基桩完整性定量分析[1]..

1、CPSA程序安装（1） 将USB狗插入计算机USB接口；（2） 安装微狗驱动软件Instdrv；（3） 点击定量分析软件安装程序CpsaSetup。安装过程如下： 选择安装目录，否则，缺损安装。 安装完毕后会在桌面生成CPSA快捷方式。CPSA功能简介CPSA运行后便会出现：图I-1 CPSA开始界面点击图I-1界面，程序进入图I-2界面：图I-2 程序主界面主界面菜单主要有文件；简单分析；拟合分析；桩土参数；原始信号类型；帮助部分。(1) 文件文件打开：用于波形文件及存储结果文件读取。文件存储：用于存储一般分析结果及拟合分析结果。图片存储：用于存储图片文件，图片文件可用于插入文档文件。BMP

2、图片文件较大，可用相应软件转存为JPG文件。图片文件一般由图形处理软件打开或用WORD、WPS插入文档。打印机设置：任何新的打印机在使用之前，必须将打印机驱动程序安装进去，建议打印机纸张大小设置为A4纸。打印选择：用于在存储了一定数量结果文件之后进行，在结果进行打印之前，先对结果文件数量及排序进行选择。 退出：终止CPSA，并将当前的各窗体大小（软件的窗体大小可以调整）保存到CpsaFrmSize文件。 (2) 简单分析在CPSA中简单分析中提供了三种分析方式：定性分析；定量分析；人工定量。在CPSA简单分析中提供了桩体类型的三种描述：桩端截面均匀；桩端截面扩大；桩端截面减小。它们主要用于定性

3、分析。例如：描述桩底有扩大头的桩，如挖孔桩、夯扩桩，桩体类型设置为桩端截面扩大，则定性分析中就会给出扩大头示意图。在CPSA中还提供了对波形处理的四种方式：波形放大（F2）；波形还原（F3）；波形拉伸（F4）；波形压缩（F5）。F2、F3、F4、F5为快捷键。(3)拟合分析考虑桩土相互作用的影响，根据对实测波形的拟合，得到桩身波阻抗变化位置、程度、范围。(4) 桩土参数桩土相互作用是影响应力波衰减的一个重要因素，通过对完整桩侧反射波的拟合分析或根据桩周土性的剪切波分析，可以确定桩土相互作用参数。(5) 原始信号类型在实际完整性检测中，使用的传感器类型主要有两种：一种是速度计，如高阻尼拾振器及欠

4、阻尼拾振器，它给出的是质点速度信号；另一种是加速度计，它给出的是加速度信号，在分析时，必须积分成速度信号。反射波法分析一般是对质点速度信号进行分析。加速度信号：若此项选择，则CPSA会对原始信号进行积分处理。速度信号：此项为缺省设置，CPSA认为原始信号为质点速度信号。由于目前主流仪器存储的波形信号一般为速度信号。因此，原始信号类型就是速度信号。图I-3 信号类型选择(6) 帮助定量分析帮助主题（F1）；关于CPSA。CPSA主要功能详解文件打开：CPSA可以读取FD(*.dat;*.pds)数据、 PIT数据、RSM(*.rsm)数据、分析结果(*.PSA)。PIT数据文件须用其输出转换功能

5、将文件转存，转存文件的扩展名取PIT。在读取文件之前，应选择好文件存放文件夹及数据格式，右侧为该文件夹的文件（文件名呈虚状），然后输入工地名称和检测单位。图I-5 CPSA文件打开前设置点击确认按钮，进入图I-6界面。图I-6 CPSA数据文件打开原始数据文件读出后，可进行滤波、归零、校正等处理。在右侧滤波处输入合适的滤波频率，然后点击确认按钮便可对波形进行滤波。低通滤波一般用来消除高频干扰信号，高通滤波用来消除信号的有限飘移。 若在选择各道实测信号及平均信号下面显示两道以上的波形，则最后一道为前面记录信号的平均。如显示四道，则第一、二、三道为处理后的原始数据文件，第四道为第一、二、三道平均的

6、波形。点击波形为分析波形，进入一般分析状态。一般分析以峰值对应时间确定纵波波速（或桩长）、反射波位置。第一个波峰位置，软件自动判断，桩端面位置与第一个峰值对应。 记录桩号、桩长、桩径、砼纵波速、砼抗压强度等级参数可用鼠标键盘来修改，点击相应参数，参数变成亮点后，便可对参数进行修改，输入已知参数。若桩长已知，将光标移动至桩底的反射波峰，按鼠标右键，选择定波速，就可按峰峰值方法确定平均纵波速；若波速已知，将光标移动至桩底的反射波峰，按鼠标右键，选择定桩长，就可按峰峰值方法估算桩长。光标移动过程中，右面时间(ms)、位置（m）、速度(m/s)、指数放大表示光标对应的时间、以及由波速计算的当前反射位置

