-反射波法检测工程桩桩身完整性剖析资料

1、 反射波法检测反射波法检测 工程桩桩身完整性工程桩桩身完整性 吴吴 庆庆 曾曾 原中国地质调查局技术方法研究所原中国地质调查局技术方法研究所 2013.01.222013.01.22 概述概述 反射波法检测桩身缺陷的基本原理反射波法检测桩身缺陷的基本原理 桩身内不同类型缺陷反射波规律桩身内不同类型缺陷反射波规律 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点 反射波信号的处理反射波信号的处理 数据采集后的处理和推断解释方法数据采集后的处理和推断解释方法 反射波的频域解释反射波的频域解释 反射波存在的不足之处反射波存在的不足之处讲授和讨论下列问题讲授和讨论下列问题 1. 1 桩式基

2、础的优越性桩式基础的优越性 有很好的抗震性能（一般动荷载比静荷载要大有很好的抗震性能（一般动荷载比静荷载要大6 67 7倍）；倍）； 桩的承载力高桩的承载力高( (可加大桩径，扩大桩底面增加承载力可加大桩径，扩大桩底面增加承载力) )； 沉降量较小沉降量较小 复杂地层如沙土地层、软弱地层、黄土地层等可用桩穿复杂地层如沙土地层、软弱地层、黄土地层等可用桩穿 过这些地层使荷载作用到承载力高的地层上。过这些地层使荷载作用到承载力高的地层上。一一 概述概述 1.2 1.2 基桩的分类基桩的分类 桉成桩方式可分为：桉成桩方式可分为： 1. 打入式桩；可有钢筋混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩、木桩；打入式桩

3、；可有钢筋混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩、木桩；2. 原地灌筑桩原地灌筑桩可分为可分为夯扩灌注桩沉管灌注桩挤土灌注桩钻孔扩底灌注桩人工挖孔灌注桩螺旋钻孔灌注桩干作业法潜水钻成孔灌注桩钻孔扩底成孔灌注桩钻斗钻成孔法灌注桩回转钻成孔灌注桩泥浆护壁钻孔法非挤土灌注桩灌注桩1 1 概述概述此外还有扩径缺陷、扩底桩此外还有扩径缺陷、扩底桩 1.3 1.3 原地灌注桩桩身可能存在的缺陷原地灌注桩桩身可能存在的缺陷1.1.概述概述 施工中由于工艺因素、地层的地质因素、施工的人为施工中由于工艺因素、地层的地质因素、施工的人为 因素，桩身出现的下列缺陷反射波法可以检测因素，桩身出现的下列缺陷反射波法可以检测 ：

4、 1. 1. 空洞（原地灌注桩）空洞（原地灌注桩） 2. 2. 夹泥（原地灌注桩）夹泥（原地灌注桩） 3. 3. 微裂（预制打入式桩、原地灌注桩）微裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 4. 4. 断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩）断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩） 5. 5. 二次浇灌面（原地灌注桩）二次浇灌面（原地灌注桩） 6. 6. 缩径（原地灌注桩）缩径（原地灌注桩） 7. 7. 扩径（原地灌注桩）扩径（原地灌注桩） 8. 8. 扩底扩底1.4 1.4 反射波法可能检测到的桩身缺陷类型反射波法可能检测到的桩身缺陷类型1.1.概述概述 声波透射法、声波透射法、低应变反射波法低应变反射波法、 钻

5、芯法、钻芯法、 高应变法高应变法 1. 1.建筑工程基桩检测技术规范建筑工程基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003JGJ/T 106-2003） 2.2.公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004） 3.3.基桩低应变动力测桩规程基桩低应变动力测桩规程 （JGJ/T 9395JGJ/T 9395） 4.4.超声法检测混凝土缺陷技术规程超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS 21CECS 21：20002000）1.6 1.6 工程基桩完整性检测的有关规程工程基桩完整性检测的有关规程 1.5 1.5 工程桩完整性

6、检测方法工程桩完整性检测方法 1.1.概述概述 1. 1.荷兰在二十世纪六十年代中期开发了反射波法检测基桩的完整性荷兰在二十世纪六十年代中期开发了反射波法检测基桩的完整性 2.2.我国在上世纪八十年代中后期国家基本建设大规模发展的背景下我国在上世纪八十年代中后期国家基本建设大规模发展的背景下 开发研究并推广了反射波法基桩完整检测技术开发研究并推广了反射波法基桩完整检测技术 3.3.19951995年地质矿产部和建设部联合颁发了年地质矿产部和建设部联合颁发了基桩低应变动力检测规程基桩低应变动力检测规程 （JGJ/T 93JGJ/T 939595） 4.4. 2003 2003年建设部颁发年建设部

7、颁发 建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范（JGJ 106JGJ 10620032003） 5.5. 20042004年交通部颁发年交通部颁发公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-JTG/T F81- 01-2004 01-2004） 1.7 1.7 反射波检测基桩完整性的发展概况反射波检测基桩完整性的发展概况1.1.概述概述2.2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理2.2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理锤头击振桩头会产生什么现象？锤头击振桩头会产生什么现象？2.2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测

