水利工程桩基低应变完整性检测标准（征求意见稿）

1T/YIIEE01—2026水利工程桩基低应变完整性检测标准本标准规定了水利工程（包括水库、水闸、泵站、堤防、渠道、水电站等）中混凝土灌注桩、预制桩等刚性材料桩基的低应变反射波法完整性检测技术的基本要求，包括术语定义、检测方法原理、仪器设备、现场检测技术、数据分析与处理、检测结果评价与分类、检测报告及质量保证与控制等。本标准适用于桩身直径（或边长）不小于0.4m且不大于2.5m，桩长不超过80m的混凝土桩完整性普查。对于超长桩、超大直径桩、异型桩或地质条件特别复杂的桩，应结合其他检测方法（如高应变法、声波透射法、钻芯法等）进行综合判定。本标准不适用于桩身存在严重缺陷导致应力波传播能量严重衰减、或桩身截面阻抗变化过于复杂导致信号难以解释的情况。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本标准必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本标准；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB50007建筑地基基础设计规范GB50010混凝土结构设计规范GB/T50081混凝土物理力学性能试验方法标准GB50164混凝土质量控制标准JGJ106建筑基桩检测技术规范JG/T3055基桩动测仪SL176水利水电工程施工质量检验与评定规程SL713水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准—地基处理与基础工程JJG834动态信号分析仪检定规程3.1术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1.1低应变反射波法通过手锤或力棒等弹性冲击装置在桩顶施加一瞬态激振，产生沿桩身传播的应力波，利用安装在桩顶的传感器接收来自桩身阻抗变化界面（如桩底、缺陷部位）的反射信号，通过对反射信号的分析,进而评价桩身完整性的检测方法。3.1.2桩身完整性反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合状况。T/YIIEE01—202623.1.3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病害，如断裂、裂缝、缩颈、扩颈、离析、夹泥、空洞、蜂窝、松散等。3.1.4时域信号以时间为横坐标，质点振动速度（或加速度）为纵坐标表示的信号。3.1.5频域信号通过傅里叶变换将时域信号转换成的以频率为横坐标，幅值（或功率）为纵坐标表示的信号。3.1.6桩身波速弹性应力波在桩身混凝土中传播的速度。是评价混凝土强度和桩长计算的关键参数。3.1.7桩身阻抗桩身材料弹性模量E与桩身横截面积A的乘积，即Z=EA/c（c为波速），亦常简化为密度ρ、波速c和截面积A的乘积，即Z=ρcA。阻抗变化是产生反射信号的根源。3.1.8一次反射应力波从桩顶传至桩底（或缺陷）后反射回桩顶的过程。3.1.9多次反射应力波在桩顶与桩底（或缺陷）之间来回反射的现象。3.1.10主频频域曲线上幅值最大的频率成分。3.2符号下列符号适用于本标准。C——桩身一维纵向应力波传播速度（桩身波速），单位：m/s。L——测点下桩长，单位：m。Δf——频域曲线上桩底相邻谐振峰间的频差，单位：Hz。f——频率，单位：Hz。T——时域曲线上桩底反射峰与桩顶入射峰之间的时间差，单位：ms。V——质点振动速度，单位：m/s。A——质点振动加速度，单位：m/s²。