7、、由桩长计算平均纵速度（假设当前波形为桩底反射）、波形当前位置的指数放大值。 图I-7 由桩长定波速 图I-8 由波速定桩长在光标当前位置，按鼠标右键，选择归零可将当前信号幅值旋转归零，可用相同的方法对其它需归零的位置进行处理，这样可减小分析波形的漂移现象，图I-9 归零前 图I-10 归零后在实际检测中，当传感器放置点及锤击点不当时，波形会失真，往往反向的波形幅值很大或上移趋势明显，这意味着桩有较大的负向位移或正位移，实际上这是不可能的。通过波形校正，可消除较大的反向过冲。通过波形校正可以校正或修正这种异常， 图I-9 经自动校正后的波形如图I-11图I-11 校正后的波形按鼠标右键，选择频

8、谱分析可对当前信号作谱分析，通过对信号的功率谱分析，可以了解信号频率成分、最大能量对应的频率范围、干扰信号的频率范围。谱分析对确定滤波频率有帮助。频谱的频率分辨率,这里N为信号采集点数，t为采样周期。谱的分辨率可以通过细化来提高。谱可以细化2倍、4倍、8倍、16倍 图I-12 波形原始谱 图I-13 细化16倍的谱反射波的基阶频率f0、波速c、反射位置X间关系：对波阻抗减小产生的同相反射 对波阻抗增大产生的反相反射 光标移动时左下角的信息栏中会显示对应的频率及预估的可能的波阻抗减小（或增大）位置。谱拉伸：将谱图沿频率方向展开。谱压缩：将谱图沿频率方向压缩，与谱拉伸结合使用，可以使谱图显示合理。

9、返回：退出谱分析。在桩长或波速确定后可对信号作简单分析，它包括：定性分析：根据反射波相位特征对阻抗的变化进行定性描述。在反射波法中，由桩端的实测波形我们仅能判断桩身的波阻抗变化。波阻抗与密度、纵波速及截面积有关，在其它条件未知的情况下，我们无法判断阻抗变化是由离析还是由缩径或两者共同影响造成的。CPSA在定性描述中给出两种描述形式：一种由离析、缩径导致阻抗变小；另一种是由扩径、弹模增大导致阻抗变大。图I-13 波阻抗定性分析将光标移至反射波峰值点，按下鼠标右键，选择定反射波峰点，便会在完整性描述处给出反射波峰所在位置及该处阻抗变化性质，见图I-13。当然，用户可根据WINDOWS提供的汉字输入

10、法，使完整性结果描述与具体情况更加贴近。定量分析：桩土参数设置完毕后（详见桩土参数设置），在简单分析中选择定量分析，见图I-14。将光条移至异常处第一反射波峰处，按下鼠标右键选择定反射波峰点，便会在CPSA分析结果描述窗口中显示出该处完整性系数，见图I-15。图I-14 简单分析中定量分析 图I-15 反射波峰点定量分析考虑到反射波相互迭加等问题，一般只对两个异常处完整性作定量分析。人工定量：即人为确定反射波起点及峰值点，移动鼠标至反射波起点按下鼠标右键选择定反射波起跳点，则在反射波此处画上一个圆圈，然后，移动鼠标至反射波峰值点按下鼠标右键选择定反射波峰点，便可给出该处的位置及完整性系数，见图

11、I-16、I-17。移动鼠标，可重新设置反射波起点及峰值点。图I-16人工确定起点 图I-17 人工确定峰点 若以上操作有误，按鼠标右键，弹出菜单，选择撤消所有点设置，便可消除设置及相应的结果。桩端截面均匀、桩端截面扩大、桩端截面减小则是在波阻抗示意图上显示桩底类型。波形拉伸（F4）、波形压缩（F5）是在时间轴上对波形进行拉伸、压缩；波形放大（F2）则是在幅值上对波形进行指数放大；波形还原（F3）是将放大后的波形还原； 移动光标可以显示当前位置的指数放大值。 图I-18阻抗剖面示意图 图I-19 波形指数放大CPSA桩土参数设置桩土相互作用是复杂的，为了描述应力波在桩侧土中辐射，用阻尼壶来模拟