8、桩身缺陷的基本原理 2.12.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律锤击激振在桩身内引起振动与波动规律 当锤击激励桩头，会引起什么物理当锤击激励桩头，会引起什么物理现象发生？现象发生？ 有两方面问题需考虑：一桩身内会有两方面问题需考虑：一桩身内会产生什么振动和波动；二地层中会引起产生什么振动和波动；二地层中会引起波动吗？波动吗？ 为搞清上述问题，我得到一为搞清上述问题，我得到一个部级资助研究项目：研究个部级资助研究项目：研究“桩桩土体系内声波传播规律土体系内声波传播规律”。给出。给出了答案，将在后面论述。了答案，将在后面论述。2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理

9、 首先建立波振面概念。首先建立波振面概念。 波振面说的是介质受到外力扰动时，质点弹性振动的传递波振面说的是介质受到外力扰动时，质点弹性振动的传递波动过程，在最前面的波动面的形状称波动过程，在最前面的波动面的形状称“波振面波振面”。它和振源的。它和振源的类型有关。类型有关。 波振面有三种形式，如下：波振面有三种形式，如下：2.1 2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律锤击激振在桩身内引起振动与波动规律2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 高应变击振使用的是大吨位的重高应变击振使用的是大吨位的重锤，锤头是平面的，击振桩头后，在桩锤，锤头是平面的，击振桩头后，在桩

10、身内激励的是平面波，如右图身内激励的是平面波，如右图。2.1 2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律锤击激振在桩身内引起振动与波动规律 锤击击振桩头产生的是半球面波锤击击振桩头产生的是半球面波 2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 低应变使用的是小锤，垂头是球低应变使用的是小锤，垂头是球面的，它属于点振源，激励桩头后，在面的，它属于点振源，激励桩头后，在桩身内激励产生的是半球面波桩身内激励产生的是半球面波。 远离振源后，可近似的视为远离振源后，可近似的视为平面波，实践证实，这种简化问平面波，实践证实，这种简化问题的处理方法是正确的题的处理方法是正确的。2.1

11、 2.1 锤击激振在桩身内引起振动与波动规律锤击激振在桩身内引起振动与波动规律2.2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 2.22.2 点源激振在桩身内的振动与波动规律点源激振在桩身内的振动与波动规律2.2.1 2.2.1 桩身内平面波的声波传播速度桩身内平面波的声波传播速度 ECBE桩身混凝土弹性模量桩身混凝土弹性模量(MP(MPa a/m/m2 2) ) 桩身混凝土密度（桩身混凝土密度（Kg/mKg/m3 3） 一维干的声波传播速度一维干的声波传播速度 预制桩桩身的声速预制桩桩身的声速 ： 4200 m/s 4200 m/s 水下灌筑桩的声速水下灌筑桩的声速 ： 3

12、300-3800 m/s3300-3800 m/s 干作业灌筑桩声速干作业灌筑桩声速 ： 3500-4000 m/s3500-4000 m/s LDD512ECB2.2.2 2.2.2 桩可视为一维杆的边界条件桩可视为一维杆的边界条件 即当即当 桩身声速为桩身声速为 波长波长C/fC/fV VB B/f/f；D D为桩径；为桩径；L L为桩长。为桩长。工程桩桩身内的纵波声速（工程桩桩身内的纵波声速（C CB B） 2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理2.2.3 2.2.3 桩身反射波的传播速度和超声测试波速的关系桩身反射波的传播速度和超声测试波速的关系 一维干的

13、声速一维干的声速超声波的声速超声波的声速所以超声波的声速高于反射波的声速所以超声波的声速高于反射波的声速 一般桩身混凝土的泊桑比一般桩身混凝土的泊桑比（0.20.20.250.25） V VP P =(1.05=(1.051.1)V1.1)VB B这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因ECB)21)(1 ()1 (EVP2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理2.2.4 2.2.4 桩头水平方向波的传播桩头水平方向波的传播 沿桩头表面传播的是纵波、横波、面波堆积在一起的波动，沿桩头表面传播的是纵波、横波、面波堆积在一起的

14、波动，故称之为故称之为“直达波直达波”2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理2.2.5 2.2.5 桩身中声波的折射与反射概念桩身中声波的折射与反射概念 2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 斜入射时的反射与折射斜入射时的反射与折射 垂入射时的反射与透射垂入射时的反射与透射 射射定律（射射定律（SnellSnell）2211sinsinsinsinCCCCtljl2.2.62.2.6 斜入射的波会在桩土界面产生斜入射的波会在桩土界面产生“折射现象折射现象“ 根据折射定律在桩土界面会根据折射定律在桩土界面会产生折射现象，折射定律说的是

15、：产生折射现象，折射定律说的是：2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 所以，斜入射的纵波所以，斜入射的纵波P P，在桩土，在桩土界面有折射纵波界面有折射纵波 PP PP 折射到土层，同折射到土层，同理还有折射横波理还有折射横波 PS PS 也折射到图层。也折射到图层。 上述结论，是作者所承担部级资助课题上述结论，是作者所承担部级资助课题“桩土体系声波传播规律桩土体系声波传播规律”研究实验成果所所研究实验成果所所证实。详细论述，参阅证实。详细论述，参阅基桩声测与动测技术基桩声测与动测技术一书，该书一书，该书2009年出版年出版2211sinsinsinsinCCC