Z——桩身截面力学阻抗，单位：N·s/m。β——桩身完整性系数，定义为缺陷处与正常部位阻抗之比（或根据反射波幅估算的比值）。FFT——快速傅里叶变换。低应变反射波法的理论基础是一维弹性杆的应力波传播理论。当桩长远大于桩径，且激励脉冲波长大于桩径时，可将桩身简化为连续、均匀的一维弹性杆件。在桩顶施加一瞬时冲击力F(t)，产生一压缩应力波沿桩身向下传播。当波传播到桩身存在波阻抗差异（Z=ρcA变化）的界面时，如桩底（Z2=0，自由端）、缩颈（Z2<Z1）、扩颈（Z2Z1）、离析（Z2<Z1且波速c降低）等部位，将产生反射波。反射波的相位和幅值携带了界面处阻抗变化的信息。T/YIIEE01—20263根据一维波动理论，反射系数R可表示为：式中，Z1、Z2分别为界面上、下段的桩身阻抗。当R0（Z2Z1，如扩颈、桩底嵌岩），反射波与入射波同相（速度信号同向）。当R<0（Z2<Z1，如缩颈、离析、断桩），反射波与入射波反相（速度信号反向）。当R=0（Z2=Z1），无反射，桩身均匀。安装在桩顶的传感器接收到的信号是初始入射波与各次反射波的叠加。通过对该时域信号的采集、处理和分析，识别出桩底反射和桩身缺陷反射，根据反射波到达时间计算缺陷位置或桩长（L=C·T/2），根据反射波的相位和相对幅值判断缺陷性质，根据频域曲线的谐振峰形态评价桩身整体性，从而对桩身完整性做出评价。5.1一般要求检测系统应包括激振设备、传感器、信号采集与分析仪及连接电缆等。系统各组成部分技术性能应符合JG/T3055等相关标准的要求，并应在检定/校准有效期内使用。整个检测系统的频响特性应能满足检测要求。5.2激振设备5.2.1宜采用能产生宽脉冲、低频成分丰富的力棒或手锤进行激振。对于长桩、大直径桩或深部缺陷检测，应选择重量较大、材质较软的锤头，以获得低频激励。5.2.2对于短桩、小直径桩或检测浅部缺陷，可采用较轻便的手锤，以获得较高分辨力。5.2.3激振点应平整，激振方向应沿桩轴线方向。5.3传感器与信号采集系统5.3.1传感器宜选用高灵敏度加速度计或速度计。加速度计频响范围宽，适于各类桩型；速度计低频特性好，对长桩桩底反射有利。传感器技术指标应满足：a)加速度计：电压灵敏度≥50mV/g，频响范围1Hz~5kHz(±10%)。b)速度计：电压灵敏度≥300mV/(cm/s)，频响范围10Hz~1kHz(±10%)。5.3.2信号采集分析仪应具备多通道同步采集、实时显示时域波形、信号叠加平均、数字滤波、频谱分析等功能。5.3.3采集系统主要技术指标应满足：a)A/D转换器分辨率不低于16位。b)采样间隔宜为10μs~100μs，可调。c)单道采样点数不少于1024点。d)幅值测量误差不大于5%，相位测量误差不大于0.1ms。e)系统通频带宽度不窄于10Hz~2000Hz。5.3.4仪器应定期由法定计量机构进行检定/校准，并取得合格证书。现场检测前，应进行系统检查调试。5.4附属设备T/YIIEE01—202645.4.1配备必要的连接电缆，电缆应屏蔽良好，接头牢固。5.4.2宜配备便携式打印机或存储设备，用于现场记录和资料保存。5.4.3备有桩头处理工具，如打磨机、钢丝刷、环氧树脂或石膏等耦合剂。6.1检测前准备6.1.1收集工程地质勘察报告、桩基设计图纸、施工记录（包括成孔、清孔、钢筋笼制作与安装、混凝土灌注等）等资料。6.1.2了解施工工艺、桩型、桩径、桩长、混凝土设计强度等级、持力层情况等。6.1.3确定检测桩位、检测数量。受检桩位宜由建设、设计、监理、施工等单位共同指定，或根据相关规范及本标准第6.5条抽检原则确定。6.1.4检查受检桩桩头情况，确保检测面达到要求。