12、。阻尼壶参数与土性参数有关，土体剪切波速是一个重要参数。由于应力波沿桩体向下传播时，受桩土相互作用的影响，应力波在传播过程中不断衰减。因此，在作定量分析时，设置桩土相互作用参数，考虑桩土相互作用对应力波传播影响是很有必要的。考虑桩土相互作用，一般有两种方法：(a) 通过对完整桩桩侧反射波的拟合来确定桩土相互作用参数；(b) 是根据桩周土特性，输入各层土的剪切波速。 波形拟合分析：在确定参数选项栏中，选择波形拟合分析。输入拟合长度，在该拟合长度内认为桩侧的反射波仅由桩土相互作用产生。最好利用在结构较完整桩上实测波形。点击拟合按钮，便可以由桩侧反射波来反演土性参数。计算所得的参数分布会在波形及动阻

13、尼分布窗口下方显示，各单元的土性参数见土性参数框，见图I-20。计算参数若不合理还可人为进行修正，修正操作见根据土层输入。根据土层输入：完整桩是指截面、各点弹模均匀的桩，但在实际桩基工程中，这种完整桩是很少的，工程桩身阻抗或多或少都有些变化，因此，实测波形也总是受阻抗变化的影响。特别当阻抗发生渐变。从波形上难以将桩土相互作用反射波与渐变阻抗反射波区别开。再者，测量点及敲击点都在桩顶面，应力波在桩端附近传播不是一维平面波，只有当测量点及敲击点布置及敲击脉冲宽度与桩径之比满足一定要求，实测信号才能近似用一维平面波理论来分析。因此，受阻抗变化、三维波动效应等影响，与桩侧反射波相对应的信号不能全部看作

14、由桩土相互作用产生的反射波信号，这样，根据此信号拟合得到的桩土相互作用参数与实际情况是有差别的，它有时并不能完全反映出实际桩周土层大致分布。为了使桩土相互作用参数更能反映实际桩周土层分布，根据地质勘探中地层分布，输入相应层的剪切波速。若桩周土层分布未知，可不断试凑桩土剪切波速，使计算的桩侧反射波与实测反射波趋势一致，具体作法是：在波形及动阻尼分布窗口下方的方框中，按鼠标左键拖动构造一个窗口，通过竖直滚动条来调整窗口的剪切波速，窗口的范围及波速值在下面的文本框中显示。调整完毕后，可按鼠标右键取消所选窗口。注意：在构造下一个窗口时，一定要将前一个窗口取消。窗口调节范围较大，若要针对某个单元，可在土

15、性参数框中选择相应的单元剪切波速进行修改，移动水平滚动条，光条会在波形上移动，文本框中有焦点的单元与光条相对应。每次桩土参数设置后，按拟合按钮就可对计算桩侧反射波与实测反射波比较。若用户想使问题简化，建议用平均剪切波速粗略考虑桩土相互作用的影响：若桩周土体较松软取Vs=100150m/s；若桩周土体较硬取Vs=150250m/s。同一场地，当地质分层变化不大时，桩土参数设置一次就可以了，其它桩分析可以直接调用该参数。见图I-21。 图I-20由波形拟合确定桩土相互作用参数 图I-21 根据土层剪切波速确定桩土相互作用参数CPSA拟合分析在桩长、桩径、砼波速及桩土参数设置完毕之后，点击拟合分析，

16、便可进入拟合分析界面，见图I-22。图I-22 波形匹配分析界面在选定的分析波形及波阻抗示意图的窗口中点击鼠标右键，便会出现一些波形放大及波形还原选项。 波形放大：选择该项，对处理后分析波形及计算波形进行指数放大。波形还原：选择该项，将放大的波形恢复原状。在波形上构造窗口，即只对窗口域波形进行拟合，或者说只调整窗口域对应的桩身阻抗。构造窗口不得超过2个，窗口构造有误时，点击命令按钮撤消，重新构造窗口。将鼠标移至波形分析起始位置，按下左键右拖至合适位置，松开左键，窗口构造完毕，见图I-23。一般应构筑两个窗口，第一个应包括主要的反射波，第二个位置应在第一个窗口位置之后并根据只有一个窗口拟合效果定

17、，如后面计算波形与实测偏离，在偏离附近构筑第二个窗口。图I-23 波形匹配分析窗口构筑自动拟合后可人工修正不合理的拟合结果。按鼠标左键在波阻抗剖面图上拖拉一个窗口，窗口的起始位置应与反射波起始位置对应，窗口范围视反射波特征而定。松开鼠标左键，窗口就构造完毕。通过竖直向滚动条调整波阻抗大小，调整过程中，计算波形也在变化，通过观测计算波形与实测波形匹配程度确定调整方向及程度。当波阻抗变小（大）时，反射波与入射波同（反）相。调整过程中数据栏中等效桩径也会相应变化，进而可以确知调整的具体值，见图I-24。当需要调整桩底参数时，在桩底（涂黑矩形）处拖拉一个窗口，然后由竖直滚动条，依据计算的桩底反射波形与

