低应变动测原理2讲解
低应变法检桩
低应变法检桩低应变法（Low strain method）是一种常用于桩基检测的无损检测方法。
该方法基于桩与周围土体之间的互作用，并通过测量桩体表面产生的应变来评估桩的质量和完整性。
下面将介绍低应变法的原理、设备以及在桩基工程中的应用。
1. 原理：低应变法是基于桩体与周围土体之间的相互应变影响的原理。
当施加一个小幅度的交变载荷时，桩体表面出现微小的应变变化。
这些变化将沿着桩体传播到土体中，并通过受土体约束的地表上产生的应变信号进行检测和分析。
通过分析这些信号的特征，可以评估桩的质量和完整性。
2. 设备：低应变法的主要设备包括振动器、传感器和数据采集系统。
振动器用于施加小幅度的交变载荷到桩体上，通常通过压电元件或振动器激励器来实现。
传感器用于测量桩体表面产生的应变信号，常用的传感器有应变计和纤维光栅传感器。
数据采集系统用于记录和分析传感器捕获到的数据，通常由计算机软件和硬件组成。
3. 应用：低应变法在桩基工程中有广泛的应用。
它可以用于评估桩的质量、完整性和嵌入深度。
以下是低应变法在桩基工程中的几个常见应用：a. 桩基质量评估：通过监测桩体表面的应变信号，可以评估桩的质量和完整性。
当桩体有缺陷或损坏时，应变信号会显示出特定的图案，可用于判断桩的质量状况。
b. 桩身变形识别：低应变法还可以用于监测桩身在荷载作用下的变形情况。
通过比较不同荷载条件下的应变信号，可以确定桩体的变形特征，并评估其变形性能。
c. 桩基嵌入深度确定：利用低应变法可以确定桩体的嵌入深度。
通过测量桩体表面的应变信号，可以确定桩体与土体之间的互作用区域，并进一步确定桩体的嵌入深度。
d. 桩基施工质量监控：低应变法还可以用于监控桩基施工质量。
在桩基施工过程中，通过实时监测桩体的应变信号，可以及时发现施工质量问题，并采取相应的措施进行调整。
综上所述，低应变法是一种常用的桩基检测方法，通过测量桩体表面产生的应变信号来评估桩的质量和完整性。
它在桩基工程中可以广泛应用于桩基质量评估、桩身变形识别、桩基嵌入深度确定和桩基施工质量监控等方面。
低应变动测中波速影响因素的分析
低应变动测中波速影响因素的分析低应变动测法是当前桩基检测工作中对桩身完整性检测普遍使用的方法，具有快捷、简便、有效、经济的特点。
而在低应变动测法曲线分析的过程中，波速是一个很重要的参数，波速准确性直接影响桩身缺陷位置判断的准确性。
标签：低应变动测；波速；影响因素；分析0 引言低应变动测主要用于桩基完整性检测，其将基桩看成一维均匀介质，以一维波动理论为基础，通过在桩顶施加一个激励信号产生沿桩身传播的弹性波，当弹性波遇到缺陷或传播至桩底时，波阻抗变化较大，原有的振动发生变化，在缺陷位置会产生一个反射波，由安装在桩顶的检波器接收，通过分析检波器接收到的反射波判断桩身的完整性。
1 低应变检测基本原理假设桩为一维线性弹性杆，其长度为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，弹性波速为C（C2=E/ρ），广义波阻抗为Z=AρC；推导可得桩的一维波动方程：2 波速影响因素分析本文仅对桩基检测实地测试中的测试波速做相关讨论，主要影响因素为介质及人工操作的差异性。
2.1 客观因素——介质（砼）对波速的影响弹性波在桩身传播速度的影响因素有很多，如砼强度、施工工艺、骨料的品种、粒径等。
但一般认为砼强度影响最大，在相同情况下，弹性波在桩身的传播速度和桩身砼强度呈正相关关系。
图3为湖北荆州某工地基桩检测曲线，该桩桩身砼强度为C30，弹性波在桩身传播速度为3.56km/s，和武汉地区桩身砼强度同为C30的传播速度差距较大。
据了解，该项目砼生产厂家使用的骨料与武汉区别很大，这可能是引起波速差距大的主要原因之一。
2.2 主观因素——激发位置与收发距对波速的影响实际操作中，激发位置与检波器间距对波速的影响体现在两方面：①按照理论，数据处理时应以入射波起跳点为时间零点，若以入射波波峰为时间零点，因波在桩身传播能量衰减会导致频率降低，反射波脉冲宽度增加，产生误差。
但在实际操作中，因反射波起跳位置不易确定，往往以入射波波峰为时间零点，而激发位置与检波器间距越远，脉冲宽度越宽，所测波速误差越大。
低应变检测图解教材
一、低应变法检测的概念 二、低应变法的现场检测 三、 检测数据的分析和结果判断
基桩检测
一、低应变法检测的概念 1 .1目的 根据国家行业标准《建筑基桩检测技
术规范》JGJ 106-2003、J256-2003对低应 变工程检测做必要的细化和补充。
基桩检测
1.2主题内容与适用范围 为了确保现场低应变动力检测的正常
基桩检测
2.4桩的激振点部位和检测 （1）实心桩的激振点宜选择在桩头中心部位，
