反射波法检测基桩完整性2014年06月反射波检测基桩完整性z基本原理z仪器设备z现场检测z工程实例基本原理——基本假设z连续弹性的一维均质杆件（D<λ<L）z不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响z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•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；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。
z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。
z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z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Z1F↑, v↑F1↓, v1 ↓F↓, v↓Z2z A2<A1, ρ2=ρ1, C2=C1z So that, Z2<Z1z Z1-Z2>0z[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V↓>0z V↑& V↓in the samedirectionz F↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F↓z V↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V↓A1 > A2局部阻抗缩小全界面阻抗缩小Z1F ↑, v ↑F 1↓, v 1 ↓F ↓, v ↓Z2z F ↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F ↓zV ↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓ρ1 > ρ2z A2=A1, ρ2<ρ1, C2<C1z So that, Z2<Z1z Z1-Z2>0z [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓>0zV ↑& V ↓in the same direction基本原理——空洞、孔隙、离析Z1F ↑, v ↑F 1↓, v 1 ↓F ↓, v ↓Z2z F ↑=[(Z2-Z1)/(Z2+Z1)]F ↓zV ↑=[(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓A1 < A2z A2>A1, ρ2=ρ1, C2=C1z So that, Z2>Z1z Z1-Z2<0z [(Z1-Z2)/(Z2+Z1)]V ↓<0zV ↑& V ↓in the opposite direction基本原理——扩径（颈）局部阻抗增大全界面阻抗增大基本原理——扩径（颈）z 桩端模型(两种极限状态)V1V2V1=V2/2自由端F=0固定端V=0基本原理——桩端模型基本原理——小结z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z对于扩颈类缺陷，反射波与入射波反相z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。
z主机系统z激振设备z接收传感器z分析处理软件仪器设备——主要组成z A/D 位数：24位z 前置放大：1、2、5、10、20、50、100倍z 采样间隔：1us 至64ms ，可调z 采样长度：>=4096z 频响：10Hz 至10000Hzz 波形采集、显示、存储、处理、打印主要包括控制系统、电源系统、模拟滤波、放大系统、信号采集、控制与分析软件等。
仪器设备——主机系统z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；z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。
z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。
z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z振源对检测信号的影响z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。
z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。
z振源对检测信号的影响z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。
z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。
该桩桩长约44.0m，混凝土砼强度为C35，桩径600mm。
由于桩头灌注浮浆过长至使凿去浮浆接桩，接桩长度约为2.3m，接桩部分桩径为800mm，接桩采用钢护筒，采用尼龙、铜和铁锤击振，分辨率有所不同。
尼龙锤铁锤铜锤z速度传感器z加速度传感器z 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z足够的量程范围、动态范围、灵敏度；良好的阻尼特性。
z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.z 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.z加速度、速度传感器比较z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；z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。
z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。
z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■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、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。
6、施工过程中成桩质量检查资料；z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。
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4）检测方法及检测方法选用依据5）检测依据、标准、规范6）试验桩处理要求7）受检桩抽样方案8）检测部署：设备、人员配置；水电要求、检测环境、检测配合；检测时间安排9）试验过程10）试验报告涵盖内容简述z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。
z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）当需要进行验证或扩大检测时，验证方法的选择、扩大检测的桩数及抽样方法低应变：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、柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根。
2、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；3、对端承型大直径灌注桩，应在上述两款规定的抽检桩数范围内，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。
抽检数量不应少于总桩数的10%。
4、地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。
5、工程有特殊需要时，应适当加大抽检数量，尤其是低应变法检测具有速度快、成本低的特点，扩大检测数量能更好了解整个工程基桩的桩身完整性情况。
低应变法信号采集时，应根据桩径大小。
桩心对称布置2~4个检测点，每个检测点记录存放信号数不宜少于3 个。
z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。
z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。
z传感器安装点及其附近不得有缺损或裂缝；z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；z当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；z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。