18、实测桩底反射，调整桩底参数，见图I-25。图I-24 构筑阻抗调整窗口 图I-25 桩底参数调整窗口构造窗口可以调整较多的单元，当要对单个单元调整时，可对光标对应的位置及等效桩径中第二行等效桩径数据进行调整。第一行数据为对应的单元位置，移动水平滚动条，波形图中光标也随动，它代表当前单元对应的波形位置。当光标移动至反射波位置就可以调整第二行中等效桩径数据，输入数据时，波形也会变化，输入完毕后，不用回车，移动至另外单元进行调整，直至波形得到最佳匹配，见图I-26。图I-26人工调整单元及桩底参数综上所述，波形的匹配分析可采用以下几种方法：（a） 先通过构造窗口拟合，然后对拟合结果进行人为干预，直至

19、波形得到最佳匹配；（b） 直接采用人为干预的方法使波形得到最佳匹配；（c） 先用人为干预的方法使部分波形得到匹配，然后用构造窗口进行自动拟合，若结果不合理再进行人为干预。桩端的截面变化或桩浅部的反射波宜采用人为干预拟合。自动拟合与人为干预结合可只对有效反射波进行趋势匹配分析，避免波形失真对波形匹配结果的影响。 在实际检测中，除了知道设计桩长、桩径外，还有混凝土充盈系数，在确信混凝土充盈系数后，输入充盈系数可改善或提高计算的精度。 桩底土/桩阻抗比：事实上就代表桩底土的辐射阻尼比，应力波能量在桩底的反射与该比值有关，当比值为1，能量全部向桩底土辐射；小于1，应力波部分能量向上反射，反射波相位与入

20、射波相同，比值越小，反射能量越大；当大于1，反射波相位与入射波相反，比值越大，反射能量越大。由此通过同一场地桩底土/桩阻抗比的比较，可以知道持力层及桩底清孔相对情况。桩底土动阻尼：由于将应力波在桩底反射透射用桩与一维土柱来模拟桩底土动阻尼就类似于桩侧的土动阻尼，它对桩底反射波幅值影响不大，仅对桩底反射后续波有一定影响。CPSA结果存储及打印定性或定量分析完毕后，就可以将分析结果存储，结果文件扩展名为PSA。也可将结果存成图片文件（BMP格式），图片文件可以直接插入Word文档或由其它图形处理软件再处理，见图I-27。图I-27 分析结果存储文件处理完毕后。 若要通过打印机或输出成Pdf格式（计

21、算机要安装AcobatReader软件）。 通过文件中打开一栏，然后进入存储结果文件夹。点击文件，可以显示出相应的结果，若要打印，在文件列表栏，按鼠标右键弹出打印文件选择，将该文件加入打印文件列中，见图I-28。图I-28 分析结果浏览及添加打印文件图I-29文件打印选择完毕后，选择文件中打印选择一栏，出现波形打印选择，见图I-29。一页可打印出12个结果文件。若不选择，直接按显示顺序打印，也可打勾选择文件及文件顺序，结果输出见图I-30。当页打印文件小于6时，可选中打印结果含谱信息，将谱结果打印，结果输出见图I-31。图I-30 结果输出（不含谱图） 图I-31 结果输出（含谱图）完整性检测

22、中典型问题分析加速度计与桩面用什么方法耦合较好 加速度计的安装牢固程度对其谐振频率有很大的影响，若安装不牢固，会导致谐振频率下降，从而影响测试频率范围的传感器幅频及相频特性。由于桩面凸凹不平，且有砂石，再加上电缆线的拉作用，用黄油往往达不到好的耦合效果。在桩头滴少许502胶，再将指甲大小、粘性较好的橡皮泥压入桩面，然后再将加速度计旋入橡皮泥。电缆线长度对测量加速度有何影响一般来说，电缆线越长，其电感、电容越大，影响电荷放电时间。故电缆线过长，加速度信号有可能失真，反向过冲往往较大。加速度信号反向过冲对分析有影响当电荷放大器、电感、电容或电缆线电感、电容过大时，容易导致反向过冲增大。在阻抗突变情

23、况下，应力波在阻抗变小处（如缩径或离析）第一界面反射波与入射波同相，第二界面则相位相反，而在阻抗变大处（如扩径），情况刚好相反。第一界面处反射波幅值大于第二界面处反射波幅值。当过冲太大，对阻抗变小处来说，反相信号幅值往往大于同相信号，对阻抗增大处，同相信号幅值往往大于反相信号，这样，容易对阻抗变化性质作出误判，将阻抗增大判成阻抗减小，将阻抗减小判成阻抗增大。脉冲频率或滤波频率较低对浅部及桩身阻抗变化分析有何影响当桩身浅部阻抗发生变化，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在阻抗变化，其反射波在桩端面反射后经浅部阻抗变化处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较低时，高频反射波部分会丢失，导致实测信号失