16、Ctljl 实际桩身内存在多次实际桩身内存在多次反射和折射，所以桩身特反射和折射，所以桩身特别是桩头内的声场是较复别是桩头内的声场是较复杂的。杂的。 这些多次反射不会影这些多次反射不会影响我们对桩身缺陷的检测，响我们对桩身缺陷的检测，就忽略它们的存在就忽略它们的存在。2.2.62.2.6 折射波会使桩内传播的声波产生折射波会使桩内传播的声波产生“折射损失折射损失” 在桩土界面产生折射纵波和在桩土界面产生折射纵波和折射横波进入地层。造成锤击入折射横波进入地层。造成锤击入射波的损失，称射波的损失，称“折射损失折射损失”由由下式决定：下式决定：tTCosZCosZCosZR1222 由上式可知地层越

17、硬，由上式可知地层越硬，Z2 越大，越大，折射进入地层的能量越多，分配到垂折射进入地层的能量越多，分配到垂直入射的能量越少。直入射的能量越少。不是地层越硬，土阻力越大造成入射波不容易传播到桩底。不是地层越硬，土阻力越大造成入射波不容易传播到桩底。2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理如介质是不连续的，存在界面如介质是不连续的，存在界面 n n 其中其中： ； 当当Z Z1 1ZZ2 2 纵波纵波P P垂直入射到界面垂直入射到界面 n n（桩底）时，（桩底）时， 产生垂直向上的反射波产生垂直向上的反射波 R R111CZ222CZ2.3. 2.3. 垂直入射波在桩身

18、波阻抗界面上的反射垂直入射波在桩身波阻抗界面上的反射反射波反射波R R的大小取决于振速反射系数的大小取决于振速反射系数2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理22112211CCCCRV 桩的截面积变化时也会产生反射，其反射系数桩的截面积变化时也会产生反射，其反射系数 广义的振速反射系数广义的振速反射系数 上式中上式中 ； 称广义波阻抗称广义波阻抗 2121AAAARA222111222111ACACACACRV11111ZAC2222ZAC2.3 2.3 垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原

19、理反射波检测桩身缺陷的基本原理221111221AZAZAZAZppRp 由波阻抗界面上，入射波与反射波的应力推导出的反射系数由波阻抗界面上，入射波与反射波的应力推导出的反射系数称声压反射系数称声压反射系数 222111222111ACACACACRV2.4 2.4 波阻抗界面的透过波的大小取决于透过系数波阻抗界面的透过波的大小取决于透过系数R RT T2122ZZZRT2.3 2.3 垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理R RV V和和R RP P的同一性详细论述，参阅的同一性详细论述，参

20、阅基桩声测与动测技术基桩声测与动测技术一书，该书一书，该书20092009年出版年出版221111221AZAZAZAZppRp “振速反射系数振速反射系数”与与”声压反射系数声压反射系数”的物理概念是一致的物理概念是一致的，只不过从不同的角度来求解，得出不同的公式。的，只不过从不同的角度来求解，得出不同的公式。 由于振速反射系数可直接给出反射波的相位关系，故实用由于振速反射系数可直接给出反射波的相位关系，故实用中多用振速反射系数。中多用振速反射系数。2.5 2.5 桩身内反射波的衰减规律桩身内反射波的衰减规律LmeAA， L L 声波在桩身内的传播距离（声波在桩身内的传播距离（m m） 击振

21、点除去折射损失后的声波振幅击振点除去折射损失后的声波振幅 A A 传播了传播了L L距离后的声波波幅距离后的声波波幅 桩身混凝土的声衰减系数桩身混凝土的声衰减系数(dB/m)(dB/m)， 是频率的函数，高频衰减快。是频率的函数，高频衰减快。，mA 入射与反射波的衰减入射与反射波的衰减2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 根据振速反射系数，可确定桩根据振速反射系数，可确定桩底反射波的相位，振速反射系数：底反射波的相位，振速反射系数： 由已知桩长和桩身声速预由已知桩长和桩身声速预估桩底反射波到达时间范围估桩底反射波到达时间范围 t tR R 2L / V2L /

22、VB B22112211CCCCRV2.6 2.6 桩底的反射波的识别桩底的反射波的识别 如：如：L L21m21m； V VB B 3500m/s3500m/s； t tR R 12ms12ms， （则桩底反射波在则桩底反射波在12ms12ms左右位置左右位置）2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理一般桩底反射波与直达波同相位。一般桩底反射波与直达波同相位。2.7 2.7 桩底反射与桩身内缺陷的反射桩底反射与桩身内缺陷的反射22112211CCCCRV2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理222111222111ACACACACRV

23、2.8.1.2.8.1. 判断桩底计算桩身判断桩底计算桩身 混凝土声速混凝土声速 由已知桩长和桩底反射波由已知桩长和桩底反射波到达时间到达时间tR，计算桩身声速，计算桩身声速 VB2L / tR2.8.2. 2.8.2. 缺陷的识别缺陷的识别由由 确定缺陷的类别确定缺陷的类别由由 t tR R 确定缺陷的位置（深度确定缺陷的位置（深度L L）2,RBtVL222111222111ACACACACRV2.8 2.8 桩身内缺陷反射波的识别桩身内缺陷反射波的识别2. 2. 反射波检测桩身缺陷的基本原理反射波检测桩身缺陷的基本原理 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的