传感器应粘贴在距桩中心约2/3R处。敲击产生 的应力波除向下传播外，也沿径向周边传播， 从周边反射回来的波与圆心外散的波会发生迭 加。理论与实践表明，2/3R处波的干扰最小。 空心桩的激振点及传感器安装位置应选择在壁 厚1/2处且应在同一水平面上，与桩中心连线形 成的夹角宜为90°。将加速度计粘贴在磨平过 的桩顶表面，粘巾处可用大膏、黄油、橡皮泥 作为耦合介质。
Z=波阻抗 ρ=密度
Z=K/ ρ s 正常
K=常数 S=截面积
裂、夹、 离、缩
Z变大、 ρ变小或S变小的过程
扩径
Z变小 S变大的过程
断桩
t2-t1=t3-t4
基桩检测
二、低应变法的现场检测 2.1/检测数量
基桩检测
检测系统框图
基桩检测
2.2对环境条件的要求 检测仪器应具有防尘、防潮性能，并应
进行，取得正确可靠的检测数据，使低 应变动力检测工作规范、有序，特制定 基桩低应变检测作业指导书。 本作业指导书适用于检测各类预制桩 和混凝土灌注桩的桩身质量，推定缺陷 类型，性质及其部位。
基桩检测
1.3人员职责 检测人员：负责按照低应变方法对被检
样品进行检测。 复核人员：负责对检测操作是否规范以
低应变检测(RSM-PRT)PPT课件
目录
第一章 基本概念及检测原理 第二章 检测系统 第三章 现场检测技术 第四章 实测波形汇编
第一章 基本概念及检测原理
目录
第一节 应力波基本概念 第二节 应力波在桩中的传播 第三节 低应变的检测原理
第一章 基本概念及检测原理
基本概念
应力波基本概念
应力波：当介质的某个地方突然受 到一种扰动，这 种扰动产 生的变形会沿着介质由近及远传播开去， 这种扰动传播的现象称为应力波。
桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直
第三章 现场测试技术
传感器安装
传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄 必要时可采用冲击钻打孔安装方式 传感器安装面应与桩顶面紧密接触
第三章 现场测试技术
传感器安装
传感器耦合
黄油耦合 橡皮泥耦合 口香糖耦合
使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好。
说明：传感器是否安装好，可用手指轻弹传感器 侧面，若传感器纹丝不动则说明已经安装好。
第一章 基本概念及检测原理
检测原理
反射波法用于检测基桩完整性 的基本假设
➢桩自身 ：一维、连续、均质、线弹性 ➢没有考虑桩周土的影响 ➢没有考虑桩土耦合面的影响
第一章 基本概念及检测原理
检测原理
反射波法的检测原理
通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应 力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂 窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面（即波 阻抗发生变化）时，将产生反射波，检测分析反 射波的传播时间、幅值、相位和波形特征，得出 桩缺陷的大小、性质、位置等信息，最终对桩基 的完整性给予评价。
第三章 现场测试技术
波形分析
各类桩容易发生的质量问题
（2）沉管灌注桩 ➢缩颈——成形后的桩身局部小于设计要求 ➢断桩及桩身混凝土坍塌——桩身局部分离，甚 至有一段没有混凝土；桩身某一部位混凝土坍塌， 坍塌处上部没有混凝土 ➢桩身夹泥——桩身混凝土有泥夹层
低应变法检测原理及案例
低应变法检测原理及案例宝子们！今天咱来唠唠低应变法检测这个事儿。
先说说低应变法检测原理哈。
你可以把要检测的桩想象成一个小怪兽，这个小怪兽藏在地下，咱得想办法知道它内部是不是有啥毛病。
低应变法呢，就像是给这个小怪兽来个小震动，然后看它的反应。
具体来说呀，咱用一个小锤子在桩顶轻轻敲那么一下，就像在小怪兽的脑袋上轻轻弹了个脑瓜崩儿。
这一敲呢，就会产生应力波，这个应力波就会沿着桩身往下跑。
如果桩身是健康的、完整的，那这个应力波就会比较顺畅地跑下去，再反弹回来，就像一个小球在一个光滑的管道里弹来弹去一样。
但是呢，如果桩身有缺陷，比如说中间有个地方断了或者有个大空洞，那这个应力波到了这个地方就会像遇到了一堵墙一样，一部分波就会反射回来，而且这个反射回来的波和正常的波就不一样啦。
咱就可以通过检测这个反射波的情况，来判断桩身是不是有问题，就像通过小怪兽被弹脑瓜崩儿后的反应来判断它是不是哪里不舒服一样。
咱再聊聊案例吧。
就说我之前经历过的一个工程。
那是一个盖大楼的工程，地下的桩可多啦。
有一根桩看起来好像没啥问题，表面也挺光滑的。
可是呢，按照规定还是得做低应变法检测。
检测的师傅就拿着小锤子，“当当当”地敲了几下。
结果仪器上显示的波就有点怪怪的。
这就像是小怪兽本来应该正常叫几声，结果却发出了一种很奇怪的声音。
师傅就仔细研究这个波形，发现这个波在桩身大概中间的位置有一个很强的反射信号。
这就意味着啥呢？很可能这个桩中间有缺陷啊。
