低应变基桩完整性检测基本原理与应用
基桩低应变检测方法及在工程检测中的运用胡俊辉
基桩低应变检测方法及在工程检测中的运用胡俊辉发布时间：2023-06-22T02:00:42.199Z 来源：《中国建设信息化》2023年7期作者：胡俊辉[导读] 改革后，我国的科学技术水平在社会发展的影响下不断进步。
现阶段，低应变检测是桩基检测中最重要的方法之一，总结了桩基础低应变检测的基本原理。
该方法通过瞬态激振施加瞬态冲击，测定桩基础顶部加速度或者速度的响应程度，给出了低应变检测的方法。
在对现场进行仔细勘察的基础上，通过反射波对桩身质量进行检测，通过数据采集设备得到应力波在桩身中传播后反射到桩顶的数据信息，分析判定基桩桩身完整性。
结合蓝山示范性中学建设工程项目，分析了该方法的适用性，检测结果表明，序号为4、10、13的桩身存在轻微缺陷，其余桩身均完整。
云南铠昕工程检测有限公司云南省 650217摘要：改革后，我国的科学技术水平在社会发展的影响下不断进步。
现阶段，低应变检测是桩基检测中最重要的方法之一，总结了桩基础低应变检测的基本原理。
该方法通过瞬态激振施加瞬态冲击，测定桩基础顶部加速度或者速度的响应程度，给出了低应变检测的方法。
在对现场进行仔细勘察的基础上，通过反射波对桩身质量进行检测，通过数据采集设备得到应力波在桩身中传播后反射到桩顶的数据信息，分析判定基桩桩身完整性。
结合蓝山示范性中学建设工程项目，分析了该方法的适用性，检测结果表明，序号为4、10、13的桩身存在轻微缺陷，其余桩身均完整。
关键词：基桩；低应变法；桩基础引言低应变法在工程检测中主要应用于判别桩身缺陷及位置，评价桩身的完整性。
桩基础工程属于深基础结构的一种，抗震性能好，易实现机械化、工业化，被广泛应用于建筑中。
由于桩身埋置于土层中，检测相对复杂，低应变法利用波的传播很好地解决了这一问题。
桩将上部结构荷载传递到土层中，起到承上启下的作用，桩身质量好坏直接决定了上部结构的安全与否。
根据成桩工艺不同，桩分为灌注桩和预制桩。
灌注桩的常见问题有断桩、离析、缩颈及钻孔质量。
低应变法检测桩基完整性分析
低应变法是采用低能量瞬态或称稳态激振方式在 桩顶激振，利用低能量的激振力产生沿桩的纵向振动 或沿桩身纵向传播的波动，实测桩顶部的速度时程曲 线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对 桩身完整性进行判定的检测方法。低应变法桩 - 土系 统变形完全在弹性范围内，桩身应变量一般＜0.1%。
基本原理低应变法是采用低能量瞬态或称稳态激振方式在桩顶激振利用低能量的激振力产生沿桩的纵向振动或沿桩身纵向传播的波动实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线通过波动理论分析或频域分析对桩身完整性进行判定的检测方法
Constructional Engineering 建 筑 工 程
低应变法检测桩基完整性分析
□中图分类号：TU473.1 □文献标识码：C □文章编号：1008- 3197（2010）01- 15- 03 □收稿日期：2010- 01- 19 □作者简介：靳雪梅 / 女，1975 年出生，讲师，硕士，太原理工大
学阳泉学院建工系，研究方向为岩土工程。
天津建设科技 2010·NO.1 17
个问题［J］，华北地震科学，2004，22（4）：53- 55.
