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1、反射波法检测基桩完整性 技术方法及设备,2008年8月,辽宁省交通高等专科学校 公路工程质量检测中心,桩基低应变反射波法基本原理描述,在桩顶施加低能量冲击荷载，实测加速度(或速度)响应的过程曲线，运用一维波动理论的时域和频域分析，对被检桩的完整性进行评判。,桩身缺陷会引起基础失稳。必须在结构施工前找出并处理缺陷桩。,桩基础，主要基础型式，地下隐蔽工程，承受建筑物的全部荷载并将其传递给地基，基桩质量的好坏直接关系到建筑物的安全。,反射波法是基桩低应变无损检测中最为有效和普遍采用的方法,反射波检测基桩完整性,基桩分类 基桩工程常见质量问题 基本原理 仪器设备 现场检测技术方法及影响因素 数据分析处
2、理与报告编写 工程实例,桩基分类,挤土桩 部分挤土桩 非挤土桩,按成桩方法对土层影响分,按桩材分,木桩 混凝土桩 钢桩 组合桩,按功能分,抗轴压桩：摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩 抗剪桩 抗拔桩,按成桩方法分,打入桩 就地灌注桩 静压桩 螺旋桩 喷粉桩或搅拌桩,不同类型的桩，可能出现的质量问题不一样,反射波检测基桩完整性,基桩分类 基桩工程常见质量问题 基本原理 仪器设备 现场检测技术方法及影响因素 数据分析处理与报告编写 工程实例,基桩工程的常见质量问题,沉管灌注桩：锤击、振动、压力沉管 （质量不稳定，故障率高） 极易振断初凝邻桩，软件硬土层交界处尤重 桩距小于三倍桩径，使初凝砼拉裂 拔管过快，
3、淤泥层易缩颈 动水压力作用，冒水桩演变成断桩 振动沉管用活瓣桩尖张开不灵活，砼下落不畅，断桩或密实度差 预制桩尖被卡住，吊脚桩,基桩工程的常见质量问题,冲、钻孔灌注桩：地下水位较高的场地，冲抓式、冲击式、回转钻式、潜钻式，成孔过程泥浆护壁，采取带隔水栓的导管水下浇灌砼 浇灌砼不连续，隔水层凝固，后结砼无法下灌，上拔导管，泥浆进入开成断桩；若冲破隔水层，造成桩身局部低劣砼。 桩径过小（600mm），砼上升不畅，易堵管，形成断桩或钢筋笼上浮 泥浆比重不当，孔壁易坍塌 清孔不干净，孔底沉渣太厚，影响桩端承载力发挥 砼和易性不好，易离析 导管连接处漏水，形成断桩,基桩工程的常见质量问题,人工挖孔灌注桩
4、：地下水丰富的场地采用时，易发生以下质量问题 地下水渗流严重的土层，护壁易崩塌。 土层出现流砂或有动水压力时，泥土随水涌出，护壁与土体脱空或引起孔形不规则 边挖孔边抽水，护壁易产生裂缝 孔较深时，不采用导管浇灌砼，砼自由下落易离析 孔底水不易抽干或未抽干时浇灌，桩尖砼被稀释，降低桩端承载力,基桩工程的常见质量问题,混凝土预制桩：柴油锤、蒸汽锤或自由落锤 锤垫和桩垫不合适，过软，打入难；过硬，易击碎桩头。 打桩的拉应力易引起桩身开裂 桩锤不合适，难于打至设计标高 桩头钢筋网片设置、配筋不符合要求，或桩顶不平，砼标号低，桩头易碎 桩身倾斜或遇障碍物，易导致桩头错位,反射波检测基桩完整性,基桩分类
5、基桩工程常见质量问题 基本原理 仪器设备 现场检测技术方法及影响因素 数据分析处理与报告编写 工程实例,连续弹性的一维均质杆件（DL） 不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响 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,基本假设,半球面波 平面波,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,声波传播示意图,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。 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
6、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,波的传播,阻抗Z = EA/C = AC E: 弹性模量 C: 波速 A: 截面积 : 密度 质点力与速度的关系: F=ZV,F=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F V=(Z1-Z2)/(Z2+Z1)V,反射系数,透射系数,缺陷反射波波幅的大小与缺陷尺寸有关,基本原理,基本公式,Z1,F, v,F1, v1 ,F, v ,Z2,A20 (Z1-Z2)/(Z2+Z1)V0 V & V in the same direction,F=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F V=(Z1-Z2)/(Z2+Z1)V,A1 A
7、2,基本原理,缩径（颈）,基本原理,缩径（颈）(阻抗减小),局部阻 抗缩小,全界面 阻抗缩小,Z1,F, v,F1, v1 ,F, v ,Z2,F=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F V=(Z1-Z2)/(Z2+Z1)V,1 2,A2=A1, 20 (Z1-Z2)/(Z2+Z1)V0 V & V in the same direction,基本原理,不密实区（空洞，孔隙）,Z1,F, v,F1, v1 ,F, v ,Z2,F=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)F V=(Z1-Z2)/(Z2+Z1)V,A1 A2,A2A1, 2=1, C2=C1 So that, Z2Z1 Z1-Z20 (Z1-Z2