24、真。对浅部有缩径深部有扩径现象的桩，当脉冲频率及滤波频率较高时，可以清楚地反映出浅部反射波，当脉冲频率或滤波频率较低时，浅部缩径同相反射波丢失，在入射脉冲之后出现一较大的反向，深部扩径处反射波之前却出现较大的同相，这样，在分析时容易出错。对浅部有扩径深部有缩径现象的桩，当脉冲频率及滤波频率较高时，浅部扩径产生多次反射，相邻反射波相位相反呈振荡状，但当脉冲频率或滤波频率较低时，则入射脉冲之后出现一同相反射波，容易误判成缩径。离析、夹泥与缩径反射波信号有何区别反射波相位及强度与波阻抗变化程度、范围及变化处波速有关，离析、夹泥和缩径都会导致波阻抗减小，但离析、夹泥处波速要低于正常处波速，而缩径处波速

25、一般不会变化，这样，小范围离析、夹泥反射波特征会与较大范围缩径反射波特征相同。离析或夹泥会使整桩平均波速降低，而缩径一般不会影响整桩平均波速，在实际桩基检测中，若无准确的施工记录，一般难以将离析、夹泥与缩径区别开来，这是因为：(1) 当偷工减料导致实际桩长小于设计桩长时，若桩身有离析、夹泥，其平均波速仍较高；(2) 同一等级强度混凝土，对应的纵波速有一定范围，因此，若离析或夹泥范围和程度不大，则平均波速虽有减小，但仍属正常范围。如何锤击桩面及放置传感器 为了避免偏心振动产生弯曲波，一般在桩中心激振。由于应力波在桩端附近传播不是一维的，实测信号受传感器布点位置影响较大，根据桩顶面及桩侧面（距桩顶

26、面约1.5D）实测信号比较，可以发现：当入射脉冲宽度与桩径比较大时，传感器放置在距桩中心2/3R3/4R处，桩顶面实测信号可以近似地反映出向下传播的平面波信号及桩土相互作用。反向过冲较大是否信号质量较差在实测信号中，我们往往会发现脉冲信号结束后有一个较大反向信号。导致反向过冲较大因素较多，除了电缆线过长、电荷放大器电感及电容等参数不当、锤击点位置及锤击脉冲频率、传感器幅频及相频特性外，还有桩身阻抗变化影响，如：（1）当桩头部分混凝土强度较低时，应力波遇强度较高混凝土时会产生反向反射；（2）桩头附近波阻抗增大；（3）桩头附近阻抗变小，由于锤击频率或滤波频率太低，高频成份被滤掉。这些因素也会导致反

27、向过冲这种现象。垫层对低应变检测有何影响当垫层与桩端相连时，锤击桩面，桩端向下运动会带动垫层振动，地基上垫层振动，可看作平板在连续分布弹簧、阻尼壶上振动，而垫层振动反过来又影响桩顶部的振动，故检测时最好将垫层与桩体切开。桩间距对检测的影响当邻近桩与试桩间距大于2倍以上桩径时，邻桩对试桩检测影响较小。当邻桩与试桩间距只有5cm10cm时，桩之间相互作用对检测影响较大，此时，在锤击脉冲之后会紧跟一个较大低频反相反射波，该反射波二次反射与锤击脉冲同相，不能认为同相信号是由缩径或夹泥、离析反射而致。能否用反射波法检测带平台护坡桩完整性用检测单桩完整性的分析方法来分析带平台护坡桩完整性尚有一定的局限性，

28、主要是由于：（1）平台有一定厚度，在平台上敲击，应力波会在平台体多次反射，甚至产生转换波，同时部分波向邻近桩传播；（2）护坡桩间距一般较小，桩土桩相互作用明显；（3）邻桩的波阻抗变化产生的反射波又会在平台传播，影响受检护坡桩检测信号。当检测信号是低频振荡衰减信号时，是何影响 当传感器安装正常时，检测信号呈低频振荡有可能：（1）桩端附近断裂，应力波在断裂处会多次反射，同时还会引起断裂部分振动，振动相当于弹簧、阻尼壶、质量块系统振动；（2）桩顶至以下一段距离混凝土疏松、强度较低，应力波传播至正常混凝土时就会产生反射，反射波信号与入射波信号反相，反射波信号二次反射后，与入射波信号同相，这样，相邻反射

