基桩反射波法检测的基本原理
智博联课件-反射波法检测基桩完整性
振源对检测信号的影响
• 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。
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反射波法检测基桩完整性
仪器设备——P8100主机系统 背面 正面
后面 侧面
反射波法检测基桩完整性
仪器设备——P8000采集系统
主要包括控制系统、电源系统、模拟滤波、放大系统、信 号采集、无线传输等。
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
反射波法检测基桩完整性
基本原理——检测原理图
P8100基桩动测仪
P8000无线基桩动测仪
反射波法检测基桩完整性
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。
P8100的使用
1. 将升级包内的文件解压到计算机的某个文件夹下；
2. 将U盘插入计算机的USB口，将解压后的P8Soft文件 夹拷贝到U盘根目录下，拷贝完毕后拔下U盘；
3. 将U盘插入到动测仪的USB口；
4. 打开动测仪电源，在启动界面点击软件升级按钮，则 关闭当前软件运行升级程序，点击升级钮开始升级 （将U盘中的升级文件拷贝至仪器内的相应文件夹中）， 升级完后，提示“软件升级成功”；
反射波法检测基桩完整性(1
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。
T1
Toe
-0.02
Vel
0 5 10 15 20 25 m
从检测波形上看，该桩在距桩顶16米左右处同相反射信号较强，桩身完整性 存在比较严重的缺陷，判定该桩为Ⅲ类桩。结合地质报告，该桩所处主要地 层结构为卵石层和亚粘土层，判定缺陷类型为夹泥。后据施工单位反映，该 桥场地地质情况比较差，成孔比较困难，钻孔过程中经常会出现孔壁坍塌的 情况。该桩桩身夹泥缺陷明显，此缺陷的形成有以下几个原因：其一主要是 混凝土灌注过程中出现了局部塌孔的情况，泥土挤入桩身；其二是施工单位 在处理坍孔或加大泥浆稠度时直接加入孔内的粘土在施工中被分散成泥团、 泥块，在灌注混凝土时夹入桩身；其三是缺陷位置处的混凝土灌注速度不正 常，低于正常灌注速度，当混凝土下泄时，不足以将泥浆全部挤出，造成夹 泥的缺陷。
Ⅳ类桩实例分析
cm/s
0.01 0.01 0.00
2: # 156
MA: 2.00 MD: 2.00 LE: 40.00 WS: 4000 LO: 0.77 HI: 0.00 PV: 0 T1: 63
T1
Toe
-0.01
Vel
0 5 10 15 20 25 30 35 40 m
从检测波形上看，该桩在距桩顶24米处同相反射信号非常强，并且可以见 到该缺陷的二次和三次重复反射，见不到桩底反射信号，故判断该桩为断 桩。后经事故调查得知，该起断桩事故与地质情况无关，为人为原因造成。 当时施工单位在对该桩灌注过程中，发现所购商品混凝土坍落度连续七车 不满足施工质量要求，最小的为11cm，最大的为15cm，随即对该商品混凝 土清退出场，等合格的商品混凝土到场后，此时该桩已经中断灌注混凝土 2.5至3个小时，继续灌注时导管内混凝土已经不能顺利下落，施工单位随 即采取敲击导管并利用25吨吊车小幅度上下往复运动导管，强行使混凝土 下落，此时孔内混凝土已经凝结，不可能继续上浮，最终形成二次浇筑面 造成断桩。这是一种典型的断桩形成原因。
基桩动力检测低应变反射波法
基桩动力检测低应变反射波法第一节反射波法动测技术反射波法是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，当桩身阻抗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，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。
一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。
由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =ρcA (2.1)式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N⋅s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。
将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。
在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。
假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。
截面的任何变化都使部分入射波产生反射。
反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。
（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)]σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2)及v T = v1 [2A1 /(A1+A2)]v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3)式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。
