低应变频域分析分法
基桩完整性检测(低应变)作业指导书
基桩完整性检测（低应变法）1适用范围本作业指导书适用于基桩完整性现场检测。
2 执行标准JTG- F81-01-2004《公路工程基桩动测技术规程》3仪器设备基桩动测仪。
4检测目的检测桩身缺陷位置及影响程度，判定桩身完整性类别。
5资料收集在检测前，应该收集以下资料：1.工程名称、桥梁名称及平面布置图；2.建设、设计施工及监理单位名称；3.基桩的设计桩长、桩径、混凝土强度等级、桩顶及桩底标高；4.施工记录等相关资料；6现场检测6.1检测前准备工作应符合下列规定：1、被检工程应进行工程调查，搜集其工程地质资料、基桩设计图纸和施工记录、监理日志等，了解施工工艺及施工过程中出现的异常情况。
2、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。
3、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。
4、应测量并记录桩顶截面尺寸5、混凝土灌注柱的检测宜在成柱14d以后进行。
6、打入或静压式顶制桩的检测应在相邻桩打完后进行。
6.2传感器安装应符合下列规定：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。
2、对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心12-2/3半径处，且距离桩的主筋不宜小于50mm。
当桩径不大于1000mm时不宜少于2个测点；当桩径大于1000mm时不宜少于4个测点。
3、对混凝土预制桩当边长不大于600mm时不宜少于2个测点；当边长大于600mm时不宜少于3个测点。
4、对预应力混凝土管桩不应少于2个测点。
6.3激振时应符合下列定：1、混凝土灌注桩、混凝土预桩的激振点宜在桩顶中心部位；预应力混凝土管桩的激振点和传感器安装点与桩中心连线的夹角不应小于45o。
2、激振和激振参数宜通过现场对比试验选定。
短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷的桩宜采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。
高应变低应变桩基检测
高应变低应变桩基检测一、定义根据建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003第2.1.6条，低应变：采用低能量瞬态或稳态激励方式在桩顶激励，实测桩顶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断的检测方法。
第2.1.7条，高应变：用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。
高大钊版的《土力学与地基基础》关于大小应变的定义大应变：指激励能量足以使桩土之间发生相对位移，使桩产生永久贯入度的动测法小应变：指在激励能量较小，只能激发桩土体系（甚至只有局部）的某种弹性变形，而不能使桩土之间产生相对位移的动测法。
桩达到极限承载力时，即为桩周土达到塑性破坏。
唯有大应变才能使桩产生一定的塑性沉降（贯入度），所测的土阻力才是土的极限阻力；小应变只能测得桩土体系的某些弹性特征值，而土的弹性变形与其强度之间并没有确定的关系。
因此从理论上讲，小应变不能提供确切的单桩极限承载力，只能用于检验桩身质量。
二、何种桩需要检测建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003第3.3.3条，单桩承载力和桩身完整性验收抽样检测的受检桩选择宜符合下列规定：1 施工质量有疑问的桩；2 设计方认为重要的桩；3 局部地质条件出现异常的桩；4 施工工艺不同的桩；5 承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的Ⅲ类桩；6 除上述规定外，同类型桩宜均匀随机分布。
解释：对于基桩的检测包括单桩承载力及桩身完整性两个部分，这两个部分要求检测的数量不同。
三、低应变与高应变适用范围低应变：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。
低应变法的理论基础以一维线弹性杆件模型为依据。
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均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。
