基础施工桩位图、桩径、桩长、施工记录、护筒
高度、直径、钢筋笼规格和长度、砼标号等级、充盈系 数、砼砂石组分。 5、施工机械、成桩工艺、施工的程序、打桩方式、会否引 起挤压，会否伤害其桩头，有否在施工中产生故障（如 停电事故、丢钻头）、施工速度等。
衰减损失：高频成份会不同程度的衰减。 桩不是完全弹性的，桩身存在内阻尼 桩是埋入土中，桩侧土的阻力，同样产生弹性波
的衰减 反射、透射及反射损失：桩身内出现缺陷的部位及
桩底均存在波阻抗界面，均会产生反射及透射
基本原理——基本公式
阻抗Z = EA/C = AC
E: 弹性模量
C: 波速
质点力与速度的关系: F=ZV
材质越软、碰撞速度越低，锤体越重，信号的脉冲 宽度就越大，覆盖的高频成份也就越少。
仪器设备——激振设备
碰撞方向和碰撞形式主要影响 波形形态，反射波测桩以自由 落体和垂直敲击为宜，有利于 抑制质点的横向振动。
对不同长度、不同类型的基桩，需 采用不同材料、不同能量的激振设 备。一般大长桩用大力棒（能量大、 频率低），短细桩或测试浅部缺陷 时用手锤（能量小，频率高），介 于中间的桩则可用小力棒（能量及 频率介于大力棒及手锤之间），当 然敲击设备的选择也与地质情况有 关，用户可以根据经验选择