工程桩桩身完整性检测技术

第五章工程桩桩身完整性检测技术5.1 概述 桩式基础具有承载力高，沉降均匀，可提供较大的水平荷载，有较好的抗震性能等优势。故桩式基础是应用广泛的建筑基础。上世纪九十年代末（1997）的统计表明全国用桩量约300万条，进入二十一世纪 ，我国国民经济高速发展，国家基础设施建筑力度加大，全国的用桩量显然早已大大超过300万条。但是，工程桩的施工是隐蔽于地下，由于地层的复杂、技术的难度、施工的人为因素，桩身的完整性难于保证。例如根据原地质矿产部19951997年对其所属80余个桩基检测单位的综合统计结果表明：“每年平均检测的12万条桩中，有缺陷的桩平均在20%，甚至有的年份高达25.6%”，由此说明基桩在施工后对其完整性检测的必要性。在论述工程和桩完整性检测之前，先对桩及桩的检测基本情况分述于下：5.1.1 桩的分类1. 按桩身材料类型分： 2. 按桩的功能分： 3. 按成桩工艺分： 5.1.2工程桩完整性检测方法 5.1.3 工程基桩可能出现的缺陷工程桩在施工过程中，由于地质因素，成孔工艺条件，混凝土浇灌工艺等因素的影响，桩身可能出现下列缺陷：沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、二次浇灌面（断桩）、裂缝、离析、桩头低强度区、扩径。这些桩身不完整性的检测，是本章要讨论的问题。5.1.4工程基桩完整性检测的有关规程1.建筑工程基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003）2.公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004）3.基桩低应变动力测桩规程（JGJ/T 9395）4.超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS21：2000）5.2 工程桩声波透射法检测桩身完整性5.2.1 声波透射法的检测原理： 声波透射法检测，是在预埋在桩身内成对的检测管内，分别放入声波发射换能器和接收换能器，发射换能器发射的声波穿透桩身混凝土后，被接收换能器接收。声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法。当有缺陷存在时，超声脉冲波穿越被测混凝土时传播时间（或传播速度）及波幅（能量）都要发生变化，即：1. 声时的变化：超声波在遇到缺陷时产生绕射，声时加长，计算声速降低如图1； 2. 波幅的变化：超声波在缺陷界面产生反射、折射、绕射、散射如图2。这时接收的声波能量衰减加大，于是波幅在有缺陷的部位波幅会降低，这是因为：声波波幅的衰减有下列关系，如式（1） 上式中L为声波传播距离；Am 是发射点的声波波幅；为声波的衰减系数（它是频率的函数即高频率的衰减比低频要大，一般与频率的一次方或二次方有关）；A是接收点的波幅。 3. 主频的变化：由（1）式可知，声波在遇到缺陷时，高频成份损失较多，导致接收波主频向低频偏移。4. 接收波形的变化： 发射的声波信号如图3，桩身完整部分的混凝土接收波形如图4，桩身有缺陷或匀质性 差的混凝土接收波形如图5。所以由接收波形也能了解混凝土的质量状况。5.2.2 声波透射法判断桩身缺陷的思路与方法1. 由上所述可见，利用接收到的声波信号的声时（或声速）、波幅、频率、波形对桩身混凝土的缺陷、匀质性较差的部位均能做出反映。但是，混凝土是非均匀介质，它的致密程度、强度随粗骨料（石子）的分布状况而异，相应桩身各点的声速也是非均匀分布，那么如何对非匀质中的缺陷鉴别出来？只有用数理统计的方法来加以区分。2. 数理统计的思路与方法，是把非匀质混凝土声速的波动看做是随机的，即属于随机误差，因此其分布是符合正态分布的。但是，缺陷是人为产生的，属于人为误差。只要对桩身各测点所测得的声时（或声速）、波幅作下列数理统计处理，即可将缺陷区分出来。A. 由声速判定是否存在缺陷的临界值VDVD=VmSx其中 Vm= Sx=上式中k值的确定方法:将同一检测面各点声速值由大到小依次排列，即V1V2V3ViVn-kVn-1Vnk值是上式中将被舍去的明显小的声速值的个数。