后来施工方就把这根桩周围挖开一看，好家伙，原来在浇筑桩身的时候，中间有一部分混凝土没有灌好，有个大空洞呢。
多亏了这个低应变法检测，要是没发现这个问题，这大楼盖在这根有问题的桩上，那可就危险了，说不定以后大楼会倾斜或者出现裂缝呢。
这就好比你穿了一双鞋，要是鞋底有个大洞你不知道，走着走着可能就会摔跤一样。
还有一个案例呢。
在一个桥梁工程里，那些桩就像桥梁的脚一样，必须得稳稳当当的。
检测的时候，刚开始看波形好像都挺正常的。
低应变检测图解ppt课件
三角观测法
超过中线3类桩，低于中线的2类桩或1类桩
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基桩检测
3.3在检测过程中发现生异常现场时的处理方法
在检测过程中出现异常波形时，应在现场及时研
究，排除影响测试的不良因素后再重复测度。重复测
试的波形与原波形应具有相似性。
3.4在检测过程中发生意外事故时的处理方法
A: 正在检测过程因外界干扰和其它不可预见的事故时， 应关机停止检测。若发生干扰影响测试结果，则应重 新检测；若干扰消除后不影响试验结果，则可继续测 试。
应力波沿桩身的传播也会被严重衰减。
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基桩检测
ii遇有连续缩颈、混凝土离析或标号低时应力波将 大量被吸收。
iii桩截面变化不规则使波的能量在末及桩底前被大
量反射。
iv同时判别一个以上的桩身非常困难，因为靠上的
第一个缺陷已将大部分波的能量被反射的问题。
v当桩径较大或脉冲宽度过窄时，部分锤击能量将
（动载荷），动态力可以是瞬态冲击力或稳态 激振力。桩－土系统在动态力的作用下产生动 态响应，采用不同功能的传感器在传感器的桩 顶量测动态响应信号（如位移、速度、加速度 信号），通过对信号的时域分析或传递函数分 析，判断桩身结构完整性。用反射波法，对每 一根被检测的单桩均应进行二次以上重复测试； 对同一根基桩，三次锤击所形成的三条波形曲 线在形态、振幅及相位上应基本一致，采集数 据方算合格。
（3）测试中手锤均在桩顶中心敲击部位混凝 土应平整、坚硬，手锤应与桩顶垂直，避免含 有水平分量。
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（4）测完应做好数据处理和检测记录，检测记录的有 效位数和计量单位均以国际标准为准。
（5）低应变动力信号处理
低应变法
低应变法低应变动力试桩法主要用于桩的完整性检测，根据激振方式的不同，又可分为反射波法（小锤敲击法）、机械阻抗法、水电效应法和共振法等数种。
目前研究和应用的比较多的低应变动测方法主要是反射波法。
现场测试示意图本方法对桩身缺陷程度只作定性判断。
对于桩身不同类型的缺陷，反射波测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。
●基本原理：反射波法是建立在一维波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，波阻抗将发生变化，产生反射波，通过安装在桩顶的传感器接收反射信号，对接收的反射信号进行放大、滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息。
利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置。
●适用范围1、低应变适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。
只能定性判定，不能定量2、低应变法是通过一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法也称之为反射波法（或瞬态时域分析法）3、低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比不宜小于10，设计桩身横截面宜基本规则。
另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对于薄壁钢管桩、大直径现浇薄壁混凝土管桩和类似于H型钢桩的异型桩，若激励响应在桩顶面接收时，低应变方法不适用。
低应变能识别的缺陷类型仪器要求：检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T3055的有关规定。
具有连续采集、快速自动存贮、显示实测信号和处理分析信号的功能《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106）对仪器设备的要求如下：（1）检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T3055的有关规定；（2）瞬态激振设备应包括能激发宽脉冲和窄脉冲的力锤和锤垫；力锤可装有力传感器；稳态激振设备应为电磁式稳态激振器，其激振力可调，扫频范围为10Hz～2000Hz。