图 8 断桩工程实例
结语
通过以上对低应变法检测桩基完整性的特征曲线 和实例的分析可以看出，其存在以下不足之处。
（1）低应变法检测基桩完整性基本上不能对截面 的变化程度作出定量评定，而只能对桩身缺陷的存在 作出定性与定位的判断。
（2）大批试桩中能鉴别出肯定合格的基本完整桩 和肯定不合格的严重缺损桩，对许多具有中等程度缺 损桩，较难对其合格性作出判断。
线，反映为一多次反射子波等距出现，振幅和频率逐次
降低；深部断裂似桩底反射，但所计算的波速远大于正
常波速。桩身断裂一般见不到桩底反射。
低应变基桩完整性检测基本原理与应用课件
利用波形反演技术，根据实测波形推断桩身内部的结构特 性。成像技术可以将反演结果可视化，更直观地展示桩身 完整性状况。
03
低应变基桩完整性检测应用实例
工程实例背景
某大型桥梁工程
该桥梁位于地震活跃区域，基桩完整性对桥梁的抗震性能至关重要。为了确保工程安全，进行了低应 变基桩完整性检测。
随着科技的不断进步，低应变基 桩完整性检测技术也在不断发展 和创新，例如引入更先进的信号 处理技术和人工智能算法来提高
检测精度和效率。
多样化检测方法
针对不同类型和条件的基桩，开 发多样化的低应变检测方法，以 适应不同工程需求，提高检测的
可靠性和适用性。
智能化检测装备
发展智能化的低应变检测装备， 实现自动化数据采集、处理与分 析，提高检测效率和准确性，减
发展历程
低应变基桩完整性检测技术经历了多年的研究和发展，从最 初的简单敲击法到现在的激振源多样化、信号处理技术先进 化的阶段。随着科技的不断进步，该技术的检测精度和效率 也不断提高。
检测方法及分类
方法
低应变基桩完整性检测方法主要包括瞬态激振法、稳态激振法等。其中，瞬态激 振法通过瞬间激励基桩并测量其振动响应，稳态激振法则采用连续激励并测量基 桩的振动响应。
加强低应变基桩完整性检测技术的工程应用和推广，促进技术成果转 化为实际生产力，推动相关行业的技术进步。
解决策略与建议
深化研究
进一步加深对低应变基桩完整性检测技术的研究，提高技术的理 论水平和实际应用能力。
技术交流与合作
加强国内外技术交流与合作，引进先进技术与方法，促进技术创新 与发展。
制定技术标准与规范
少人为因素的影响。
面临的挑战与问题
浅析低应变法检测基桩完整性_刘剑
干净，以露出干净的混凝土表面为准!
( !) 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;
( *) 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!
中国建筑工业出版社，!""/I
［!］ 项贻强，吴强强. 基于性能的混凝土桥梁全寿命养护策略方法
研究［J］. 重庆交通大学学报( 自然科学版) ，!"#*，( $) I
［*］ 胨艾荣，盛勇，钱锋 I 桥粱造型［E］. 北京: 人民交通出版社，
!""$.
( 上接第 !#) 页)
且安装位置，要求平整尽可能使传感器垂直与桩头平面!
续表 #
类别 完整性评价 评定标准
- 明显缺陷桩
桩端反射不明显，可见缺陷二次反射波信号，或有桩端反
射但波速明显偏低!
* 严重缺陷桩
无桩端反射信号，可见因缺陷引起的多次强反射信号，或
按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长!
& 结 语
低应变法这种检测速度快"准备工作简便"操作简单检
测基桩完整性检测手段在公路桥梁的桩基检测领域有着非
#创新和科技发展进程相结合的理念’，这要求桥梁设计从
业人员不仅要更多关注国际上桥梁设计发展的变化，还要在
满足施工技术能力基础上运用适度的先进思想及新的技术
工艺"新型材料去全面应对日益变化的城市公路桥梁设计需
要!
!. * 施工技术的不断发展
桩基完整性(低应变试验)试验方法
1 桩基完整性（低应变试验）1.1一般规定：（1）低应变反射波法适用围为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG 桩。
（2）对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。
（3）受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa 。
1.2检测原理：低应变法目前国普遍采用低应变反射波法，为狭义低应变法，其通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为依据，采用一维波动理论分析判定基桩的桩身完整性。
因此基桩必须符合一维波动理论要求，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型要求，一般要求其桩长远大于直径即长径比大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比大于5。
1.3检测方法及工艺要求（1）检测前的准备工作a 受检基桩混凝土强度至少达到设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。
b 施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。
c 施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。
d 检测前，施工单位做好以下准备工作：①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。
②要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相同。
③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。
④桩顶表面平整干净且无积水。
⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm 的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm 的平面，打磨面应平顺光洁密实图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图0.8m<D≤1.25m D≤0.8m图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图⑥当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。
因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。