的确定方法可由下表查出表1.统计数据个数(n-k)与对应的值n-k2022242628303234361.641.691.731.771.801.831.861.891.91n-k3840424446485052541.941.961.982.002.022.042.052.072.09n-k5658606264666870722.102.112.132.142.152.172.182.192.20n-k7476788082848688902.212.222.232.242.252.262.272.282.29n-k9294969810010511011512020292.302.312.322.332.342.362.382.39n-k1251301351401451501601701802.412.422.432.452.462.472.502.522.54B. 由波幅判断是否存在缺陷的临界值AD声波波幅比声速对缺陷反应更灵敏，采用比正常混凝土的声波波幅减少一半，做为可能存在缺陷的临界值，即AD=Am-6 dBAm= (n：测量点数；Ai：第i点的波幅)波幅应用的前提条件是应保证：发射与接收换能器距离一致；发射电压不变；数字化声波检测仪可以直接测读出接收信号首波的分贝（dB）值或电压（mV）值。C.关于 PSD（Kt）判据PSD(Product of Slop and Difference)是Kt即K(tci tci-1)2（Zi Zi-1）PSD的作用在于解决声测管不能保证平行时消除误判，不作临界值规定，用它与声速及波幅综合判定缺陷。5.2.3 声波透射法的优点1. 检测结果比反射波法可靠，因为声波透射法是逐点检测的结果；2. 可由波幅、声时（或声速）估计出缺陷平面展布范围； A. 有效接收声场的概念有效接收声场是发射换能器与接收换能器A、B 为焦点的椭圆如图6。缺陷D处在椭圆之外，接收信号的波幅、声时均无反应；缺陷E处于椭圆内，但不在AB 连线上，声时无变化、波幅会减小；缺陷F处于椭圆内且在AB连线上，声时会加长、波幅会减小。由此，可判断出缺陷的大体位置。B. 当桩身埋设三个检测管时，对缺陷位置的判断可更加细致，见图7。从图7（a）可见，由于AC检测面的声时、波幅有异常、BC检测面仅波幅出现异常、AB检测面声时波幅均无异常，故可判断出缺陷在此检测面上的展布范围；同理，可判断出图7（b）的缺陷展布情况；而图7（c）表明的是如果检测管C局部为被混凝土包裹好，可能出现误判；图7(d)说明三根检查管的检测盲区。所以公路工程基桩动测技术规程中规定直径大于1.5m的桩应埋设四根检查管。C. 由声速深度曲线，再结合对缺陷的平面展布情况，可约略估计出缺陷空间分布状态。3. 不受桩长、桩径限制； 4. 可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度；5. 桩顶不露出地面即可检测，方便施工5.2.4声波透射法的不足1. 必须预先埋设检测管；2. 无法检测一般缩径，严重缩径时易误判。5.2.5我国现行检测规范、规程对声波透射法检测的要求1. 对仪器的要求：A. 波形实时动态显示；B. 能够对声时、幅度进行自动和手动判读，具有频谱分析功能；C. 声时分辨率小于等于0.5s，声波幅值测量相对误差小于5%。2. 对声测管的要求：A. 声测管材质： 透声率大、便于安装、费用低，如钢管、硬塑管;B. 声测管内径大于换能器外径（2640）15mm以上；C. 检测管的连接：外加8cm套管焊接（要求不漏浆、内壁光滑），管底密封、上端加盖、各管间应保持平行；D. 固定方法：声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，且相互平行，下埋至桩底，上高出桩顶30cm以上。建议： (1)先点焊后绑扎，绑扎点的间距不宜大于2m； (2)桩底有素混凝土时，声测管间宜采用三角架支撑，防止吊钢筋笼时变形； (3)设计桩顶在地面以下时，可以把声测管加长，高出地面，方便施工和检测；桩径变化时：不要把声测管掰弯，最好用“U”型件焊接，使声测管离开钢筋笼一段距离，保证声测管平行；在钢筋笼架内侧绑扎固定或将声测管代替一根主筋；5. 