24、规律3.1 3.1 完整桩的反射波完整桩的反射波 特点：只有直达波特点：只有直达波 D D 和桩底和桩底 R R 反射；反射； 在直达波在直达波D D和桩底反射波和桩底反射波R R之之 间没有任何反射波。间没有任何反射波。 222111222111ACACACACRV 3.2 3.2 缩径类缺陷的反射缩径类缺陷的反射 1.1.缩径类包括桩身夹泥、离析、蜂窝、缩径类包括桩身夹泥、离析、蜂窝、 空洞空洞 、缩径等；、缩径等；2.2.缺陷反射波缺陷反射波 R R 与直达波与直达波 D D 同相位；同相位；3.3.桩底反射波桩底反射波 R R 波幅小，频率低。波幅小，频率低。 桩长桩长29.6m 29

25、.6m 在在3.72m3.72m处出现缩径缺陷处出现缩径缺陷 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.3 3.3 缩径桩的多次反射缩径桩的多次反射 1. 1. 严重的缩径会产生多次反射波，特严重的缩径会产生多次反射波，特 点是多次反射是等时间间隔的；点是多次反射是等时间间隔的；2. 2. 靠近桩头的缩径类缺陷，易出现多靠近桩头的缩径类缺陷，易出现多 次反射，一般是次反射，一般是2-32-3次；次；3. 3. 缩径类缺陷多次反射，可见桩底缩径类缺陷多次反射，可见桩底 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.4 3.4 扩径的

26、反射波和多次反射扩径的反射波和多次反射 1. 1. 严重的扩径会产生多次反射；严重的扩径会产生多次反射；2. 2. 奇次反射与直达波同相；奇次反射与直达波同相；3. 3. 偶次反射于直达波同相；偶次反射于直达波同相；4. 4. 要注意区分扩径偶数多次反射与缩径类反要注意区分扩径偶数多次反射与缩径类反 射波的区分。射波的区分。 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律由声压反射系数可以解释扩径的多次反射的相位关系由声压反射系数可以解释扩径的多次反射的相位关系2112ZZZZRP声压反射系数声压反射系数3.5 3.5 断桩的反射断桩的反射 断桩的多次反射是等间隔的；

27、断桩的多次反射是等间隔的；2. 断桩多次反射的后面一般没有桩断桩多次反射的后面一般没有桩底反射。底反射。 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.6 3.6 桩头浅部反射桩头浅部反射-关于检测的盲区关于检测的盲区1, 1, 直达波的周期约直达波的周期约1-2ms1-2ms，这段时间是反，这段时间是反 射波检测缺陷的盲区；射波检测缺陷的盲区；2. 2. 要注意盲区内有无波的干涉，由此可要注意盲区内有无波的干涉，由此可 在盲区内发现缺陷。在盲区内发现缺陷。 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.7 3.7 扩底桩的反射扩底桩

28、的反射 扩底桩在桩底反射波的前面，会出现扩底桩在桩底反射波的前面，会出现 与直达波同相位的微弱反射波与直达波同相位的微弱反射波。 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律 3.8 3.8 嵌岩桩的桩底反射嵌岩桩的桩底反射 在花冈岩地区嵌岩桩的特有现在花冈岩地区嵌岩桩的特有现象，这是由于中风化的岩体与上部象，这是由于中风化的岩体与上部强风化岩体的波阻抗差异大，形成强风化岩体的波阻抗差异大，形成的地层反射。的地层反射。3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律 由此可见，桩的反由此可见，桩的反射，不再是一维杆的问射，不再是一维杆的问题。

29、题。 3.9 3.9 桩头附近严重缺陷的桩头附近严重缺陷的“反射波反射波” MKf21 钢筋龙成了弹簧钢筋龙成了弹簧K K，桩头部位的混凝，桩头部位的混凝土块成了质量块土块成了质量块M M，这个质弹系统的振荡，这个质弹系统的振荡频率频率 可见：激励的力信号脉冲波较窄，后面可见：激励的力信号脉冲波较窄，后面 的振荡周期很长，波形频率很低的振荡周期很长，波形频率很低 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.10 3.10 关于地层的反射关于地层的反射 1. 1.地层由软突然变硬，产生与地层由软突然变硬，产生与直达波同相位的反射波；直达波同相位的反射波； 2.2.

30、地层由硬突然变软，产生与地层由硬突然变软，产生与直达波反相位的反射波；直达波反相位的反射波； 3.3.多条桩同深度出现反射波要多条桩同深度出现反射波要考虑是地层反射。考虑是地层反射。3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.11 3.11 缺陷上界面与缺陷下界面的反射缺陷上界面与缺陷下界面的反射 除去断桩、裂缝，其它的缺陷如夹泥、离析、蜂窝、空洞、缩径、除去断桩、裂缝，其它的缺陷如夹泥、离析、蜂窝、空洞、缩径、扩径等都有一定的体积，故缺陷一定存在上界面和下界面的反射。扩径等都有一定的体积，故缺陷一定存在上界面和下界面的反射。 但是在缺陷尺寸较小，上界面反射波的