29、波相位相反，检测信号也就变成振荡衰减信号。桩面混凝土强度低，激振信号频率也较低，因此，振荡信号频率也较低，根据第一次反射波到时，可预估桩顶至正常混凝土处的距离。实测面大于或小于正常截面对检测信号有何影响在桩完整性检测中，常常会发现桩端附近截面发生变化：（1）动测桩面小于附近桩身正常截面；（2）桩面大于附近桩身正常截面。对情况（1），应力波会在交界面多次反射，相邻反射波相位相反，反射波呈振荡状，而对情况（2），反射波总是同相，当入射脉冲宽度较小，反射波相互分离，但当入射脉冲宽度较大时，反射波相互迭加，同时还与入射脉冲迭加，形成宽度更大的脉冲。在进行定量分析时要考虑桩端的截面变化。桩长径比对检测有

30、何影响桩底反射波能量的强弱除了与桩侧桩土相互作用、桩底土阻抗与桩波阻抗之比、锤击能量等有关外，还与桩长径比有关。桩长径比会影响辐射能量与桩体中传播能量比值，在同样桩长及桩土体系下，桩长径比越大，辐射能量与桩体中传播能量比值越小，泄漏到周围土体的能量相对较小，这样，桩底反射能量越强，也即在桩长一定条件下，桩径越大，底反能量越强。桩长径比相同，要达到同样的底反，则桩径小的桩，桩长应小。压入或打入预制桩检测中，应注意什么与其它桩体相比，压入或打入预制桩有以下一些特点：（1）压入或打入预制桩会导致桩侧及桩尖土体压密，桩侧桩土相互作用加强，应力波衰减加快；（2）预制桩外表往往完整，但内部仍有离析、蜂窝现

31、象；（3）胶接良好桩，胶接处反射波一般较小；（4）胶接不良的桩，往往只能检测出最先两个胶接处胶接情况，甚至只能检测出第一个；（5）桩长径比较大，因此，当有多根桩胶接时，桩底反射难以检测。能否检测出桩底沉渣厚度要回答这个问题，必须了解应力波在桩底附近传播情况。当应力波传播至桩底，一部分能量向土体辐射，一部分能量沿桩体向上传播。根据模拟计算，桩底土体对桩作用也可简化成一维体。当桩底有沉渣时，桩底向下透射应力波经过沉渣与土体界面会向上反射。若要能检测沉渣厚度，除要知道桩底反射波与应力波在沉渣与土体界面处反射波时差外，还须知道波在沉渣中传播速度。作为近似，波在沉渣中传播速度可用水的波速来代替，因此，沉

32、渣厚度的检测关键是时差。由于沉渣阻抗与桩阻抗一般相差很大，经桩底向下透射能量很少，再经沉渣与土体界面反射更少，因此，时差确定往往很困难，这样，对桩底沉渣厚度检测一般不可能。由于桩底反射与桩波阻抗、桩底介质密度、剪切波速有关，因此，通过同一场地、不同桩底反射波强弱可以了解桩底清孔程度相对情况。定量分析的意义及可行性 即使按照目前的、类分类方法，也要对波形进行定量，比如，反射波形达到何种程度才可将缺损划分为所谓“中等程度损伤”。分析人员常按反射波峰值或多次反射来对桩完整性进行分类，以此来分类难以让人信服，这是因为：(a)受桩土相互作用的影响，应力波在向下传播过程会不断衰减，传播距离越远衰减越大，这

33、样，同样峰值的反射波，距桩端面越远，缺损程度越大；(b)应力波在任意程度缺损部位都会多次反射，缺损程度严重，多次反射就明显，缺损程度轻微，则多次反射能量微弱，肉眼往往难以识别。同样程度的缺损，在浅部多次反射就比较明显，而在桩较深部，由于桩土相互作用的影响，多次反射就不明显。由于没有一个参数量值作为衡量标准，不同的检测分析人员会有不同的结果，甚至会助长一些责任心不强检测人员弄虚作假歪风。 根据一维应力波理论，反射波形状及幅值与波阻抗变化位置、程度、范围有关，因此，利用优化分析方法从反射波得到波阻抗变化程度及范围是可行的。在提到定量分析这个问题，有人就会提出：(a)在低应变完整性检测中，激振点和传