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，对薄壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，本方法不适用。
基桩检测中超声波投射法与低应变法的对比-精品文档
基桩检测中超声波投射法与低应变法的对比i=r在桥梁的运行中，基桩是其整个结构中非常重要的组成部分，基桩勺质量是否过关直接关系到整个桥梁勺结构安全。
目前，各工程单位即监理、设计、建设、施工等各方以及各有关部门对桥梁基桩的质量问题给与了高度的关注。
同时，桥梁桩基的施工环境复杂，各工序也有其高度的隐蔽性，因此在施工过程极易出现影响基桩质量勺缺陷，因此总体来说，相比于上部建筑结构来说，桩基础工程的质量检测、施工等将更为复杂，其对质量产生威胁的隐患也将更多。
质量检测的主要指标便是桩身完整性检测，目前主要采用低应变反射波法和超声波透射法来进行基桩桩身的完整性检测。
1超声波投射法与低应变法的基本概念1.1 超声波投射法在混凝土灌注桩中预埋声测管，在声测管之间对超声波信号进行接收并发射，对桩身完整性的检测就是通过实测的声学参数即超声波在混凝土介质中传播的波幅衰减、频率、PSD声时等。
该方法适用于检测直径不小于800mm勺混凝土灌注桩。
超声波及工程检测频率范围如表 1 所示。
表1 声波及工程检测频率1.2 低应变法低应变法的原理是在桩顶激振即采用低能量稳态或瞬态的激振的方式，对桩顶速度时程曲线做出实测值，对该实测值使用一维波动理论进行频域分析或时域分析，来进行桩身完整性的判定。
该方法主要是对桩身的缺陷位置以及影响程度进行判定，而对桩端欠固状况进行判定，因此比较适用于刚性材料桩如预制桩或混凝土灌注桩等。
该方法的关键问题是桩底有明显的反射信号。
2超声波投射法与低应变法的基本理论2.1 超声波投射法的基本理论超声波投射法的基本原理是，在混凝土浇筑前预埋声测管，在桩的两侧分别接收和发射超声波信号，超声波信号在电能被发射探头转变为机械能的情况下穿透混凝土桩，被接收到的超声波再将探头转变成电信号。
根据超声波在混凝土中的传播时间在测得混凝土厚度的情况下尽可以算出在整个混凝土结构中超声波的传播速度，进而通过算得的声速来对混凝土的质量进行评判。
基桩低应变法检测作业指导书.doc
标题：基桩低应变法检测作业指导书修改号第1页共16页一、检测原理低应变法目前国内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。
二、编制依据及目的1、编制依据⑴国家及部委颁发的相关规范、规程和标准；《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）标题：基桩低应变法检测作业指导书修改号第2页共16页《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2008）《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）⑵ISO-9001质量标准运行要求。
2、编制目的通过编制本作业指导书，使地基所全体人员能熟练掌握低应变反射波法进行基桩检测，起到规范检测人员检测方法及程序的作用。
三、适用范围低应变反射波法适用范围为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG桩。
四、检测流程基桩检测流程图见图1所示。
五、检测方法及工艺要求（一）检测前的准备工作标题：基桩低应变法检测作业指导书修改号第3页共16页1、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。
2、施工单位按附表1格式填写报检表，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。
3、施工单位按附表2向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。
4、检测前，施工单位做好以下准备工作：⑴剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。
⑵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。
小应变基本理论和常用方法(DOC)
填空题：1：低应变法是采用（低能量瞬态）或（稳态激振）方式在桩顶激振，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。
2：低应变动力检测方法包括（反射波法）和（机械阻抗法）3：低应变动测反射波法是通过分析实测桩顶(速度响应信号)的特征来检测桩身的(完整性)，判别桩身(缺陷)位置及影响程度。