31、一个振荡周期还没结束，缺但是在缺陷尺寸较小，上界面反射波的一个振荡周期还没结束，缺陷下界面反射波就到来，上下界面反射波必然混叠。陷下界面反射波就到来，上下界面反射波必然混叠。 如果缺陷纵向尺寸较大，那么缺陷上下界面的反射波才能分开。如果缺陷纵向尺寸较大，那么缺陷上下界面的反射波才能分开。 3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.12 3.12 基桩多缺陷的反射波基桩多缺陷的反射波 要注意多缺陷的反射和缺陷的多次反要注意多缺陷的反射和缺陷的多次反射的区别；射的区别；多缺陷的反射波桩底反射较弱；多缺陷的反射波桩底反射较弱；注意，这里是缩径和扩径多缺陷。注意，这里

32、是缩径和扩径多缺陷。3. 3. 桩身内不同类型缺陷反射波的规律桩身内不同类型缺陷反射波的规律建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范JGJ 106 -2003 JGJ 106 -2003 修订报批修订报批稿中有：稿中有：3.3.基本规定基本规定3.3.2 3.3.2 检测工作程序框图检测工作程序框图 4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点 4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点3.2.2 3.2.2 调查、资料收集阶段调查、资料收集阶段宜包括下列内容：宜包括下列内容： 收集被检测工程的岩土工收集被检测工程的岩土工程勘察资料、桩

33、基设计图纸、程勘察资料、桩基设计图纸、施工记录；施工记录； 了解施工工艺和施工中出了解施工工艺和施工中出现的异常情况。现的异常情况。 进一步明确委托方的具体进一步明确委托方的具体要求。要求。建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范JGJ 106 -2003 JGJ 106 -2003 修订报批稿中有：修订报批稿中有： 4.1 4.1 桩头的处理桩头的处理击振点及接收点应打摩平整。击振点及接收点应打摩平整。 4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点（1 1）桩头没有打磨平整的后果之一桩头没有打磨平整的后果之一 - 出现高频噪声出现高频噪声 （2 2）桩头没有打磨平

34、整的后果之二）桩头没有打磨平整的后果之二 - - 击振一致性差击振一致性差（a a）速度型接收传感器）速度型接收传感器 的接收信号的接收信号（b b）加速度传感器的接收信号）加速度传感器的接收信号 4.1 4.1 桩头的处理桩头的处理击振点及接收点应打摩平整击振点及接收点应打摩平整4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点 根据桩长、地层状况和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波根据桩长、地层状况和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波 主频率的原则是：主频率的原则是： 长桩击振频率要低；（长桩击振频率要低；（L L40m40m左右，左右，f f500 Hz500 Hz左右

35、）左右） 硬地层的中长桩频率要低；（硬地层的中长桩频率要低；（L L151525m25m，f f5005001000Hz1000Hz） 短桩击振频率要高；（短桩击振频率要高；（L L10m10m左右，左右，f f100010001500Hz1500Hz） 检测浅部缺陷频率要高检测浅部缺陷频率要高 （f f 1500Hz1500Hz） 4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当4.2.1 4.2.1 击振是反射波法基桩完整性检测的击振是反射波法基桩完整性检测的重要关键技术重要关键技术窄脉冲频率高，宽脉冲

36、频率低。窄脉冲频率高，宽脉冲频率低。l l 锤头的材质软脉冲宽度宽；锤头的材质软脉冲宽度宽；l l 锤头的面积大脉冲宽度宽；锤头的面积大脉冲宽度宽；l l 锤的落距与脉冲宽度关系不大；锤的落距与脉冲宽度关系不大；不同材质的锤垫，能调整脉冲宽度。不同材质的锤垫，能调整脉冲宽度。 4.2.2 4.2.2 击振脉冲波的频率与击振脉冲宽度有关击振脉冲波的频率与击振脉冲宽度有关4. 4. 反射波法的现场数据采集技术要点反射波法的现场数据采集技术要点4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当 4.2.34.2.3 反射波法仪器配有不同材质的锤头反射波法仪器配有不同材质的锤头4.2 4

37、.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当 4.2.4 击振的锤及力棒击振的锤及力棒4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当 4.2.4 锤击是现场数据采集关键的实例锤击是现场数据采集关键的实例实例实例1 1 荷兰荷兰 TNO TNO 的的FPDS-4 + FPDS-4 + 中国的力棒中国的力棒4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当实例实例2 2 第一次第一次国家级考试的测试实例国家级考试的测试实例 4.2.4 4.2.4 锤击是现场数据采集关键的实例锤击是现场数据采集关键的实例4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲

38、宽度要适当4.2.4 4.2.4 锤击是现场数据采集关键的实例锤击是现场数据采集关键的实例铁锤激振铁锤激振力棒激振力棒激振实例实例3 3 不同击振锤击振对比不同击振锤击振对比 4.2 4.2 锤击击振的脉冲宽度要适当锤击击振的脉冲宽度要适当4.3 4.3 锤击产生的干扰信号锤击产生的干扰信号 （1）钢筋笼的振动（振动频率）钢筋笼的振动（振动频率5001000Hz）（2 2）消除钢筋笼振动的方法）消除钢筋笼振动的方法 将每根钢筋一一弯曲，破坏其自然共振频率将每根钢筋一一弯曲，破坏其自然共振频率； 将钢筋龙切短；将钢筋龙切短； 在钢筋笼上加阻尼物，减小振动。在钢筋笼上加阻尼物，减小振动。 传感器的