6.1.5制定检测方案，包括检测方法、仪器设备、人员分工、安全措施等。6.2桩头处理6.2.1桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。6.2.2凿去桩顶浮浆、松散或破损部分，露出坚硬的混凝土表面。对于预应力管桩，若桩头完好可不做处理。6.2.3桩顶表面应打磨平整，其尺寸不小于传感器安装面直径的3倍。传感器安装点及激振点附近应平整，无裂缝。6.2.4当桩头与承台或垫层相连时，应断开连接，保证桩头处于自由状态。断开面的深度应满足检测要求，一般不小于桩径的1.5倍。6.3传感器安装与激振6.3.1传感器安装点应选择在桩顶中心区域或距桩中心2/3半径处。安装点应平整、光滑。6.3.2传感器与桩顶之间应采用耦合剂（如凡士林、黄油、石膏、橡皮泥等）粘结紧密，确保在冲击振动时不产生滑动或脱离。耦合层应尽可能薄。6.3.3传感器安装方向应与桩轴线平行。6.3.4激振点位置宜选择在桩顶中心。对于大直径桩，可在不同半径处布置激振点，进行多点激发、一点接收，以获取更全面的信息。6.3.5激振应通过现场试验选择合适的锤重、锤头材质和落距，以获得清晰的桩底反射信号。激励脉冲宽度应包含桩身主要缺陷和桩底的响应频率。一般原则是：检测桩身浅部缺陷，采用脉冲窄、频率高的激振；检测深部缺陷和桩底，采用脉冲宽、频率低的激振。6.3.6每个检测点有效信号采集次数不应少于3次，且重复性良好。6.4信号采集与质量控制6.4.1采样频率应根据桩长和预期分辨率设置。采样频率fs应满足奈奎斯特定律，即fs2fmax（fmax为信号最高有效频率）。通常采样频率设为5kHz~20kHz。6.4.2采样长度（时域记录长度）应保证能记录到桩底反射信号及其后的至少2个周期。可按下式估算：记录长度T_record2L/C+5(ms)。T/YIIEE01—202656.4.3设置合适的放大增益，使信号幅值达到采集设备量程的1/3~2/3，避免信号削波或过小。6.4.4信号应实时显示，检查波形质量。合格的时域信号应具有以下特征：a)信号曲线光滑，无严重畸变或高频振荡干扰。b)桩底反射清晰可辨（对于完整桩或有清晰缺陷反射的桩）。c)初始入射脉冲与桩底反射脉冲之间的时间段内，无异常的反射子波或明显的振荡（除非存在缺d)多次敲击的重复性好。6.4.5对采集到的信号宜立即进行频域分析，查看频谱曲线是否光滑，是否存在明显的主频及谐6.4.6若信号质量差，应检查桩头处理、传感器安装、激振方式、仪器设置等，调整后重新采集。6.4.7现场应填写检测记录表（参见附录A），记录桩号、桩径、桩长（设计/施工）、检测日期、天气、仪器参数、激振方式、传感器位置、信号质量初步评价等信息，并附简图。6.5检测数量与抽检原则6.5.1水利工程桩基的检测数量，应依据工程重要性、地质条件、桩型、施工工艺、施工质量变异情况等因素，由设计单位提出要求，并应符合SL176、SL713等相关规范的规定。当设计无具体要求时，可参照以下原则：a)对于地基基础设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的工程，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不应少于20根。b)对于地基基础设计等级为乙级的工程，抽检数量不应少于总桩数的20%，且不应少于10根。c)对于地基基础设计等级为丙级的工程，抽检数量可根据工程实际情况确定，但不宜少于总桩数的10%，且不应少于5根。d)对于采用单桩承台或一柱一桩的工程，应进行全数普查。e)对于施工过程中出现异常（如塌孔、卡钻、混凝土灌注不顺等）的桩，应全部检测。