34、感器均放在桩面，波形能否用一维应力波来分析；(b)不用拟合是否通过反射波峰与入射波峰之比也可对缺损程度定量。在桩面激振，产生的应力波是以激振点为中心的半球面波，它在向外传播过程中，会在桩侧反射、透射，当脉冲较宽、波传播桩面以下约2D以上距离时，波阵面可近似为平面。传感器接收的第一个脉冲是纵波、横波及瑞利波共同作用的结果，它并不代表向下传播的平面波，而距桩端面以下2D以上距离处反射波可近似看作一维应力波，这样用反射波与第一个脉冲比较就会产生误差。根据实验及数值计算的结果，当在桩中心激振，传感器放在距桩中心（R为半径）位置处，第一个脉冲可近似代表向下传播的平面波，这样，实测波形就可近似用一维平面应

35、力波来分析。由于工程桩波阻抗变化往往是渐变的并不是突变的；反射的应力波相互迭加；在桩土相互作用下应力波会有不同程度的衰减，因此，仅以反射波峰与入射波峰之比来确定缺损程度，精度是不高的。在工程中，我们往往还想了解桩底持力层及清孔情况，由于应力波在桩底辐射与辐射阻尼有关，土层越硬，辐射阻尼越大；清孔越差，辐射阻尼越小，而辐射阻尼又可用一系数与波阻抗之积来表示，因此，该系数大小可用来评估桩底持力层及清孔情况。根据波动理论，应力波在阻抗变化处总是要多次反射，反射能量不断递减，各相邻反射波时差相等。阻抗变化形式不同，多次反射波特征也不相同，如：应力波在阻抗变小处多次反射，其相邻反射波为同相，而对阻抗增大

36、处反射波，相邻反射波相位相反，见图I-32。由于存在多次反射，当桩身有两处或两处以上阻抗变化，应力波就会相互迭加，迭加波形或增加或削弱，波形变得复杂。桩身扩径处第二次反射会与缩径处第一次反射波相互迭加，迭加后波形加强，而缩径处第二次反射与扩径第一次反射迭加后，则波形削弱，见图I-33。因此，仅从波形特征上难以判断应力波多次反射、相互迭加情况。基于以上分析，拟合分析的意义不只是确定阻抗变化程度及范围，它还可帮助人们识别哪些信号对应于多次反射，哪些信号对应于第一次反射，进而判断阻抗变化位置及性质，同时还可帮助我们了解桩底持力层及清孔情况。图I-32 缩径、扩径多次反射 (实线：缩径多次反射；虚线：

37、扩径多次反射)(a) 先缩径后扩径，后者与端面的距离是前者的一倍(b) 先扩径后缩径，后者与端面的距离是前者的一倍图I-33 桩土相互作用及多次反射对波形的影响（图中虚线表示无桩土相互作用，实线表示有桩土相互作用）截面变化或弹模变化对拟合分析有何影响应力波反射强弱与波阻抗变化程度有关，后续界面反射波与起始界面反射波时差T与阻抗变化范围L及该范围砼纵波速有关，形象一点说，也即T=L/C。若要确定其中一个参数，就必须知道另外两参数。拟合分析属于反分析，根据对反射波波形的拟合来调整阻抗变化程度及变化范围。阻抗变化程度可根据反射波强弱来调整，而变化范围调整则带有一些不确定性，虽然波形上各点时间已知，但

38、同时确定L、C两参数是困难的，要么假定C用平均波速代替来确定L及横截面变化，要么假定阻抗中横截面不变，通过波形拟合来确定C及L变化。离析、夹泥处反射波形总是可以通过假设该处波速为平均纵波速仅调整横截面变化及范围来达到最佳拟合，反之亦然。因此，对波形拟合分析也难以区别阻抗变化是由截面变化所致还是由弹模变化所致，或者由两者共同变化所致。拟合分析时，为了方便，假设桩各点波速相同，并用平均波速来代替，阻抗的变化仅用横截面变化来调整。当桩身砼弹模发生变化时，这种近似会带来一定误差。根据数值模拟计算，这种近似方法对阻抗变化程度计算误差不大，但对阻抗变化位置、范围有一定的影响，如离析、夹泥处反射波，在走时相

39、同情况下，用整桩平均纵波速代替离析、夹泥处波速计算出的两个界面位置间距比实际要大。拟合分析应注意什么在桩土相互作用下，应力波在向下传播过程中会不断向上反射，反射波一般变化缓慢且与入射波相位相反。桩土相互作用用土阻尼系数可由完整性实测波形拟合确定，也可根据有关性参数来确定。当实测波形能合理地反映出桩土相互作用产生的反射波，则通过土阻尼系数调整可使计算的反射波与实测波形达到最佳匹配。桩土相互作用产生的反射波拟合好坏对桩身波阻抗拟合分析影响很大，若桩侧反射波没有达到最佳匹配，在拟合过程中，则会将没有拟合好部分当将桩身阻抗变化处反射波来看待，从而影响拟合分析效果。受锤击脉冲、传感器布点、桩端附近波阻抗