39、传感器的安装和耦合安装和耦合是能否能取得优质信号的是能否能取得优质信号的关键问题关键问题，是检，是检 测工作另一个重要环节。测工作另一个重要环节。 应注意的问题有：应注意的问题有： A. 安装的部位混凝土应完整、无松动，表面平整；安装的部位混凝土应完整、无松动，表面平整； B.B.传感器安装应与桩顶平面垂直；传感器安装应与桩顶平面垂直； C.C. 用耦合剂粘结要粘牢，不可在击振时使其产生付加振动用耦合剂粘结要粘牢，不可在击振时使其产生付加振动； D. 耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥；耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥； E. 使使用加速度感器时用橡皮泥一类的耦合剂还可以起到机用加速

40、度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。械滤波，将击振的高频干扰成分滤除。 F. 其它有关问题参阅其它有关问题参阅“建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范”（JGJ 106JGJ 106 2003 2003） 4.4 4.4 接收传感器的安装与耦合接收传感器的安装与耦合传感器在桩头上的安置位置传感器在桩头上的安置位置 传感器的安装耦合方法传感器的安装耦合方法4.4 4.4 接收传感器的安装与耦合接收传感器的安装与耦合4.5 4.5 现场数据采集的技术要点现场数据采集的技术要点4.5.1 4.5.1 三次采集反射波波形应基本一致三次采集反射波波形应基本一致

41、（防止一锤定音）（防止一锤定音）（1）三次击振信号不一致，）三次击振信号不一致，有高频干扰，无桩底反射波有高频干扰，无桩底反射波 。（无桩底反射不一定是不合格（无桩底反射不一定是不合格 的采集记录）的采集记录）（2）三次击振一致性好，直）三次击振一致性好，直达波余振过长，无桩底反射波达波余振过长，无桩底反射波 。（可能是传感器耦合不佳）（可能是传感器耦合不佳）（3 3）三次击振一致性较好，无桩）三次击振一致性较好，无桩底反射波底反射波。（不一定是不合格的记录）（不一定是不合格的记录）（4 4）三次击振一致性好，有）三次击振一致性好，有桩底反射波。桩底反射波。4.5.1 4.5.1 三次采集反射

42、波波形应基本一致三次采集反射波波形应基本一致 （防止一锤定音）（防止一锤定音）4.5 4.5 现场数据采集的技术要点现场数据采集的技术要点（5 5） 三次击振一致性基本相三次击振一致性基本相像，但有桩底反射波。像，但有桩底反射波。 可认为测试是成功的。可认为测试是成功的。4.5.1 4.5.1 三次采集反射波波形应基本一致三次采集反射波波形应基本一致 （防止一锤定音）（防止一锤定音）4.5 4.5 现场数据采集的技术要点现场数据采集的技术要点（6 6） 三次击振用速度型传三次击振用速度型传感器接收，一致性好，桩底感器接收，一致性好，桩底反射波微弱。反射波微弱。注意！注意！ 不一定无桩底反射和不

43、一定无桩底反射和桩底反射很微弱，就是不桩底反射很微弱，就是不合格采集记录。合格采集记录。 此时要做信号处理。此时要做信号处理。如可见桩底反射，即可按如可见桩底反射，即可按此方式和仪器所设参数，此方式和仪器所设参数，在此场地测试下去。在此场地测试下去。4.5.1 4.5.1 三次采集反射波波形应基本一致三次采集反射波波形应基本一致 （防止一锤定音）（防止一锤定音）4.5 4.5 现场数据采集的技术要点现场数据采集的技术要点（7 7） 三次击振用加速度传感三次击振用加速度传感器接收，一致性好，桩底反射器接收，一致性好，桩底反射波极微弱。波极微弱。注意！注意！ 不一定无桩底反射和桩底不一定无桩底反射

44、和桩底反射很微弱，就不合格。反射很微弱，就不合格。 此时要做信号处理。如可此时要做信号处理。如可见桩底反射，即可按此方式和见桩底反射，即可按此方式和仪器所设参数，在此场地继续仪器所设参数，在此场地继续测试下去。测试下去。4.5.1 4.5.1 三次采集反射波波形应基本一致三次采集反射波波形应基本一致 （防止一锤定音）（防止一锤定音）4.5 4.5 现场数据采集的技术要点现场数据采集的技术要点4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况 1. 1.建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003JGJ106-2003 2. 2.基桩低应变动力检测规程基桩低应变动力检测规

45、程JGJ/T 93-95JGJ/T 93-95 3. 3.公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004 4. 4.铁路工程基桩无损检测规程铁路工程基桩无损检测规程TB10218-99 TB10218-99 5. 5.基桩动态测量仪基桩动态测量仪 JJG 930 JJG 93019981998系统噪音系统噪音 2mV 2mV采样时间间隔采样时间间隔 2.02.0512.0 512.0 （ss）放大器（浮点）增益放大器（浮点）增益 64 64 （dBdB）A/DA/D分辨率分辨率 ：1616（bitbit）系统动态范围系统动态