6.5.2抽检宜随机、均匀分布，并应覆盖不同的施工机组、施工工艺和施工时段。7.1一般要求7.1.1数据分析应在专用的计算机和信号处理软件上进行。分析人员应具备相应的专业知识和经验。7.1.2分析前应仔细核对现场记录和原始数据，确认桩号、参数等信息准确无误。7.1.3分析过程应遵循从原始信号出发，结合地质和施工资料，综合运用时域、频域分析手段进行判释的原则。7.1.4同一工程应使用统一的分析方法和参数设置，以保证结果的可比性。7.2信号预处理7.2.1去直流偏移：消除信号中的直流分量（零漂）。T/YIIEE01—202667.2.2数字滤波：根据需要，采用低通、高通或带通滤波器消除或抑制干扰频率成分。滤波截止频率的选择应避免滤除有用的缺陷或桩底反射信号。a)低通滤波：用于去除高频噪声，截止频率一般取1500Hz~3000Hz。b)高通滤波：用于去除低频干扰（如50Hz工频干扰、仪器漂移），截止频率一般取10Hz~100Hz，需注意可能削弱长桩的桩底反射信号。c)带通滤波：结合桩长和预期缺陷深度，选择合适的通频带。7.2.3指数放大：对于深部反射信号微弱的波形，可采用指数放大功能，以增强深部信息。但需谨慎使用，避免放大噪声或产生畸变。7.2.4信号平均：对同一测点多次激振采集的信号进行叠加平均，以提高信噪比。7.3时域分析7.3.1识别入射波起点：确定时域信号时间零点（t=0），即锤击脉冲的起始点。7.3.2识别桩底反射：在时域曲线上寻找与入射波同相（速度信号）或反相（加速度积分后）的反射子波，其到达时间对应于应力波从桩顶到桩底再返回的时间2L/C。若桩底反射清晰，可据此计算实测平均波速C_m=2L/T。L为施工桩长或有效桩长。7.3.3识别缺陷反射：在桩底反射之前出现的、明显的反射子波，可能对应于桩身缺陷。需分析该反射子波的相位（与入射波同相或反相）、幅值大小、波形宽度等特征。a)与入射波反相的反射子波，通常表示阻抗减小（缩颈、离析、裂缝等）。b)与入射波同相的反射子波，通常表示阻抗增大（扩颈、桩底嵌固良好等）。c)反射幅值越大，缺陷程度可能越严重。d)波形宽缓，可能对应渐变型缺陷或深部缺陷；波形尖锐，可能对应突变型缺陷或浅部缺陷。7.3.4计算缺陷位置：设缺陷反射时间为T_x，则缺陷距桩顶的距离L_x=C_m·T_x/2。式中C_m宜采用本桩实测波速，若无，可采用本工程同条件桩的统计波速值。7.3.5估算缺陷程度：通过缺陷反射波幅值与入射波幅值（或桩底反射波幅值）的相对大小，可对缺陷的严重程度进行半定量估算，常用桩身完整性系数β进行描述。β的估算方法有多种（如幅值比法、能量法等），分析时应注明所用方法。β值越小，表明缺陷程度可能越严重。需注意，β值与缺陷性质、尺寸、深度及激振条件等多种因素有关，估算存在一定的不确定性。7.4频域分析7.4.1对预处理后的时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），获得其幅值谱或功率谱。7.4.2识别基频与谐峰：对于完整桩，其频域曲线通常表现为一系列等间距的谐振峰，其基频Δf（相邻峰频率差）与桩长和波速相关：Δf=C/(2L)。实测基频Δf_m可用来计算波速或校验桩长：7.4.3分析频谱形态：a)完整桩：频谱曲线光滑，谐振峰清晰、等间距，主频突出。b)存在缺陷的桩：频谱曲线可能出现谐振峰分裂、间距不等、峰谷不明显、主频降低、出现额外峰群等现象。缺陷位置与特定频率成分有关。c)严重缺陷或断桩：可能无法识别出规则的等间距谐振峰，频谱曲线紊乱。T/YIIEE01—202677.4.4时域分析与频域分析应相互印证、补充。