检测管埋设数量：建筑工程基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003）规定：桩径1.0m 以下埋设二管1.0m2.5m 埋设三管2.5m以上 埋设四管公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004）规定：桩径1.0m 以下埋设二管1.0m1.5m 埋设三管1.5m以上 埋设四管6. 对检测数量的规定 A.建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）规定： （1）柱下三根桩或三根桩以下承台 不少于一根； （2）抽检数量不少于总桩数的20%且不少于10根； （3）复杂条件下不少于总桩数的30%且不少于20根； （4）端承桩除进行声波透法检测和钻芯法检测外，低应变检测数不少于总桩数的10% ； （5）人工挖孔桩 不少于总桩数的10%且不少于10根； （6）设计等相关单位要求的工程，按设计要求检测；B.公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004）规定： （1）100%进行低应变反射波完整性检测；（2）重要工程钻孔灌筑桩声波透射法检测桩数不少于50%；5.2.6 现场检测技术检测前的准备：1收集有关桩基施工过程的全部技术资料；填定委托单及原始记录表； 2龄期14天以上或桩身强度达到设计70%以上进场检测； 3检测前用探绳检测声测管是否通畅； 4测量声测管间混凝土距离，声测管内径、外径、换能器直径、孔深；5声测管管口处理，套一段车内胎防止划破信号线；6计算零声时。采用标定法确定系统延迟时间；计算声测管及耦合水层声时修正值；5.2.7 零声时的计算零声时的计算 t0 = t01 + t02 + t03 t01 ： 系统延迟时间 直接相对法或时距曲线法标定； t02 ： 耦合水层中传播时间 （管内径 换能器）/ V水； t03 :：声测管中传播时间（管外径 管内径）/ V管；已知无限固体声波的传播速度为故不同介质声波的传播速度如下： 钢材：5850m/s 硬塑管：2350m/s 混凝土：3500m/s4500m/s 水：1500 m/s 空气：340m/s5.2.8 现场检测方式 即检测过程换能器提升方式换能器的提升方式可有三种方式：等高同步（常用于桩身完整性检测）；不等高同步（用于检测水平缺陷如二次浇灌面）；扇形扫描（用于CT成像检测），见图9；测点间距：不大于0.25m（一般取0.2m，关于测点间距不能太大，否则易漏测）。 5.2.7 数据处理与检测报告1. 根据现场检测数据，计算各测点的声时、声速、波幅，并绘制声速-深度曲线、波幅-深度曲线和PSD-深度曲线；2. 声速临界值的计算：建筑规范：由大到小排序，由小向大逐个排除；公路规范：平均值减二倍标准差的方法；3. 声速低限值判据：同条件正常混凝土声速对比资料；4. 波幅异常值的计算：波幅平均值减6dB作为判定值；5. PSD判据：声测管不平行时作为辅助判据；6. 主频判据：辅助判据，不常用；7. 结合桩基施工过程的全部技术资料，对桩完整性进行分析、判断和评价，形成检测报告。桩身完整性判定：5.2.8 桩身完整性分类表桩身完整性的判定类别曲线特征完整性描述各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常桩身完整某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；两个或两个以检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常；局部混凝土声速低于低限值异常桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常；桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变桩身存在严重缺陷5.2.9 工程实例 1. 模型桩的检测2. 多缺陷桩的检测实例3. 桩身夹泥检测实例4. 