46、范围 136 dB 136 dB 采样长度：采样长度：4K Byte4K Byte4.6.2 4.6.2 技术性能：技术性能：4.6.1 4.6.1 仪器技术性能根据下列规程仪器技术性能根据下列规程4.6.3 4.6.3 两种典型反射波检测仪器两种典型反射波检测仪器4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况 关于测试仪器的关于测试仪器的 “ “ CMC ” CMC ” 问题问题根据根据20052005年年5 5月月1818日颁发的日颁发的国家质量监督检验检疫总局公告国家质量监督检验检疫总局公告 第第145145号文号文“中华人民共和国依法管理的计量器具目录中华人民共和国依法管理的

47、计量器具目录” 声波检测分析仪、基桩低应变反射波完整性检测仪等 应当不在需要作 CMC 认证范围之内。 生产厂家不作 CMC 认证不等于不要作仪器的检定，仪器的检定还是要根据相关规程、规范按期进行。 4.6.4 4.6.4 基桩完整性反射波法检测仪器基桩完整性反射波法检测仪器（1）仪器的组成即简单原理）仪器的组成即简单原理4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况（2 2）关于）关于 A/D A/D 转换器的作用转换器的作用4.6.4 4.6.4 基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况（3）

48、 关于数据采集的触发与显示问题关于数据采集的触发与显示问题4.6.4 4.6.4 基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况（4） 基桩完整性检测仪具备的信号处理基桩完整性检测仪具备的信号处理 软件软件 频谱分析频谱分析 2. 2. 低通滤波低通滤波3. 3. 高通滤波高通滤波 4. 4. 积分处理积分处理5. 5. 指数放大指数放大 6. 6. 声速调节声速调节 信号处理的目的是去除杂波、改善信号质量。信号处理的目的是去除杂波、改善信号质量。 4.6.4 4.6.4 基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理基桩

49、完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器（1 1）速度型传感器）速度型传感器vlBWe工作原理：工作原理：4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况mKn谐振频率：谐振频率：幅频特性幅频特性：（1 1）速度型传感器）速度型传感器4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况 阻尼特性：阻尼特性：灵敏度应达到灵敏度应达到 1/200scmmV（1 1）速度型传感器）速度型传感器4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器4.6 4.6 检

50、测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况（2 2）加速度传感器）加速度传感器工作原理：根据压电工作原理：根据压电片的压电原理工作片的压电原理工作4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况幅频特性幅频特性 逐点频率测试逐点频率测试的频响特性，不反的频响特性，不反映加速度传感器的映加速度传感器的瞬态特性。瞬态特性。 瞬态激励传感器，得瞬态激励传感器，得到的幅频特性，才能反映到的幅频特性，才能反映加速度传感器的瞬态特性加速度传感器的瞬态特性。（2 2）加速度传感器）加速度传感器4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器4.6 4.6 检测的仪

51、器的技术状况检测的仪器的技术状况 压电式加速度传感器技术指标：压电式加速度传感器技术指标： 电荷灵敏度（电荷灵敏度（pc/mspc/ms2 2） 4.0-6.04.0-6.0 电压灵敏度（电压灵敏度（V/gV/g） 100 100 频率范围（频率范围（HzHz） 1-100001-10000 安装谐振频率（安装谐振频率（KHzKHz） 3030 重量（重量（g g） 2020左右左右 工作温度（工作温度（ ） 40/10040/100 安装螺纹安装螺纹 M5M5 最大加速度（最大加速度（GalGal） 20002000C0（2 2）加速度传感器）加速度传感器4.6.5 4.6.5 接收传感器接

52、收传感器4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况标注有电荷灵敏度加速度传感器的连接问题标注有电荷灵敏度加速度传感器的连接问题对定量测量必须通过电荷放大器，再接入仪器。对定量测量必须通过电荷放大器，再接入仪器。标有电压灵敏度加速度传感器的连接问题标有电压灵敏度加速度传感器的连接问题 一般是一般是“内装内装ICIC（集成放大电路芯片）加速度传感器（集成放大电路芯片）加速度传感器” ” ，可以直接接入仪器使用。可以直接接入仪器使用。（2 2）加速度传感器）加速度传感器4.6.5 4.6.5 接收传感器接收传感器4.6 4.6 检测的仪器的技术状况检测的仪器的技术状况信号处理目的：信号

53、处理目的： 去除杂波、改善信号质量、使其直观、一般人员能看懂去除杂波、改善信号质量、使其直观、一般人员能看懂A. A. 频谱分析频谱分析 用于了解干扰波的频率范围用于了解干扰波的频率范围B. B. 低通滤波低通滤波 去除高频干扰波去除高频干扰波C. C. 积分处理积分处理 可减小余振（积分后振动加速度可成为速度信号、可减小余振（积分后振动加速度可成为速度信号、 振动速度信号可成为位移信号）振动速度信号可成为位移信号） D. D. 指数放大指数放大 波幅是按指数规律衰减，用随时间按指数放大可突波幅是按指数规律衰减，用随时间按指数放大可突 出深部缺陷及桩底信号出深部缺陷及桩底信号E. E. 声速调

