桩基低应变(反射波法)的基本原理
6、桩基低应变(反射波法)的基本原理
6、桩基低应变(反射波法)的基本原理
桩基低应变(反射波法)的基本原理是：当桩基在施加外力作用时，桩周围的土会产生一系列的微小的位移，使桩周围的土体发生破坏，
破坏的过程中既吸收了部分的能量，又向外释放了能量，引起着土质
的应变和形变。
而桩基的低应变反射波测定法则是：数据采集仪将采
集到的大量反射波连续发射到桩基中，发射频率和能量均是正常水平，采集仪会按照预定的时间将反射波捕捉到，反射波通过antenna缓慢
接收到桩基中，经过反射，再次发射出来，进行收集分析，桩基的破
坏程度也可以根据收集到的波型分析得出。
低应变反射波法在基桩完整性检测中的应用分析探讨
低应变反射波法在基桩完整性检测中的应用分析探讨摘要：目前我们常用的一种基桩检测方法就是低应变反射波法，本文简要的对低应变反射波法的改进方法以及它的局限性进行了分析，同时又对低应变反射波法测桩的基本原理进行简单的介绍，并根据在工程实践中经常遇到的一些问题提出相应的解决办法。
关键词：低应变反射波法基桩检测近年来，低应变反射波法被广泛的应用在桩基完整性检测中，这种方法就是首先间接的通过波形分析，然后根据快捷方便特等点判定基桩是否具有完整性的，但与此同时这种方法又有一定的局限性，因为在实际的检测中，单通过对桩身完整性的判断根本不能达到标准，因此这种检测的方法适用于有丰富经验的检测人员，本文是根据作者从事多年的低应变检测工作，从而对工作中遇到的一些问题进行讨论并分析。
1 低应变反射波法基本原理用手锤敲击桩头就是低应变反射法检测桩身结构完整性的基本原理，应力波的反射以及透射这两种介质波阻抗的大小会决定其能量的大小，在整个过程中敲击所产生的应力波，一直会沿着桩体本身向下传播，声波的透射和反射会在遇到波阻抗界面时产生。
同时根据波动理论我们可以知道，将波速、声时以及振幅等结合起来，就能够清楚的判断出桩的缺陷大小、位置以及完整性等，当应力波遇到扩底或扩径的情况时，波阻抗会变大，此时入射波与反射波的相位就会相反；而当应力波遇到断裂、缩径或者离析的情况时，波阻抗就会变小，此时入射波与反射波的相位就会相同。
在建立一维弹性杆模型的基础上我们才能够了解低应变反射波法的理论依据，在一维弹性杆的理论中，低应变反射波法这种检测方法不能在H型钢桩和薄壁钢管桩中使用，而是要求应力波在桩体本身传播时平截面的假设要成立，因此桩的横向尺寸比与瞬态激振脉冲的波长以及被检桩的长径比都不能过小，同时在一维弹性杆理论中，遇到桩身阻抗发生变化时，弹性波就会产生透射以及反射，将被检桩受到一瞬态激振力时，桩体顶部被激发所产生的弹性波就会沿着桩体本身向下传递。
桩基检测低应变反射波法探讨
桩基检测低应变反射波法探讨1 引言桩基属于隐蔽工程，在桩基施工过程中，受岩土工程地质条件、施工技术等因素的影响，可能存在一定的缺陷，如扩径、缩径、离析、夹泥、空洞和断桩等。
在桩基施工结束后，需要进行桩基质量检测，评价桩基施工质量，为下一步施工做好准备。
目前桩基的检测方法较多，工作原理各不相同，常用的方法有高应变法、机械阻抗法、低应变反射波法、声波透射法和钻芯检测法等。
与其他检测方法相比，低应变反射波法具有工作原理简单、结果判读直观、检测结果准确、检测花费少等优点，在新建结构基桩检测中使用频率最高，根据统计，国内在建工程中约80%的桩基采用低应变反射波法进行检测[1]。
2 方法2.1低应变反射波法原理桩基桩身完整性检测常用低应变反射波法，其基本原理是：在桩基的顶部施加激振信号产生应力波，应力波在沿桩身传播过程中，如遇到不连续界面（如扩径、缩径、离析、夹泥、空洞和断桩等缺陷）和桩底界面时，会产生反射波，通过综合分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，判断桩身的完整性及是否存在缺陷，其基本原理见图1[2]。
2.2波形分析2.2.1确定标准波形检测时，同一场地完整桩反射波形相似。
对比桩基检测得到的波形，结合工程勘察成果、基桩施工记录及波形特征，确定标准波形。
其他桩基波形与标准波形对比，计算分析确定缺陷性质。
在频率域内对桩基检测结果进行频谱分析，根据时域波形特征结合缺陷桩的频谱特征确定缺陷类型和部位：2.2.2 不同桩基检测的波形特点（1）完整桩：即标准波形，无其他杂波，桩底反射和入射同相位；峰排列规则，相临峰值间隔相等。
（2）离析、夹泥桩：开始反射波与入射波同相位，缺陷部位入射波与反射波反相位；反射波脉冲宽度比入射波脉冲宽度明显变宽，由于缺陷部位混凝土松散，吸收了大部分应力波能量，桩底反射一般不明显，严重时，无桩底反射[3]。
（3）缩径桩：开始反射波与入射波同相位，缺陷部位入射波与反射波反相位；反射波脉冲宽度比入射波脉冲宽度基本一致。
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。