由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有σT = σI v T =v IσR= 0 v R = 0 (2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。
若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。
低应变反射波法检测桩基
低应变反射波法检测桩基以动测方法发展起来的桩身完整性检测技术是依赖于桩身及其缺陷对入射波的反应而进行间接判断的一种方法，其中低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一。
在本文中将对低应变反射波法测桩的原理、特点结合工程中的应用进行详细介绍，并就低应变反射波在使用上的限制及影响因素进行简单介绍。
1、低应变反射波法测桩的特点低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一，有其不可替代的优势，但也存在众多不足带来的误判、漏判等，给工程建设造成不利影响：(1) 反射波法的优点仪器设备轻便，操作简单，成本低廉；检测覆盖面大，可对桩基工程进行普查；可检测桩身完整性和桩身存在的缺陷及住置，估计桩身混凝土强度、核对桩长等。
(2) 反射波法的局限性①检测桩长的限制，对于软土地区的超长桩，长径比很大，桩身阻抗与持力层阻抗匹配好，常测不到桩底反射信号。
②桩身截面阻抗渐变等时，容易造成误判。
③当桩身有两个以上缺陷时，较难判别。
④在桩身阻变小的情况下，较难判断缺陷的性质。
⑤嵌岩桩的桩底反射信号多变，容易造成误判。
2、原理低应变反射波法是在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。
一般是根据反射波与入射波相位的关系，判别某一波阻抗界面的性质，这是低应变反射波法判别桩底情况及桩身缺陷的理论依据。
3、桩身混凝土强度判断应注意以下几个方面在针对具体的测试信号进行分析时还要结合桩周土的情况及影响因素进行判断。
嵌岩桩的时域曲线中桩底反射信号变化复杂，一般情况下，桩底反射信号与激励信号极性相反；但桩底混凝土与岩体阻抗相近，则桩底反射信号不明显，甚至没有；如桩底有沉渣，则有明显的同相反射信号。
因此，要对照受检桩的桩型、地层条件、成桩工艺、施工情况等进行综合分析，不宜单凭测试信号定论。
4、在桥梁桩基检测中的应用（1）工程概况该新建桥梁基础采用钻孔灌注圆桩，测桩布置图见图1。
桩基低应变(反射波法)的基本原理
桩基低应变(反射波法)的基本原理桩基低应变反射波法是一种测量地基桩芯的有效方法。
它利用从
桩芯中反射出的声波，通过位移变化率测量桩内的应变，从而得到地
基的竖向变形的信息，是一种地基桩低应变监测的先进技术。
原理是利用声波法原理，在桩顶部内装入（或者放置在桩芯上方）触发器发射声波，声波从桩底反射并传导到接收器。
接收器采集到的
数据被传输到数据处理系统，根据声波时间变化来测量桩芯的应变值，监测桩芯在低应变条件下的变形情况。
如果声波时间变化显示了变化，表明地基桩已经发生了一部分变形，继而延伸至地表变形，当前的位
置的变形对地基桩的位移有重要的意义，是一种有效的桩基低应变监
测方法。
桩基检测方法及目的
冲孔桩检测方法及检测依据一、低应变反射波法；1低应变动力检测方法原理反射波法是建立在一维弹性杆波动理论基础上，在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异界面时（如桩底断桩和严重离析部位、缩径、扩径）将产生反射现象，经接收放大滤波和数字处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，利用波在桩体内传播的速度和相位变化判定桩身质量和缺陷位置。
2测试系统包括激振设备（手锤）、磁电式速度传感器、信号采集分析仪（RS-1616K(S)高低应变基桩动测仪），该系统经检定在有效检定期内。
3保证措施：①桩头位置：桩顶面平整、密实，并与桩轴线基本垂直。
②传感器安装应与桩顶面垂直，用耦合剂粘结时，具有足够的粘结强度。
③激振位置：实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置为距桩中心2/3半径处。
④激振方式为锤击方式。
4现场测试步骤：桩头处理－>用黄油安装传感器－>调试动测仪参数（采样间隔、增益等）－>激振、接收信号－>重复激振，直至信号一致性良好－>进行下一根桩检测。
二、高应变检测；高应变原理为：用重锤(重量大于预估单桩极限承载力的 1.0～1.5%)锤击桩顶，检波器测出桩顶的力和速度随时间变化的曲线，利用实测的力(或速度)曲线作为输入的边界条件，通过波动方程数学求解，反算桩顶的速度(或力)曲线。
如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假设的模型及参数不合理，应有针对性地调整桩土模型及参数，再行计算，直至计算曲线与实测曲线的吻合程度良好，且难以进一步改善为止。
利用假设的模型及参数计算基桩的竖向承载力。
三、单桩竖向抗压静载试验1）工艺流程；选桩→裁桩→桩头处理→试验设备安放→加载→卸载2）桩头处理；2.1与地坪标高大致相同的桩无需进行裁桩处理；2.2高于地坪标高的桩，应在施工方裁桩后打磨平整；3）试验设备安放试验设备安装时遵循先下后上、先中心后两侧的原则，安放承压板，然后放置千斤顶于其上，再安装反力系统，最后安装观测系统。