桩身离析的检测实例5.3反射波法检测工程桩完整性5.3.1 工程桩的缺陷类型由于施工中的工艺因素，地层的地质因素，施工的人为因素，桩身可能出现下列缺陷：1. 离析（原地灌注桩） 2. 空洞（原地灌注桩）3. 夹泥（原地灌注桩） 4. 微裂（预制打入式桩、原地灌注桩）5.断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 6.二次浇灌面（原地灌注桩）7.缩径（原地灌注桩） 8.扩径（原地灌注桩）5.3.2与反射波法有关的检测规程1.建筑工程基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003）2.公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004）3.基桩低应变动力测桩规程（JGJ/T 9395）5.3.3 反射波法的基本原理波阻抗界面的反射规律见图16，如桩身介质是不连续的存在界面n ，n界面以上的波阻抗为Z1，以下的波阻抗为Z2，其中当Z1Z2，纵波P垂直入射到界面n时，在产生垂直向上的反射波R的同时，还有垂直的透过波T 反射波R的大小取决于振速反射系数 此外，一维杆的桩截面积变化时也产生反射，其反射系数综合上述两式，广义的振速反射系数（1）（1）中的；可称为广义波阻抗透过波的大小取决于透过系数RT （2）可见：Z1Z2，无反射；Z1Z2反射系数为正；Z1越大于Z2反射系数越大，透过系数越小 其中 Z 广义波阻抗，Ns/m； 介质的密度，kg/m3； C 介质中的传播速度，m/s； A 介质的截面积，m2；5.3.4 反射波法检测基桩完整性的基本原理1. 桩可视为一维杆件的边界条件：当满足下列条件时，基桩可视为一维杆件，即（3）（3）式中为入射到桩身中的声波（弹性波）波长（已知C/fVB/f）；D为桩径；L为桩长2. 桩身内的纵波声速由波动方程可推导出一维杆沿其轴线传播的声速为VB （4）（4）中E为弹性模量；为介质的密度。可见，一维杆的声速比无限体的声速要小， 一般桩身混凝土的泊桑比（0.20.25）时Vp =(1.051.1)VB 3. 桩土体系内声波的传播规律如图17，当锤H瞬态激励桩头，产生半球面波垂直向桩身下传播，经一定距离后，已近似为平面波入射至桩底，在桩底与地层的分界面（可称其为波阻抗界面）产生反射，反射波传播到桩头，被接收传感器R接收。入射的半球面波还有一些是斜入射的，于是根据折射定律（Snell定律）在桩身侧面将产生折射纵波PP和折射横波PS，使一部分能量由桩身折射扩散进入地层。仅以纵波为例，其折射入地层的能量与其斜入射的折射系数RT有关 （5） （5）式说明：地层的波阻抗Z2越大（地层越硬），由桩身折射入地层的声能越多；同时也说明，软地层中桩身内的声能折射扩散出去的声能要少，绝大多数的声能在桩身内传播，更容易获得桩底反射波 4. 桩身内缺陷的反射图18.说明桩身内存在缺陷时缺陷的反射。入射P波的波形在时程曲线上为D，入射波在缺陷上界面的反射波为Pf ,由于其反射系数为正，Pf 的相位与D同相。缺陷下界面的反射波为Pf s ，其反射系数为负，Pf s的相位与D相反（注：实际工程桩检测时，只有当缺陷尺寸较大时，上下界面的反射波Ps与Pf s才能分开原因待述）。桩底反射波Pr 的反射系数为正，其相位与D相同。5缺陷反射波与直达波的相位关系： A. 相位相反：（1）截面积变大 C相同 ，A2 A1 , R 0 ，反射波与入射波反相位； （2）介质波阻抗增大 由疏松介质入射到坚硬密实介质中（如混凝土到岩石，土层向卵石层、砂土层等），A相同，C不同 ，2C2 1C1 , R 0 ，反射波与入射波反相位； B. 相位相同：（1）截面积变小C相同 ，A2 A1 , R 0 ，反射波与入射波同相位（如缩径、夹泥、离析、非岩石类异物、空洞、蜂窝、低强区等） （2）介质波阻抗C变小， 由坚硬密实介质入射到疏松介质中（如岩石到混凝土；卵石、砂土层向土层等），A相同，C不同 ，2C2 1C1 , R 0 ，反射波与入射波同相位。5.3.5 反射波法的现场检测技术要点1. 