54、节声速调节 使声速合理、桩长正确使声速合理、桩长正确5. 反射波信号处理反射波信号处理 信号处理目的：信号处理目的： 去除杂波、改善信号质量、使信号直观、一般人员能看懂去除杂波、改善信号质量、使信号直观、一般人员能看懂F. F. 多点平滑滤波多点平滑滤波 使波形光滑去除毛刺使波形光滑去除毛刺G. G. 去除直流成分去除直流成分 将信号中的直流成分去除，使积分信号正常将信号中的直流成分去除，使积分信号正常H. H. 波幅归一化处理波幅归一化处理 将波形中最大峰值调到满度，其他波峰按将波形中最大峰值调到满度，其他波峰按 比例增加。比例增加。I. I. 波形的编辑波形的编辑 对上述处理后的波形进行对

55、上述处理后的波形进行“平移平移”、“旋转旋转”5. 反射波信号处理反射波信号处理 5.1 5.1 关于频谱分析关于频谱分析 - 分析干扰信号频率分析干扰信号频率干扰信号频率干扰信号频率 851.44HZ851.44HZ tNd）（11其频率分别率其频率分别率d原始反射波原始反射波信号中有钢信号中有钢筋笼振动干筋笼振动干扰信号扰信号 频谱分析的结果频谱分析的结果：5.5.反射波信号处理反射波信号处理 dtetSFtj)()()(tS 5.2 5.2 关于低通滤波关于低通滤波1.2KHz1.2KHz低通滤低通滤波后的反射波波后的反射波原始反射波原始反射波信号信号低通滤波作用是将信号中某个频率以下的

56、信号可通过，其它的滤除低通滤波作用是将信号中某个频率以下的信号可通过，其它的滤除5.5.反射波信号处理反射波信号处理 以上是对桩径以上是对桩径1250mm1250mm、长、长33.9m33.9m灌注桩反射波原始信号进行积分的结果灌注桩反射波原始信号进行积分的结果dttSS)(5.3 5.3 关于积分处理关于积分处理5.3.1 积分定义：对信号进行积分运算即积分定义：对信号进行积分运算即 加速度信号积分成为速度信号加速度信号积分成为速度信号)sin()cos(00tVdttAadtvmm被积分的信号波形必须上下对称，否则积分后波形后部会翘起被积分的信号波形必须上下对称，否则积分后波形后部会翘起5

57、.5.反射波信号处理反射波信号处理 )(tS关于描述质点振动的三个物理量：关于描述质点振动的三个物理量： 振动位移、振动速度、振动加速度振动位移、振动速度、振动加速度附注附注质点振动位移：质点振动位移：)cos(0tA质点振动速度：质点振动速度：)sin(0tVdtdvm质点振动加速度：质点振动加速度：)cos(0tAdtdvam5.3.2 5.3.2 积分的目的是减少信号积分的目的是减少信号余振余振 积分后直达波成半个周期，桩底反射信号也简单一些积分后直达波成半个周期，桩底反射信号也简单一些 ，直达波、桩底反射波都变得直观、好看直达波、桩底反射波都变得直观、好看 。 但是有一些缺陷反射信息却

58、从时域信号中消失。但是有一些缺陷反射信息却从时域信号中消失。 5.3 5.3 关于积分处理关于积分处理5.5.反射波信号处理反射波信号处理 积分后直达波、桩底反射波余振都缩短，变得容易识别、直积分后直达波、桩底反射波余振都缩短，变得容易识别、直观。可是直达波紧接着的同相波动算是什么反射？如果没有积分观。可是直达波紧接着的同相波动算是什么反射？如果没有积分前的反射信号，就容易出现误判前的反射信号，就容易出现误判。5.5.反射波信号处理反射波信号处理5.3 5.3 关于积分处理关于积分处理5.3.2 5.3.2 积分的目的是减少信号余振积分的目的是减少信号余振5.4 关于指数放大关于指数放大5.4

59、.15.4.1 指数放大的定义：由于声波的传播是按指数规律衰减，指数指数放大的定义：由于声波的传播是按指数规律衰减，指数 放大是将衰减的波动按指数规律放大恢复。放大是将衰减的波动按指数规律放大恢复。桩径桩径500mm500mm，桩长，桩长25m25m，3.3m 3.3m 扩径。扩径。2020倍指数放大无桩底反射波倍指数放大无桩底反射波 但是，如现场数据采集时，没有采集到桩底信但是，如现场数据采集时，没有采集到桩底信号，指数放大是无能为力的号，指数放大是无能为力的5.5.反射波信号处理反射波信号处理 反射波处理实例反射波处理实例1原始信号原始信号低通滤波低通滤波 积分积分 归一化归一化5.5 5

60、.5 反射波处理实例反射波处理实例5.5.反射波信号处理反射波信号处理 反射波处理实例反射波处理实例2（a a）原始信号）原始信号（b b）低通滤波）低通滤波（c c）指数放大）指数放大（d)d)积分积分（e e）旋转）旋转 （f) f) 移动移动5.5 5.5 反射波处理实例反射波处理实例（a a）采集到的原始信号；（）采集到的原始信号；（b b）1.0KHz1.0KHz低通滤波结果；低通滤波结果；（c c）0.6KHz0.6KHz低通滤波结果低通滤波结果 反射波处理实例反射波处理实例-3 -3 5.5 5.5 反射波处理实例反射波处理实例 5.5.反射波信号处理反射波信号处理 长长11.4