低应变检测原理及方法
低应变检测原理及方法有关低应变检测原理及方法在我们的日常生活以及学习中，我们或多或少会接触到不少的物理知识点，下面小编为大家整理了有关低应变检测原理及方法，希望对大家有帮助。
1、检测原理检测方法采用低应变法，混凝土桩的物理强度远大于桩周土的物理强度，在桩顶沿垂直方向激发的弹性应力波基本上是沿桩周传播的，由于桩底持力层及桩身质量缺陷位置上的波阻抗与正常混凝土波阻抗存在差异，因而：（1）通过分析缺陷反射波a．相位变化、频率变化、多次反射性可判断桩基的缩颈、扩警、松散、夹泥、离析、断桩等质量缺陷现象。
b．振幅的.大小可判断缺陷的程度。
c．桩身缺陷位置应按下式计算：其中：x——桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；tx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）c——受检桩的桩身波速（m/s），无法确定时用cm值替代；f——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差（HZ）（2）当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ι类桩的桩身波速值按下式计算其平均值。
其中：cm——桩身波速的平均值（m/s）；且ci/cm/cm5%;ci——第i根受检桩的桩身波速值（m/s）L——测点下桩身长（m）；T——速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）；f——幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差（HZ）；n——参加波速平均值计算的基桩数量（n≥5）。
2、现场测试方法①把混凝土桩顶灌浆部分凿去凿平，使桩顶出露新鲜表面，为减少杂波干扰，此表面必须平整干净，出露的钢筋不应有较大晃动。
②传感器应稳固地粘放在桩顶上，并进行敲击测试。
③每根桩测试曲线如出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试。
3、检测仪器及设备①检测仪器的主要技术性能指标应符合《基桩动测仪》JG/T 3055的有关规定，且应具有信号显示、储存、和处理分析功能。
②瞬态激振设备应包括能激发宽脉冲和窄脉冲的力锤和锤垫；力锤可装有力传感器；稳态激振设备应包括激振力可调、扫频范围为10～2000HZ的电磁式稳态激振器。
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RF>0 即入射波与反射波性质相同，为压力波
极端情况：固定桩端处：Z2=∞：RV= -1 RF= 1
4
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
透射系数IF和IV
IF
FT FI
2Z2 Z2 Z1
=0 自由端（Z2=0） =2 固定端（Z2=∞）
1
二、用反射波的相位判断桩身阻抗变化 答：由波动方程的波动解： u(z,t) f(zct) g(zct)
用脚码I、R、T分别表示入射波，反射波和透射波
入射下行波满足： FI=-VIZ1 反射上行波满足： FR=VRZ1 透射下行波满足： FT=-VTZ2
由桩身阻抗变化界面处的连续条件得 位移、速度方程和力的平衡方程: 位移：u1=u2 uI+uR=uT 速度：V1=V2 VI+VR=VT
当入射波为压力波时，沿桩身遇有缩颈，断裂，砼离析和夹
泥等阻抗变小时（Z2<Z1）,Rv>0 即入射波与反射波同相位
RF<0 即入射波与反射波性质相反，为拉伸波
极端情况：自由桩端处: Z2=0: Rv= 1 RF= -1
IF=0 IV=2
3
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
20<L<30m =2.0~3.0ms
L>30m =3.0~4.0ms 如要做频谱分析，脉冲宽度则掌握在使频谱图上出现2~3
阶谐振频率，这样才能得两个频差。
力： F1=F2 FI+FR=FT
2
结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平 衡方程：得：
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV
VR VI
Z1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
反射系数RF和RV
RF
FR FI