桩头的处理 凿去浮浆层，露出密实混凝土；激振 点和传感器安装位置最好用工具磨平，宜水平，不宜磨成斜面；激振点和传感器安装位置远离钢筋笼主筋位置；2. 瞬态击振问题击振脉冲宽度要适当 激振点：一般在桩中心位置附近； 传感器：一般在2/3R处；大直径桩：多点重复检测； 瞬态击振技术是基桩反射波法完整性检测技术的关键，其核心问题是：应根据桩长、地层状态和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波的频率，原则是：A. 长桩击振频率要低（ 宽脉冲） B. 硬地层的中长桩频率要低（较宽脉冲）C. 短桩击振频率要高（ 窄脉冲） D. 检测浅部缺陷频率要高（窄脉冲）击振脉冲波的频率与击振脉冲宽度有关，窄脉冲频率高，宽脉冲频率低，即击振脉冲频率与击振脉冲宽度成一定比例关系，图4.说明了它们的关系（a） （b）（c） 图21.锤击击振脉冲宽度的有关因素 从图21.中可以看出： 击振锤锤头的材质与击振脉冲宽度有关，材质软脉冲宽度宽 击振锤锤头的面积与击振脉冲宽度有关，面积大脉冲宽度宽 击振锤的落距与击振脉冲宽度关系不大 此外，加不同材质的锤垫，也能调整击振 脉冲宽度3. 接收传感器的安装与耦合不论速度型还是加速度型传感器，安装和耦合都是能否能取得优质信号的关键，是检测工作中非常重要的一个环节。应注意的问题有：安装的位置混凝土应完整、无松动，表面平整传感器安装应与桩顶面垂直用耦合剂粘结时要粘牢，不可在击振时使其产生付加振动耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥。在用加速度传感器时，用橡皮泥一类的耦合剂还可以起到机械滤波，将击振的高频干扰成分滤除其它有关问题参阅“建筑基桩检测技术规范”（JGJ 106 2003）4. 典型的检测实例检测实例见图22特殊的缺陷反射1，见图23特殊的缺陷反射2，见图24特殊的缺陷反射3，见图25图22典型的基桩反射波法记录（a）完整桩； （b）扩径桩 ； （c）缩径桩； （d）多缺陷桩（a） （b） 图23.扩径的多次反射 （a）示意 （b）实例图24.断桩的反射记录 （a） （b） 图25.桩顶严重离析 （a）实测曲线 （b）开挖照片5.3.6 反射波的信号处理国内外的反射波基桩完整性检测仪器，都不同程度需要对现场采集到的反射信号进行处理，目的在于去处杂波，改善信号质量，甚至使信号看起来更加直观，让委托检测单位的一般人员也能看懂。这些后续处理归结起来有：频谱分析用于了解干扰波的频率范围低通滤波去处高频干扰波，基桩反射法适用的优势频率约在5002000Hz多点平滑滤波将相邻若干采样点的信号幅度相加，再平均成为此点的幅度去除直流成分将信号中的直流去除，只要有用的交流部分，即波动部分积分处理积分后振动加速度可成为振动速度信号、振动速度可成为位移信号指数放大波幅是按指数规律衰减，用随时间按指数放大可要突出桩底信号波幅的归一化处理波形的编辑对上述处理后的波形进行“平移”、“旋转”现以康科瑞公司的KON-PIT反射法基桩完整性检测仪的信号后处理为例，说明以上问题，见图26及图27 。 图26反射波的后处理1(a）原始信号（b）低通滤波（c）指数放大（d）积分（f）移动 （e）旋转图27反射波的后处理2目前，国内外的反射波基桩完整性检测仪，并不是都将上述的各种后处理全表现出来，都由操作者进行处理，有的国外仪器只需由用户选择：是否选用多点平滑滤波及所选平滑点数（此功能把波形处理得平滑好看，把小的缺陷遮盖掉，如荷兰TNO的FPDS型）；是否选择使用指数放大及放大倍数，如美国PDL公司的PIT仪、TNO的FPDS仪）；是否选择积分（如美国的PIT）；有的把信号处理与编辑功能放在机外软件上去处理。康科瑞公司的KON-PIT反射波基桩完整性检测仪，强调首先要能看到采集到的原始信号，因为只有未受加工的原始信号才能反映桩的真实情况，这样才可以有目的的进行信号处理，使处理后的结果更加符合真实情况。KONPIT仪器内部的信号处理功能如图26，而机外信号处理软件功能如图27，但它不具备多点平滑滤波功能。5.3.7 反射法的频域解释前面论述的是反射波在时间域中的波形分析原理，所考虑的是当锤击激励桩头后桩内质点的振动传播的有关规律。