⑦准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。
⑧在基坑检测，应提前将基坑水抽干，并搭设好梯子，便于上下。
低应变法检测基桩完整性
桩身完整
Ⅱ 射波，有桩底反射波
频差Δf c/，轻微缺陷产生的谐振峰与桩 桩身有轻微缺陷 底谐振峰之间的频差 Δf´>c/
Ⅲ
有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间
桩身有明显缺陷
/c时刻前出现严重缺陷反 缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频
射波或周期性反射波，无 差 Δf´>c/无桩底谐振峰；
桩底反射波；
目录
1 、概述 2、反射波法检测原理 3、现场检测 4、桩身完整性的判定
1、检测依据
《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014
2、适用范围
本方法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。桩的有效检测桩长范围 应通过现场试验确定。
对桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩，应采 用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。
每个检测点记录有效信号数不少于3个。
检测流程
桩头处理 仪器连接 传感器安装 程序设置 手锤锤击 信号采集 信号分析 结果打印
类别 时域信号特性
幅频信号特征
分类原则
/c时刻前无桩底反射
频差Δf c/
/c时刻前出现轻微缺陷反 桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻
低应变法基本原理是基于一维杆的波动理论，将 桩等价于一维杆，在桩顶初始扰力作用下产生的 应力波沿桩身向下传播，并且满足一维波动方程：
2u t 2
c2
2u x 2
式中： u -- s方向位移；
c -- 桩身材料的纵波速度。
弹性波沿桩身传播过程中，当遇到密度、截面积变化时波阻抗 将发生变化，产生反射与透射，采用高灵敏传感器及配套的波形 记录仪器，即可记录反射波在桩身中传播的波形，通过对反射波 曲线特征的分析研究，即可对桩身的完整性、缺陷的位置进行判 定，测定桩身混凝土纵波波速。
建筑基桩低应变检测技术
建筑基桩低应变检测技术建筑基桩低应变检测技术是一种用于评估基桩动态特性的方法。
该技术通过分析基桩在受到动态荷载作用时的应变响应，来评估基桩的质量和稳定性。
在建筑基桩的设计和施工过程中，低应变检测技术起到了重要的作用，可以帮助工程师确定合适的基桩长度和直径，以及确保基桩能够承受预期的荷载。
一、建筑基桩低应变检测技术的原理建筑基桩低应变检测技术基于应力-应变关系原理。
当基桩受到动态荷载作用时，会产生应变。
通过在基桩上安装应变片，可以测量基桩的应变响应。
根据应力-应变关系，可以通过测量到的应变值来计算基桩的应力水平。
通过分析应力水平与基桩长度和直径的关系，可以评估基桩的质量和稳定性。
二、建筑基桩低应变检测技术的方法建筑基桩低应变检测技术通常包括以下几个步骤：1. 基桩准备：在进行低应变检测之前，需要将基桩表面清理干净，去除污垢和油渍，确保应变片能够良好粘贴。
2. 应变片安装：在基桩上按照一定间距安装应变片。
应变片的安装位置通常选择在基桩的顶部、中部和底部，以评估基桩沿长度方向的应力分布。
3. 动态荷载施加：通过使用激振器或者其他激振设备，对基桩施加动态荷载。
动态荷载的频率和幅值根据基桩的设计和施工要求进行调整。
4. 应变测量：在动态荷载作用下，使用应变仪测量基桩上的应变值。
应变仪可以实时记录应变值的变化，并进行数据采集和分析。
5. 数据处理和分析：通过分析测量到的应变值，可以计算出基桩的应力水平。
根据应力水平与基桩长度和直径的关系，可以评估基桩的质量和稳定性。
三、建筑基桩低应变检测技术的应用建筑基桩低应变检测技术在建筑基桩的设计和施工过程中起到了重要的作用。
通过低应变检测，可以评估基桩的质量和稳定性，确定合适的基桩长度和直径，以及确保基桩能够承受预期的荷载。
低应变检测技术还可以用于监测基桩在使用过程中的性能变化。
通过定期进行低应变检测，可以及时发现基桩的损伤和变形，并进行修复和加固，确保基桩的安全和可靠。
低应变反射波法检测基桩完整性的原理及应用
低应变反射波法检测基桩完整性的原理及应用邢 蕾（北京铁路局科研所）摘要：本文简要地介绍了低应变反射波法的基本原理、检测方法以及桩身质量评定方法，并列举几个工程实例。
关键词：低应变反射波法 动测 基桩 完整性 缺陷1前言随着现代工业和建筑业的迅速发展，桩基础得到了越来越广泛的应用，在施工和工程作用上有其不可替代的优越性。
但是，桩基础是一种隐蔽工程，其质量无法直接观察，如果桩基础存在缺陷就会造成质量事故。
按照国家《建筑桩基技术规范》中的规定：“对于一级建筑桩基和地址条件复杂或成桩质量可靠性较低的桩基工程，应进行成桩质量检测。
”通过检测可以发现桩基础存在的质量问题。
目前国内常用的基桩检测方法主要有：静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法与声波透射法，而低应变法一般包括动力参数法、机械阻抗法、锤击贯入法、瞬态时域分析法等。
瞬态时域分析法也称之为反射波法，是目前国内外普遍采用的一种籍一维波动理论分析来判定基桩桩身完整性的方法。
该方法的主要特点是：设备简单、操作方便、检测快捷以及费用低廉，是桩基质量普查的主要方法之一。
2反射波法的基本原理工程中绝大部分桩体都具有桩长远大于桩径这一特点，故应力波反射法是把桩当成连续均质的弹性杆，研究桩顶在动态力作用下弹性杆内质点的纵向波动，以一维波动理论为基础分析桩土体系动态响应规律。
在桩顶用手锤或力锤、力棒等激振工具敲击，由此产生振动以波的形式沿桩身以波速向下传播，应力波通过缩颈、夹异物，混凝土离析或扩颈等存在质量问题的部位时，其质量变化界面的桩阻抗C 是纵波波速）是截面积、是桩的材料密度、其中C A AC Z Z ρρ,(=发生变化。
一部分应力波产生反射向上传播至桩顶，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。
由安装在桩顶的加速度或速度传感器接收反射波信号，经测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度时程曲线。
根据曲线的形态特征所表示的阻抗变化位置，判定缺陷的位置和性质等并校核桩长。
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低应变基桩完整性检测基本原理与应用