频域分析对识别多次反射、谐振特性及某些时域不明显的缺陷有独特作用。7.5完整性判定7.5.1完整性判定应综合时域波形特征、频域特征、波速值、施工记录和地质条件等因素。7.5.2波速分析：计算本工程同类桩的混凝土波速平均值C_m和标准差σ。波速是混凝土强度的间接反映。波速值明显偏低（如低于3500m/s），可能预示桩身混凝土质量差（如离析）；波速值异常高，需检查桩长是否准确。7.5.3建立判别标准：结合本地经验或通过已知模型桩试验，建立各类缺陷的时域、频域响应特征图谱库（参见附录B），作为判释参考。7.5.4对于信号复杂、难以判释的桩，应进行以下工作：a)检查现场采集条件，必要时重新检测。b)调整信号处理参数，尝试不同的分析方法。c)对比同一工程其他桩的信号。d)查阅详细的施工记录，了解可能的问题位置。e)如仍无法确定，应建议采用其他检测方法（如高应变法、钻芯法等）进行验证。8.1完整性分类根据低应变反射波法检测结果，桩身完整性分为四类，分类标准见表1。表1桩身完整性分类表类别分类原则时域信号特征频域信号特征I桩身结构完整，混凝土密实均匀，无明显缺陷。桩底反射清晰；2L/c时刻前无缺陷反射波；波形规则谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/(2L)；谱形规则，主峰突桩身存在轻微缺陷、缩颈等，但对桩身结构承载力和正常使用无显著影响。桩底反射基本可见；2L/c时刻前存在轻微的缺陷反射波小；波形基本规则。谐振峰排列基本等间距，但可能存在轻微的峰分裂或幅值变化；基频Δf略偏离理论值。桩身存在明显缺陷,如明显缩颈、离析、局部夹泥等，对桩身结构承载力桩底反射可能可见,但较弱；2L/c时刻前存在明显的缺陷反射波，缺陷反谐振峰排列不等间距，峰分裂明显；或主频降低显著；谱形出现畸变，可T/YIIEE01—20268和正常使用有显著影响，需与设计单位研究处理方案。射幅值较大；或波形不规则，衰减异能存在多个优势频桩身存在严重缺陷析（泥状）、严重缩颈（呈颈缩状）等，桩身承载力严重受损，需进行工程处理。无桩底反射；或缺陷反射多次反射明显，形成规律的多次反射子波；或初始脉冲后紧跟强烈反相反射，疑似浅部断桩。无法识别规则的等间距谐振峰；频谱曲线杂乱，呈宽频带衰减形式；或仅出现与缺陷位置相关的低频共振峰。注：分类应结合设计条件、施工工艺、地质资料综合判定。对于IV类桩，必要时应用静载试验、高应变法或钻芯法进一步验证评估其竖向抗压承载力。8.2缺陷类型与特征常见桩身缺陷的低应变反射波法响应特征参见附录B，主要类型包括：8.2.1离析、夹泥：混凝土局部不密实，骨料与水泥浆分离，或掺入泥浆。通常表现为阻抗降低,反射子波与入射波反相。波形可能宽缓（渐变离析）或较尖锐（局部夹泥）。频域曲线可能出现谐振峰幅值降低、基频偏移。8.2.2缩颈：桩身横截面积局部减小。阻抗降低，产生反相反射。反射波形尖锐程度与缩颈突变性有关。缩颈下方可能因界面效应产生微弱的同相反射。8.2.3扩颈：桩身横截面积局部增大。阻抗增加，产生同相反射。扩颈下方可能产生微弱的反相反射。8.2.4裂缝、断裂：桩身出现横向裂隙或完全断开。裂缝较窄时，可能产生微弱的反相反射；完全断裂时，将产生强烈的反相反射，且在断裂面处形成新的“桩顶”，应力波在其上下界面多次反射,时域曲线上出现等间隔的反射子波系列，无桩底反射。频域曲线上表现为与“新桩长”对应的谐振峰。8.2.5桩底沉渣过厚：桩底与持力层间存在软弱垫层。桩底反射信号可能变得宽缓、幅值增大，甚至出现与入射波反相的分量（若沉渣极软，近似自由端）。波速计算值可能异常。8.3检测结果评价报告8.3.1每根受检桩