但实际是如锤击激励的合适，还可以在激励起桩身内质点振动的同时，使一维杆状的桩在桩的轴线方向上下振动，即轴向振动。轴向振动需要在频率域里来研究。1. 桩顶受脉冲力F冲击后桩的轴向振动前提条件：DL (=为波长；D：桩径； L：桩长)桩身等截面；材质均匀；地层对桩身有阻尼力一维杆的振动方程： （6）它的边界条件是： u：沿轴向位移；E：弹性模量；A:桩身截面积；Kd：动刚度；hc：土的阻尼系数其解为 可得桩的轴向振动频率fn如下：A. （桩尖地基刚性） , （n0 ，1 ，2 ，）或 （7） B. （桩尖地基刚度为零即桩尖自由）， （n123n）或 （8） C. 实际情况是 , （9）由（7）或（8）式可有 （10）2.动刚度K与频差的关系当桩底嵌固极差K0，(f2-f1)/f1=1 （f1=VB/2L）当桩底嵌固极佳K，（f2-f1）/f12 (f1=VB/4L)由此，可了解桩底的嵌固情况实例图12.反射法的频域解释实例5.3.8 反射法的资料解释需掌握桩制造过程的相关资料1. 一般反射波的波幅、频率、相位来推断评价桩身完整性。但是，仅仅依靠这些声参量来分析推断桩身完整性是不够的，主要原因是：反射波法和其它的物理检测方法一样，存在多解性。也就是仅从波形和声参量异常，可能会有多种解释。例如：A.对桩身中的离析、空洞、二次浇灌面、夹泥等和桩身缩径的反射波曲线的反映大体一致，因而无法确切说明究竟是何种缺陷；B.当桩身渐渐的扩径后再缩径，反射波曲线反应的是缩径，于是常常会把扩径误判为缩径；C. 地层变化引起的反射波和桩身缺陷的反射波是无法区分的，因而会导致误判为桩身存在缺陷2. 解决多解性的方法是：在检测之前，必须收集与掌握基桩全部制作过程的技术资料、档案，包括：A.工程场地的工程地质勘察报告、水文地质概况；B.灌注桩的成孔方式、工艺；C.灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、方式、工艺 ；只有掌握上述技术资料，做为分析判断桩身完整性、有无缺陷、是何种缺陷的佐证后，才有可能比较正确的对桩身完整性及缺陷性质做出推断解释。例如：由地层的岩性是否黏土层，可以判断排除是否缩径由地层是否是砂层来判断是否扩径，或可能是渐扩径由成孔方式（是人工挖孔，还是钻孔）可推断缺陷是否是夹泥由地下水文地质条件及混凝土灌注方法、工艺来判断是否可能是离析由浇灌过程是否连续或中断，判断缺陷是否是二次浇灌面或断桩同一场地，如许多桩都在同一深度存在“缺陷”反射波时，应查看地质勘察报告，了解地层是否由软突然变硬，或由硬突然变软。5.3.9 反射法存在的不足反射波法检测基桩完整性存在下列问题1. 缺陷的上下界面混叠，很难分辨缺陷垂直方向的尺寸2. 缺陷水平方向的尺寸无法定量确定3. 嵌岩桩有可能推断出孔底有无沉渣，但无法确定其厚度4. 逐渐扩径后突然缩径的缺陷很容易误判为缩径5.只能了解桩身的平均声速，不可用声速推定桩身混凝土强度6.仅从反射波的时域波形不能推断出缺陷的性质5.3.10 检测仪器与设备1激振设备： 锤、力棒、冲击器等， A. 锤头材料： 材料硬，激发高频脉冲信号，提高分辨率，测浅部缺陷有利，但易衰减；B. 冲击能量： 能量适中，长桩重锤慢击，短桩轻锤快击，以有明显桩底信号为原则；C. 接触面积： 接触面积大，能量传递多；接触面积小，能量传递少；D. 脉冲宽度： 测长桩或深部缺陷： 软材质锤头、重锤、慢击、接触面积大产生的信号脉冲宽度大，低频信号丰富，但分辨率低；测短桩或浅部缺陷： 硬材质锤头、轻锤、快击、接触面积小产生的信号脉冲宽度窄，高频信号丰富；一般情况下：小钢锤 小铁锤 轻质脆性尼龙锤 轻质木锤 大铁锤 柔性塑料锤 橡皮锤按照顺序，产生的脉冲宽度越来越大；2传感器 A. 速度型传感器： 动态范围约60dB；选择宽频带高阻尼； 工作原理：磁电感应式B. 加速度型传感器：动态范围约140160dB；可满足测桩对频率范围的要求（信号经过一次积分后可得到速度信号）； 工作原理：正压电效应（晶体材料受外力作用时，在晶体表面产生电荷）优点：灵敏度高、频率范围宽、线性动态范围大、质量轻、体积小；主要技术指标： 固有频率和频带宽度； 固有频率1520kHz，测量上限取5-7kHz 电荷灵敏度 大于100mV/g电压灵敏度 大于100pC/g，量程大于100g 横向灵敏度 越小越好，一般小于5% 安装谐振频率 15kHz以上 特别说明：传感器是精密仪器配件，一定要注意保护，不能摔、碰、压，否则可能严重损坏。