yantubbs-基桩检测的双波速分析法_原稿)
AR x u c t u ×-¶¶=¶¶r 22222b b b +×=+-×=1211i ti rV VV V2x x t cL =基桩检测的双波速分析法(岩土论坛yantuBBS)摘要：本文阐述了双波速分析法的特点与精确求解波速应注意的几个影响因素，通过行波理论分离上行波与下行波，求出桩身准确波速，排除干扰波影响，准确判别桩身完整性。
关键词：桩基完整性检测，反射波法，双波速分析，行波法。
一、 传统反射波法基本原理双波速分析是传统的低应变反射波法检测中新增的其中一个分析方法，除安装两个传感器这一特点外，其数据采集与传统反射波法采集数据无异。
传统基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：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）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。
假设桩为一维连续弹性杆，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 （C 2=E/ρ），广义波阻抗为Z=A ρC ；推导可得桩的一维波动方程：如果桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为Z 1）进入介质Ⅱ（阻抗为Z 2）时，将产生速度反射波V r 和速度透射波V t 。
如图1图1土阻力和阻抗变化图令桩身质量完好系数β＝ Z 2/Z 1,则有缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，缺陷位置根据反射波的时间t x 由下式确定二、 双波速分析方法的提出传统的低应变反射波法检测前提条件是桩长L 、波速C 、反射时间t 三个物理量已知两个求另一个。
但实际检测中我们往往只知道一个物理量那就是反射时间t 。
这时，我们只能假设其中一个物理量如波速C ，推算另外一个物理量如桩长L 。
而双波速分析法借助两个传感器接收信号的时间差t V ，根据两个传感器安装位置之差z V ，直接求出波速C 。
反射波法(P.I.T.)基桩完整性检测激振技术
反射波法（Ｐ．Ｉ．Ｔ．）基桩完整性检测激振技术摘要；本文介绍了基桩完整性测试仪（P.I.T.）的基本性能。
简要论述了反射波法的基本原理。
结合理论及工程实践对反射波法（P.I.T.）基桩完整性检测激振技术进行探讨。
给其他应用反射波法（P.I.T）进行基桩完整性检测的工程技术人员以启示。
关键词：反射波法；基桩；完整性；激振技术1、引言反射波法是一种应用一维弹性波传播原理，检测桩身混凝土完整性，推定缺陷类型极其在桩身中位置的基桩低应变完整性检测方法。
该方法模型简单合理，检测准确性高，是目前应用最为普遍的基桩低应变完整性检测方法。
激振技术虽表面看似简单，其中有相当的技术含量，是检测成败的关键。
低应变基桩完整性检测中激振的原则要求是：激振能量适中，激振力的波动模式单一，只含纵波。
而激振点位置，激振能量大小、激振脉冲宽度等是激振技术的关键环节。
本文对这些问题进行探讨。
2、反射波法的应力波模型及检测原理当埋入土中的桩,受一瞬态激振力施加于桩顶时,其振动特征一般应按桩土相互作用的原理来描述。
这时首先假定桩为均匀的一维杆件，各界面的应力是均匀分布的。
由于应力波在混凝土中的传播速度远大于应力波在桩周土中的传播速度，故人们总是把应力波在桩身中的传播特性用一维波动方程来解释。
（1）式中：U为桩身某单元在x方向上的位移；C为应力波在桩身中传播的速度C=E/E为桩身混凝土的弹性摸量；为桩身混凝土的容重；当弹性波在桩体中传播，遇到一个波阻抗不同的质量缺陷时，即、A、C 中的任何一项发生变化（A为桩身横截面的有效面积），即形成波阻抗界面。
应力波在传播过程中，遇到该界面就会产生反射和透射，也就是说有一部分能量传回第一界面，而另一部分能量传入第二界面。
根据界面声压连续及振速连续的两个条件，可得其界面质点振动速度和压力表达式如下：3、激振技术3.1检测前制定合理的激振方案接到检测任务进入现场前，充分了解收集有关被检桩桩长、桩径、施工工艺、混凝土强度等级、工程地质状况等有关工程信息，根据具体工程情况制定有针对性的检测方案，不同锤重的一组激振手锤，不同重量的力棒、不同厚度、不同软硬程度的锤垫。
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基桩反射波法检测的基本原理
基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：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）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。
假设桩为一维线弹性杆，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（C 2 =E/ρ），广义波阻抗为Z=AρC；推导可得桩的一维波动方程：
假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质I（阻抗为Z1）进入介质II （阻抗为Z2）时，将产生速度反射波Vr和速度透射波Vt。
令桩身质量完好系数β＝ Z1/Z2,则有
缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，缺陷位置根据反射波的时间tx由下式确定。