4、低应变反射波法、桩身混凝土纵波波速的定义为（C=√（E/ρ））；缺陷的深度计算式为（ΔT/2∙C）（均写出表达式即可）。
5：低应变法的理论基础以（一维线弹性杆件）模型为依据。
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均宜大于（5），设计桩身截面宜（基本规则）。
6：速度导纳是指（响应速度与激励力之比）。
7：在时域曲线上所显示的动力检测力脉冲波越宽，它的频谱（越窄），（低频成分）越丰富；反之，力脉冲波越窄，其频谱（越宽），（高频成分）越丰富。
8：桩身缺陷越严重，缺陷处透射波强度越（弱）。
9：当桩身存在着离析时，波阻抗变化主要表现为(ρ•C)的变化当桩身存着缩径时，波阻抗的变化主要表现为( A )的变化。
10：某截面受力大小为F，截面积为S，该截面所受平均应力大小为为（F/S）。
11：弹性模量为E的线弹性体，写出应力、应变间基本关系式（σ=Eє）12：当初始入射波F1沿X正向（向下）传播尚未达到阻抗变化界面前，下行波就是（入射波），无（上行波）13：初始入射波F i沿X正向（向下）传播，到达阻抗变化界面将产生（反射和透射）14：透射波在截面变化处总是（不）改变方向或符号，且截面缩小处透射波的幅值（大于）入射波。
15：若在桩顶检测出的反射波速度信号与入射波极性相反，则表明在相应位置截面（扩大）。
16：虽然波速与混凝土强度二者并不呈一一对应关系，但二者整体趋势上（呈正相关关系）。
17：声波透射法以超声波的（声速）和（振幅）为主，（频率）和（波形畸变）为辅来判断混凝土的质量。
低应变检测省培训孙雪峰课件
机械阻抗法、共振法、反射波法。
低应变桩身应变量：一般小于0.01‰，桩-土系统处
于弹性状态 。
一 低应变概念
桩身完整性：①桩身截面尺寸相对变化
②桩身材料密实性
③桩身材料连续性。
桩身缺陷：使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构
强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、 松散等现象的统称。
二 理论基础
例题： 1 已知密度ρ、波速c、截面积A，求弹模
E，阻抗Z 2 已知波速c、振动频率f，求波长λ。 3 已知力脉冲宽度Tp，波速c，求特征波
长。 4 透射波、反射波计算 5 对砼桩而言，波速和质点振动速度相比
哪个大？
三 仪器设备
在检定期内使用 环境条件符合设备要求（包括温度、湿度、
三 仪器设备
传感器：
将非电量转化为电量，指标：灵敏度，线性度，频响，迟滞，重复 性等
一般采用压电式加速度传感器 压电传感器优点：体积小、重量轻、结构坚固、频带宽、稳定性好、
适应场合广
三 仪器设备
激振设备： 瞬态激振设备：手锤和力棒 脉冲宽窄：锤越重，锤头或锤垫材料越软，力脉冲作用时
电磁干扰等）
三 仪器设备
动测仪：
应在《基桩动测仪》JG/T3055－1999 2级标准以上：
采样频率：≥20kHz A/D转换：≥12位 采样点数：≥1024 频率响应：3～3000Hz内幅频误差≤±5％， 2～5000Hz内幅频
误差≤±10％ 幅值非线性： ≤5％ 传感器安装谐振频率：≥10kHz
速度为零。 a为0，相当于自由端，反射波使自由端处速度值加倍，
力值为零。
二 理论基础
低应变反射波法原理及判定桩身缺陷理论
低应变反射波法原理及判定桩身缺陷理论摘要：本文介绍了低应变反射波法的原理及一些基本概念；笔者根据应力波传播及波动方程理论，总结出在桩身各种缺陷类型界面，入射波与反射波性质变化的四条基本规律，运用时距图解法以简单明了的方式，从理论上阐述证明了各种缺陷实测曲线的表现形式。
时距图解法与四条规律相结合，形成了低应变反射波法判定桩身缺陷理论。
关键词：压缩波拉伸波初始振动方向同向反射反向反射四条基本规律时距图解法判定桩身缺陷理论1基本概念1.1波与弹性波波的种类很多，一般分为两种，一种是需要介质传播的波，如声波、地震波；一种是不需要介质传播的波，如光波、电磁波等。
我们所要讨论的是前者，也叫弹性波。
弹性波是振动在物体内传播的一种物理现象。
我们所说的低应变反射波法测试桩身完整性，其中的“波”就弹性波。
所谓“弹性”，是指桩身质点在受到外力作用后产生变形，其大小未超过混凝土的弹性变形界限，一旦外力消失，质点仍然可以恢复形变。
1.2质点～弹簧阵列模型与均质杆件模型我们知道，桩身混凝土从微观观察为非均质体，由石材骨料、水泥砂浆胶结而成，但根据其宏观的力学性质表现，可以将其视为均质材料。
为便于采用基桩弹性波动理论建立数学模型，我们视桩身为均质材料，概化为由许许多多质点及弹簧相连接的物理模型，在空间上形成整齐的阵列[5]。