低应变反射波法检测灌注桩应该注意的几个问题
低应变反射波法检测灌注桩应该注意的几个问题摘要：本文介绍了低应变反射波法检测桩基础完整性的基本原理及其优缺点，并结合工程实例，阐述了其在检测灌注桩过程中应该注意的几个问题，为更好的开展工程检测提供参考。
关键词：低应变反射波法、完整性、局限性引言低应变反射波法检测基桩完整性在我国已有二十多年的发展历史，理论、检测设备、技术水平等都较为成熟。
其作为一种基桩完整性检测的普查方法，广泛地应用于工程实践中，具有快捷、无损、经济、轻便等优点。
但作为一种半直接检测方法，还是存在一些不确定的因素会对检测结果的分析判断带来困难，甚至导致误判，应引起重视。
一、低应变反射波法检测基本原理低应变反射波法检测桩身结构完整性是目前使用最广泛的一种基桩无损检测方法。
其基本原理是通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波在沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如夹泥、离析、缩颈、断裂等缺陷）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，包括桩身存在的缺陷位置及其影响程度、桩端与持力层的结合状况等。
二、低应变反射波法检测的优点及其局限性低应变反射波法作为桩基础无损检测的常用方法，其优点是检测速度快、费用低、对桩基础没有破坏性，是桩基质量普查的良好手段。
检测技术经过几十年的发展，检测设备越来越先进，精确，工程技术人员也积累了大量的工作经验，检测水平也越来越高，采用这种方法进行检测，一天可以完成几十根甚至上百根桩基础，其时效性无可比拟，能够在满足正确评价的前提下兼顾经济合理性，做的快速经济。
低应变反射波法的一维弹性杆件波动理论，其前提条件是把桩看成是连续的一维弹性杆件，其波动理论只有将桩视为一单独自由杆件时才能成立，而由于地质条件和环境条件的复杂性，桩土参数异常复杂，波动理论难于高度拟合，而且受桩的形状、长径比、成桩工艺等的影响，在实际检测工作中存在一定的局限性。
因此，充实的理论基础及丰富的现场工作经验，是一个优秀检测人员必须具备的基本素质。
桩身完整性考试试题及完整答案(包括低应变、钻芯、声波透射法)
低应变一、简述低应变反射波法的基本原理。
答：低应变反射波法的基本原理是：在桩顶进行竖向激振，弹性波沿桩身向下传播，在桩身阻抗存在明显变化界面处（桩底、断桩或较大缺陷）产生反射波，经仪器接收与数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此判断桩身完整性。
二、现有一钻孔灌注桩需要进行低应变检测，请简述现场检测步骤。
答：1、凿去桩顶浮浆与松散、破损部分，露出坚硬混凝土表面，并保证无积水或妨碍检测的主筋。
2、激振点选择桩中心，传感器安装位置为距桩中心2/3处。
3、使用耦合剂将传感器与桩顶面垂直安装。
4、根据桩径大小，沿桩心对称分布2~4个测点，每个测点记录至少3个有效波形。
三、请简述进行低应变检测的桩应满足哪些基本现场条件。
、答：1、桩身混凝土强度应大于设计强度的70%,且不低于15MPa。
2、桩头材料、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。
3、桩顶面应平整、密实并与桩轴线垂直。
四、某工程有两种桩型，A桩为钻孔灌注桩，C20,桩径为0.8m,桩长为20m,波速为3500m/s； B桩为混凝土预制桩，C40,桩长32m,波速为4000m/s。
请分析这两根桩缺陷深度与严重程度。
A时域曲线B时域曲线答：A桩：从时域曲线可以看到桩底反射，约在桩身5m处存在轻微缺陷。
B桩：时域曲线看不见桩底反射，缺陷约在桩身8m处且出现二次反射，缺陷较严重。
五、某工程灌注桩施工记录桩长为 28m,混凝土等级为 C30,波速为3500m/s, 该桩波形如下图，ti=4ms、t2=10ms,试分析该桩完整性。
（1ms=0.001§答：在 ti 时刻深度：Li=0.004X3500/2=7m在t2时刻深度：L2=0.01 X 3500/ 2=17.5m ,显然不是桩底反射或者 ti时刻的二次反射。
故该桩7m处存在轻微缺陷，17.5m处存在较严重缺陷。
3、某灌注桩桩长为40m,桩径为1m。
工程检测实际波速为3600m/s。
实测波形图如下，t1=5.2ms、t2=10.4ms,试判断该桩有无缺陷，如果有请判断位置。
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。
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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。