根据现场实际情况选择合适的激振设备、传感器及检测 仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个 测试系统处于正常工作状态。
L
L2
扩径范围（L2－L1）：
（L2－L1）= C×（T3－T2）÷2
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理
检
测原理
检测原理
利用应力波在桩中传播时，当桩 身的波阻抗发生变化会出桩缺陷的 大小、性质、位置等信息，最终 对桩基的完整性给予评价。
在桩中的传播
应力波在波阻抗增大桩中的传播
扩径
反射，
V
与入
射波
反相
T
桩底
反射，
与入
射波
同相
桩 扩L
径
缩径 反射， 与入 射波 同相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波在桩中的传播
T1 T2
T3 T4
T V
整桩平均波速C：
L1
C=2L÷（T4－T1）
扩径位置L1：
L1=C×（T2－T1）÷2
低应变动力测试
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
低应变基桩完整性检测
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
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 第目一录节 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
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
低应变动力测试相关 规定
主要依据规范《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）
一、《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003规定 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。
④测点和激振点磨平问题。 ⑤各测点的重复检测次数不应少于3次，且检测波形具有良 好的一致性。
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
传感器安装规定 （1）传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合
剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。 传感器安装的好坏对采集信息的影响很大，粘结层应可
能薄。传感器底面与桩顶应紧密接触，不得用手接触传感 器，在信号采集过程中不得产生滑移或松动。
应力波在固定端完整桩中的传播
T V
桩
L
嵌
岩
桩底 反射， 与入 射波 反相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在波阻抗减小桩中的传播
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在波阻抗减小桩中的传播
入射波 与反射 波同相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在自由端完整桩中的传播
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在自由端完整桩中的传播
由桩 端在
自
桩底 反射， 与入 射波 同相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在固定端完整桩中的传播
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在固定端完整桩中的传播
T V
入射波 与反射 波反相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
桩 截 面 减 小
V L
T
桩底 反射
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波
在桩中的传播
应力波在波阻抗减小桩中的传播
缩径 反射， 与入 射波 同相
桩
缩
径
V L
T
扩径 反射， 与入 射波 反相
桩 底 反 射
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在波阻抗增大桩中的传播
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在波阻抗增大桩中的传播
V
嵌桩 岩截
面L 增 大 并
T
桩底 反射， 与入 射波 反相
扩径 反射， 与入 射波 反相
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波
注意： 1、进行现场调查，搜集工程地质资料、基桩设计 图纸和施工记录等，了解施工工艺及施工过程中 出现的异常情况，明确被检测桩号。 2、桩顶应凿至新鲜混凝土面，并用打磨机将测 点和激振点磨平 3、建设部和铁道部规定：至少达到设计强度的 70%，且不小于15MPa.
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
现场检测注意事项
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。
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。
波阻抗： Z CA
：密度；C：应力波速；A：桩横截面积。
一维直杆：d<<L的杆件
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
第一章 基本概念及检测原理 应力波 在桩中的传播
应力波在桩中的传播
振源：手锤锤击桩端面。点振源 传播介质：桩L远大于桩径。一维 直杆 传播：应力波以锤击点为中心半球 向外传播，当应力波传播至桩身一 定距离S后（一般S>1D-2D），波 振面才近似为平面。此时手锤锤击 桩端认为是应力波在一维杆件中竖 直方向传播
（2）对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心2/3半 径处，传感器与激振点的距离桩不宜小于1/2半径，且避开 钢筋笼主筋的影响。
（3）对预应力混凝土管桩应在两条相互垂直的直径上 各布置2个测点。
低应变基桩完整性检测基本原理与应用
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。