8、)/(Z2+Z1)V0 V & V in the opposite direction,基本原理,扩径（颈）,基本原理,扩径（颈）(阻抗增大),局部阻 抗增大,全界面 阻抗增大,基本原理,桩端模型(两种极限状态),V1,V2,V1=V2/2,自由端,F=0,固定端,V=0,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 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。,基本原理,小结,基本原理,典型缩径曲线,基本原理,典型扩径曲线,基本原理,典型扩底曲线,反射波检测基桩
9、完整性,基桩分类 基桩工程常见质量问题 基本原理 仪器设备 现场检测技术方法及影响因素 数据分析处理与报告编写 工程实例,主机系统 敲击设备 接收传感器 分析处理软件,仪器设备,主要组成,A/D位数：8位 前置放大：10倍 采样间隔：=512 频响：10Hz至2000Hz 波形采集、显示、存储、处理、打印,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。,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； 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,激振装置,碰撞方向
10、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,仪器设备,激振装置,锤头材料：过硬，高频波提高缺陷分辨率，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
11、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。,仪器设备,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。,仪器设备,振源对检测信号的影响,仪器设备,接收传感器,足够的量程范
12、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0.6-0.7，灵敏度大约300mv/cm/s. 加速度传感器：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. ICP加速度传感器（内装阻抗变换电路的压电加速度计）,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； 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
13、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。 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,仪器设备,加速度、速度传感器比较,仪器设备,ZBL-P810主要特点,一根桩最多可存储12道信号（每根桩测四个方位，每个方位敲击三锤）； 可以对信号进行叠加平均，去除“噪声”信号，最多可叠加20锤信号，可对叠加信号随意回放，剔除质量较差的信号； 仪器操作简单，一切从实际工程检测的需要出发，易学易用，几分钟即可学会使用； 文件按工程桩分级管理，直观、方便，用户可以方便地查看、添
14、加、删除工程或桩的测试数据； 双通道同时采集，每根桩测试多个方位时，可以提高工作效率；,仪器设备,ZBL-P810主要特点,自适应浮点放大，波形永不失真； 可配接多种速度计和加速度计； 内置可充电锂电池，供电时间长（5小时以上），随时充电无“记忆”； 真正的USB接口，支持移动存储； 使用U盘对仪器内部软件升级，方便、可靠， 高清晰、真彩色液晶显示，阳光下清晰可见； 体积小、重量轻（约2kg），携带方便；,反射波检测基桩完整性,基桩分类 基桩工程常见质量问题 基本原理 仪器设备 现场检测技术方法及影响因素 数据分析处理与报告编写 工程实例,现场检测技术方法,工程名称、地点，建设、勘察、设计、监
15、理、施工单位名称 桩基础施工平面图 桩的成孔工艺 成桩机具及工艺 工程桩设计资料和施工记录 岩土工程地质勘察报告,收集资料,现场检测技术方法,安装传感器,传感器的耦合点及锤的敲击点都必须干净、平整、坚硬、无积水，所以在测试前应对桩头进行必要的处理清除桩头表面的浮浆及其他杂物、在桩头打磨出两小块平整表面分别用以安放传感器、手锤敲击。妨碍正常测试的外露主筋应割掉。 安装完毕后的传感器必须与桩顶面保持垂直，且紧贴桩顶面，在信号采集过程中不得产生滑移或松动。,现场检测技术方法,安装传感器,传感器安装点及其附近不得有缺损或裂缝； 当锤击点在桩顶中心时，传感器安装点与桩中心的距离宜为桩半径的三分之二； 当
16、锤击点不在桩顶中心时，传感器安装点与锤击点的距离不宜小于桩半径的二分之一； 对于预应力管桩，传感器安装点、锤击点与桩顶面圆心构成的平面夹角宜为90度。 对于大直径桩，宜在不同位置选取24个测点 尽量避开钢筋、混凝土质量有问题的位置,现场检测技术方法,耦合剂的选择,原则：使传感器与桩紧密结合在一起，传感器能 准确记录桩顶质点的振动,作用：类似一个滤波器，可滤除一部分桩顶质点 振动的高频成分,选择：耦合时耦合剂要尽量薄，粘性要大，粘结 性最好不要受水等的影响,一般可用黄油、凡士林、橡皮泥等作耦合剂,现场检测技术方法,敲击设备的选择,激振脉冲波的频带要适中：对于不同长度、不同类型的桩基，其频率范围不同 激振的能量要