40、变化等因素影响，实测波形或多或少有些失真，并不能真正反映桩土相互作用产生的反射波。要使计算的桩侧反射波与实测波形匹配，土阻尼系数往往变得毫无意义，甚至无论如何调整土阻尼系数，计算的桩侧反射波形与实测波形也无法达到匹配。因此，在拟合分析中，保证高质量的波形是很重要的。不用拟合方法得到的截面完整系数与拟合分析计算有何区别基于一维无阻尼应力波理论，入射波峰值与反射波峰值之比与截面波阻抗之比有一定关系，因此，根据反射波峰与入射波峰之比可确定截面完整性系数。事实上，应力波在传播过程中受桩土相互作用，因此，还要考虑入射波在传播过程中衰减。输入有关土性参数，根据有关理论可模拟计算出应力波衰减。将应力波衰减考

41、虑进去后，便可得到在桩土相互作用下截面完整系数。由于不需要对桩侧反射波进行拟合，因而该方法比较快捷、方便、可靠。该方法是以波阻抗为突变且反射波没有相互迭加为前提，而拟合方法则可适用于阻抗渐变、反射波相互迭加等情况，拟合方法通过对反射波拟合不仅可给出波阻抗变化程度，而且还可给出波阻抗变化范围。当实测波形有些失真，不能真正反映桩土相互作用产生的反射波时，用拟合方法难度较大。如何对失真桩身反射波拟合当实测波形有些失真时，无论如何设置阻尼，计算的桩侧反射波与实测值往往有差别，若采用自动拟合方法，波形未达到匹配部分（它并不是由阻抗变化产生的）会调整阻抗变化来补偿，使拟合方法精度及可靠性下降，在此情况下，

42、宜用人工调整参数方法来拟合，使计算波形趋势与实测值大致相同即可。基桩完整性分类及桩的评价 根据实测信号中反射波相位可对桩身阻抗性质变化作出判断（增大或减小）；根据反射波的走时及砼平均波速对阻抗变化位置作出分析；根据反射波幅值及反射波多次反射情况来对阻抗变化程度作出分析并分类。常用的分类有：类基本完整；类桩轻微损伤；类桩中等损伤；类桩严重损伤。桩的完整性分类并不代表对桩的评价，桩是否合格最重要的参数是其水平及竖向承载力。桩身完整其承载力未必符合要求，有缺损桩的承载力也许会满足设计要求；同样程度的缺损，位置不同，影响也不同，缺损部位在桩浅部对桩抗弯影响较大，设计部门会将其作为一个较严重问题来处理，

43、而缺损部位较深时，也行会作为一般问题来处理。因此，桩的完整性分类只是有关部门对桩评价一个依据，两者不能混淆。检测深度笔者曾在甬台温高速公路（乐清段）检测，该路段桩径一般为1.21.5m,桩长5065m。有人曾提出这样一个问题：目前的仪器及检测方法最大检测长度是多少？假设检测不到桩底反射，当桩底附近有缺损时怎么办。笔者并没有正面回答这个问题，而是从影响检测长度几个因素进行分析。（）桩周围是土体，受桩土相互作用的影响，应力波在向下传播过程中不断衰减，衰减程度与桩周土性有关，同样桩长、桩径的桩在淤泥质土中应力波在传播过程中衰减要慢于在粘土层中衰减，这样，在桩底土性相同的情况下，其桩底反射波能量要强于

44、周围是粘土层的桩；()同样的土层，应力波在传播过程还受桩的长径比影响，桩的长径比越大，桩底反射波检测难度越大。笔者在甬台温高速公路检测可以得到桩径1.5m，桩长65m的桩底反射（淤泥层，桩长径比为43），而对沉管灌注桩或冲孔灌注桩（桩径0.4m左右），要检测出20m长的桩底就很困难了（长径比约50）；（）桩底土的等效波阻抗与桩身波阻抗接近时，即使桩长径比不大，大部分能量在桩底向土体辐射，从而增加桩底反射波检测难度；()桩身材料并不是弹性的，它是有粘性的，即使没有桩土相互作用，应力波也会衰减的，不同波速的混凝土，粘性是不同的，一般来说，波速越小，粘性越大，应力波在其传播中衰减也就越大，如3000m/s砼的粘性会远远大于4000m/s砼的粘性；（）激振频率越低，激振能量越大，桩底反射就越明显。此外，桩底反射波强弱还受激振点及传感器安装位置的影响，激振点与传感器安装点越近，实测第一个波至的峰值（常把它当作入射波，事实上，它并不代表从向下传播的平面波，向下传播的平面波仅与激振频率、能量有关，而与传