Z2 Z2
Z1 Z1
RV VR VIZ1 Z2 Z2 Z1
>0(压力波) 性质相同的反射波 <0(拉力波) 性质相反的反射波 >0 同相位的反射波 <0 反相位的反射波
当入射波为压力波时，沿桩身遇有扩颈等阻抗变大时
（Z2>Z1） ,Rv<0 即入射波与反射波反相位
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五、什么是测桩盲区:
答：桩顶受点振源锤击扰动后，最初形成的波动区，最靠 近桩顶部分形成半球面波，传播不满足平截面假定，同时 下行压力波会掩盖上行的力波，使得反映桩身缺陷或扩颈 的上行波不易识别，
桩顶呈现这种现象的区段称为盲区（一般桩顶下1—1.5D）
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六、检测不到桩身缺陷的原因及解决？
答：桩动测技术是建立在一维应力波理论基础上，并做了 平截面假定，而大直径桩桩顶附近各截面每一质点运动速 度并不一致，三维效应严重，瑞利波，剪切波，压缩波中 前两者从周边反射将使测试信号产生高频成分。这种高频 干扰波会掩盖桩身反射波，尤其是较弱的桩底反射。据理 论计算，当锤击点在桩中心处时在2/3 R处这种干扰力最 小，是传感器的理想安装处。
效果好（榔头）
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3）激振能量要适当，激振能量以能看到桩底反射的前提
下尽可能小，使桩周参加振动的土体尽量少，以减少对波
形的干扰。 桩长 土好 用大锤。 桩短 土差 用小锤。
（土好，吸收能力强）
（4）敲击脉冲力宽度要适中：改变锤头的材料，锤垫，不 同桩长用不同的脉冲宽度：
桩长
脉冲宽度
L<10m =0.7~1.0ms 10<L<20m =1.0~2.0ms
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。
（2）敲击力要集中，铅直，使振动模式单一。 采用力棒或自由落锤，激振能量和信号重复性都比用锤敲击
第二部分 低应变法测桩技术
一、应力波反射法测桩的基本原理是什么？ 答：（1）用手锤或力锤，力棒敲击桩顶 （2）由此产生的应力波沿桩身以速度C向下传播，应力波通过桩
阻抗Z（Z=ρAC）变化界面时，如缩颈，夹异物砼离析或扩 颈，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产 生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射 （3）由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并 由测桩仪进行信号放大等处理后，得到速度或加速度时程 曲线 （4）从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核校长，由平 均波速大小可以估计砼的强度等级
答：除检测桩盲区外，还有： （1）激振力频率f低：不产生波动现象将测不到浅部缺陷
的反射波。 解决：用小锤，减少锤击时间，增大脉冲力中的高频率成
分。 （2）桩身和桩测土阻尼大使应力波衰减，不易看到缺陷。 解决： 加大锤击能量，加锤垫增大锤击时间，降低脉冲力
中的高频率成分。
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七、用应力波反射法检测大直径桩应注意哪些问题？
当敲击力脉冲过窄，也易产生高频干扰信号，所以应用尼 龙头或加大锤垫厚度增大锤击力脉冲宽度
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八、如何把握激振技术？
（1）桩顶处理：凿去浮浆层至新鲜砼，无积水，平整干净 桩顶，安装激振器或敲击点的桩中心部位和安装量测响应传 感器位置要磨削平整光滑，保持水平面，避免锤击时产生寄 生共振。
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。
IV
VT VI
2Z1 Z2 Z1
=0 固定端（Z2=∞） =2自由端（Z2=0）
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三、各种桩身阻抗变化的应力波反射法的时域曲线
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四、应力波反射法的浅层缺陷 波形特征
答：对于浅层缺陷，当敲击脉冲较宽，使波长λ>=L时（L 缺陷深度），应力波传播不满足波动理论，而是质一弹体 系的刚性振动，其频率比应力反射波低得多，因此浅层缺 陷的反射波常为频率低，振幅大，周期长的信号，或高， 低频信号混叠的波形，同时看不到桩底反射.