质点代表材料的质量，弹簧代表材料弹性特征，如此便可以采用胡克定理来描述其本构特性。
因此质点是代表桩身内具有质量的一个微观点，仅是理论上的一个概念。
此外，我们还可以将桩身假定成为材料均匀[2]（密度及弹性模量不随时空发生变化）、截面积相等有限长度的弹性杆件。
1.3波动方程既然把桩身假定为均质杆件的物理模型，我们就可以根据牛顿第二定律描述弹性波在桩身内的传播规律，得到下面波动方程数学模型：（1-1）式中：为桩身质点的位移（ｍ）；为桩身空间坐标变量；为时间坐标变量；为桩身弹性波速（m/s）；为桩身材质密度（㎏/m3）；为桩身材质弹性模量（mpa）。
低应变(反射波法)检测培训_OK
（3）离析（断）桩 工程桩9#，桩长10.25m。该桩现场实测波反射较强，往后同
样出现多次反射、其反射时间间隔相等，无法找出桩底反射位 置。按本工程的完整桩平均波速反算，该桩身在2m—2.2m处全 断。
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现场钻芯取样，桩顶上部0.2m厚度无骨料,0.2—2.0m段芯样 表面有蜂窝、麻面，水泥渗量少，胶结较差，2.0—6.15m段， 砼芯破碎严重，部分砂、石分离无胶结，6.15m至桩底砼芯样 连续，呈柱状表面光滑、断口吻合、胶结较好，桩底与持力 层接触面清晰。该桩钻芯结果与低应变反射波检测结果较为 一致。
4
(二)应力波在波阻抗界面处的反射和透射 设一维平面应力波沿桩身传播到达一与传播反向垂直的 波阻抗界面。
5
根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有
vI+vR=vt
(3)
A1(ơ1+ ơr)=A2ơt (4)
式中：v、ơ分别表示应力波的速度和应力，下标I、R、T分 别表示入射波、反射波和透射波。由波阵面动量守恒条件， 由式（4）得
与反射波同相位,并在缺陷处波形非常明显反射,反射时间为 1.41ms,按本工程完整桩的平均波速，计算出该桩实测缺陷在 2.3m处。
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现场钻芯取样，上部0—2.30m段砼芯样连续完整,呈柱状及 短柱状,表面光滑,断口吻合,骨料分布较为均匀。中部2.40— 5.80m段砼芯样较为松散，胶结较差或无胶结现象，取中部较 为完整呈柱状体芯样，进行砼试块试压，其最大砼抗压强度 为14.1Mpa。钻芯结果与反射波检测法基本吻合。
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2、桩身缺陷位置确定
X=1/2000⊿txC
X=1/2·c/⊿f′
采用本方法确定桩身缺陷的位置是有误差。
原因一：
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低应变频域分析分法
低应变频域分析是一种用于研究材料和结构的非线性行为的分析方法。
在材料和结构遇到高载荷或长时间加载情况下，会出现非线性效应，使得
材料和结构的性能发生变化。
低应变频域分析是一种利用频域方法分析这
种非线性效应的方法。
在低应变频域分析中，首先需要获取材料的实验数据，如应力-应变
曲线。
这个曲线描述了材料在不同应变下的应力响应。
通过实验，可以得
到材料的刚度和强度等性能参数。
然后，利用这些实验数据和有限元分析方法，可以进行低应变频域分析。
这种分析方法的基本思想是将材料的非线性行为转化为材料的线性等
效行为。
这样，可以利用现有的线性分析方法来分析非线性问题。
具体来说，低应变频域分析可以分为以下几个步骤：
1.建立有限元模型：根据材料的几何形状和加载方式，建立该材料的
有限元模型。
该模型包括材料的几何形状和材料的本构关系。
2.定义加载条件：根据实验数据，定义加载条件，如施加外力和约束
条件。
根据实验数据中的应变值，为材料加载施加相应的应力。
3.计算线性等效刚度：在已知应力和应变的情况下，可以根据材料的
本构关系推导出线性等效刚度。
线性等效刚度可以看作是材料在给定应变
范围内的线性弹性刚度。
4.计算应变-应力关系：利用线性等效刚度和已知的应变值，可以计
算出相应的应力值。
根据应力-应变曲线，可以得到材料的应力响应。
5.分析结果：根据得到的应力响应，可以分析材料在不同载荷下的行为。
比如，可以计算出材料的应力集中程度、变形情况等。
总之，低应变频域分析是一种利用频域方法研究材料和结构的非线性行为的分析方法。
通过获取实验数据和利用有限元分析方法，可以分析材料的应力响应和性能变化，为工程实践提供有力的支持。