3检测仪器 A. 放大器 特点：有极高的输入阻抗和较低的输出阻抗； 能将微弱电信号放大至容易测量的电压信号；主要技术指标： 增益大于60dB，长期变化量小于1%； 频带宽度不窄于10-1000Hz； 滤波频率可调整；B. 信号采集系统： 仪器长期不用时，一定要定期充电和开机，以防受潮； 每年要计量一次，计量时要与传感器配套计量；5.3.11 现场测试经验介绍1.不同缺陷的理论反射波曲线 2. 现场检测过程中应注意的问题强调曲线有多解性，因此，必须收集一切可以利用的资料，辅助进行分析判断。进场检测前要充分了解基桩信息：桩的类型、成桩工艺、地质条件、施工记录、桩长、桩径等，可以制定一些包含这些信息的表格，事先要求有关单位填写完整；备用锤头： 准备一套各种材质的冲击锤和锤垫，测试前试用；敲击时作用力一定要垂直桩头；多波叠加，增大有用信号的幅度；及时存储和传输数据；3. 数据的分析处理 低通滤波：上截止频率一般在0.5kHz2kHz之间，不宜低于0.4kHz； 高通滤波：一般不用，设为0即可； 积分：使用的加速度传感器原始信号中有许多高频干扰信号，影响波形判读，积分一次后得到的速度信号比较平滑，易判读。 移动与旋转：有时信号质量差时，积分后的波形严重偏移基线位置，可用这些功能使之回到基线位置附近； 信号放大：桩底信号不明显时，可以设置信号按指数规律逐渐增加，或按线性规律逐渐增加；5.3.12 康科瑞检测仪器设备介绍1. KON-PIT反射波基桩完整性检测 分析仪 2.功能特点：高清晰、宽视角彩色液晶显示视觉效果更好全新的浮点放大技术长桩桩底反射更清晰强大的USB接口技术数据存储、软件升级更简单全新的人性化软件界面设计，仪器的操作更为方便内置大容量可充电锂电池，工作时间长全新的防尘面板，触摸屏操作简单、方便便于携带，体积小，重量轻，仅重1.8kg；5.4 单孔“一发双收”声波测井法在基桩钻芯孔中的检测应用5.4.1单孔“一发双收”声波测试的有关规程“公路工程基桩动测技术规程”JTG/T F81012004（2004年11月中华人民共和国交通部颁发），超声法中规定：“单孔检测采用一发双收一体型换能器，其发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于30，两接收换能器间距为20。”（第17页6.2.56 ）“单孔折射波法（即单孔一发双收声波测试法 笔者注）是根据公路桥梁对桩基的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土质量”（第54页条文说明6.1.1）。单孔一发双收测试法，早先用于石油及煤田井中物探，上世纪七十年代引入工程地质及岩土工程中使用。现将单孔一发双收声波测试的有关问题分述于下：5.4.2单孔一发双收换能器的结构图1是软连接一发双收换能器外形，图2是硬连接一发双收换能器的外形。 它们都是由一个发射换能器，和两个接收换能器组成,如图3。发射换能器T至接收换能器R1 间的距离为L，称其为“源距”；接收换能器 R1 与接收换能器R2 间的距离为L 称其为“间距”。对于上述换能器的要求是：径向无指向性 、轴向亦应无指向性；发射功率要大，要有足够的接收灵敏度。5.4.3 一发双收换能器的工作原理工作原理由图4加以说明。当一发双收换能器置于岩体或混凝土钻孔的中心，发射换能器T辐射的声波，满足入射角等于第一临界角的声线，在岩体或混凝土孔壁的声波折射角将等于900 ，即声波沿着钻孔孔壁滑行，然后又分别折射回孔中，由接收换能器R1 和R2 分别接收（所以可称其为折射波法）。于是可有： tt2t1 （1）VPL/t（2）上两式中t2 为 T传播到R2的声波传播时间；t1 为T传播到R1的声波传播时间；VP 为孔壁介质的声速。由声学理论可知，这个声速只反映沿孔壁一个波长范围内的声速。显然，换能器的频率选得低一些，也就是波长长一些，单孔一发双收声波测井所测