摘要
当前国内铁路快速发展，但近期出现了多次安全事故，对人民的生命财产都造成了重大影响。铁路安全关系到国家的长期稳定发展。列车完整性检测是保障列车安全运行的重要一部分。为了防止列车在行驶过程中发生抛车，可以采用有效的列车完整性检查设备。目前低成本技术要求下，所采用的技术可以不依赖轨道电路。主要介绍列车完整性检测技术，主要包括基于GPS技术的列车完整性检测、基于加速度传感器的列车完整性检测。
关键词：完整性；GPS；加速度传感器；
引言
列车的完整性监测是指列车运行过程中利用设备检测列车的完整性，即检测列车有无脱钩抛车现象，目前国内大多采用列车尾部安全防护装置（列尾装置）来完成。列尾装置由安装在列车尾部的主机和司机室内的控制盒两部分组成，它能实时检测列车尾部风管风压并将风压信息不停的反馈给机车司机控制盒，实现欠压报警，提示司机采取紧急制动等应急措施。主机对主管风压进行检测，当列车发生抛车，风管断开漏风，泄露量超过规定值时，通过无线调度系统机车电台及时向机车乘务员发出警示。
但是，但列尾装置在使用过程中还存在一些问题，如：既有或新增的无线列调，没有列尾装置司机控制盒的预留接口，给安装和使用带来困难；无线列调的使用频率不当，造成枢纽内列尾装置主机与无线列调间相互干扰，影响列车的出发；列尾装置对风压的查询频率不够，有些一分钟甚至几分钟查询一次，这样不能保证完整性检查的实时性；另外无线通信存在盲区，设备受环境影响较大。
1.基于GPS技术的列车完整性检测
1.1 GPS技术简介
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成增强系统的性能，增加系统实现
的灵活性，并降低运营成本。
1.2 GPS技术的原理
GPS导航仪GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，
分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间
距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。
导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修
正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导
航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重
复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航
电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
在WGS-84
图1.1 GPS分布和定位指示
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维
坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，
至少要能接收到4个卫星的信号。
1.3GPS技术在列车完整性检测中的应用
火车在正常行使过程中车头和车尾的距离固定不变。如果发生抛车事故，
车头和车尾的距离增大。GPS检测列车抛车的原理就是在火车的行进过程中检
测列车头尾的GPS位置信息，并计算列车头尾两点的直线距离。当发现计算的直线距离Lt大于火车的原始长度Lo时，即可以判定抛车。
欧洲相关部门于目前采用的列车完整性检查系统即TIMS(Train Integrity Monitoring System)是欧洲列车控制系统(ETCS)中的重要组成。TIMS是ETCS 三级必需的子系统，能够应用在高密度、移动闭塞的线路上。不仅减少路旁设备外，而且缩短平均列车间隔，提高行车效率。
在TIMS的实现方法中，GPS的应用是通过对车头尾定位来检测车长。定位方法大多轨道地图数据库与卫星定位相结合，利用轨道数字地图的数据资源，补充卫星不完备条件下的定位条件缺失问题。例如在基于轨道地图数据库的双星定位模型中，数字地图提供的区间轨道信息可视为一系列坐标点信息，轨道段可根据要求划分，每一个小段可视为空间直线段，利用一定的坐标转换方法，可以将其转换至WGS一84坐标，再应用双星定位算法定位结算。这种方法计算精确，但是需要编辑数据库，前期准备，测量工作繁重。
目前来看，GPS技术在列车完整性检测以及列车运行检测等的应用中的主要问题是无法有效突破GPS的四星模式，即在环境等客观因素的制约下，接受设备无法接收到四颗以上卫星信号的情况下，无法使用GPS技术。为此有人做了相关研究，基本前提都是在接收设备接收到三颗卫星信号，再利用多普勒效应、虚拟卫星等方法来增加附加约束方程。但其实都没有突破四星定位模型的限制。
2.其他列车完整性检测方案
2.1 加速度传感器检测技术
对火车的运动规律和列车抛车特点进行分析，可以得到如下结论:
（1）列车在减速过程中不可能发生抛车;
（2）列车在匀速和加速行使时会发生抛车。
在匀速行驶和加速度行驶过程中，火车任何部分的加速度不小于0，车尾
也是如此。如果列尾发生抛车，列尾由于收到阻力的影响，加速度出现负值。通过车头和车尾的加速度比对可以确定是否发生抛车。加速度是力的体现，若要检测加速度必须对火车的受力进行分析。火车由于不是刚性连接，受力影响因素很多，火车受力分析非常复杂。在对列车运行有直接影响的力主要有以下三种力:1机车牵引力F;2列车制动力B;3列车运行阻力w。机车牵引力由发动
机提供，力的大小由司机控制，方向与运动方向相同。列车制动力由闸瓦装置
提供，力的大小由司机提供，方向与运动方向相反。列车阻力最为复杂，它的大小和方向受外部条件影响很大，根据不同情况不同对待。在列车抛车检测过程中，对火车阻力的研究是火车受力分析的关键所在。
在车尾和车头分别安装加速度传感器，然后把车尾加速度传感器的数据通过“车载综合电台”发送到车头的列车运行信息检测平台，和车头加速度传感器的数据进行对比，就可得到列车的完整性信息。但这种方法对“车载综合电台”的依赖性较高，一旦“车载综合电台”出现问题，其可靠性就难以保障。
2.2 有线呼叫应答法和无线呼叫应答法
为列车中机车、车辆设置唯一的ID标识，并把它们顺序电气连接起来；在软件中，从车头开始将每一个ID标识按照其实际排列顺序串联起来，再首尾相连形成循环队列；运行过程中列车按照车头至车尾的顺序对机车、车辆循环呼叫，应答后，与循环队列中的ID标识进行比较，同时对其前、后ID标识进行比较，若发现不符或顺序错误，则重复上次呼叫，三次后仍不相符，则可以确认列车失去完整性。
这种方法基于电气连接技术，依赖于电路的完整性和有效性。从理论上讲，有线呼叫、应答法只需保证电路连接方面的科学性和合理性即可。然而，从实际操作层面上看，大量的电气连接不仅限制了列车编组、重装的灵活性，而且大大加重了各列车中转站的工作量，增加了调度难度，并且对人工拆装的要求进一步提高，费时费力，不具有经济可行性，也不利于我国铁道运输控制系统的自动化。在我国铁路高速发展的今天，基于幅员辽阔，铁路运输网发达的现实条件，如何有效优化资源配置，使得投入最小化，效益最大化显得尤为重要。因此，在列车中实施大规模的电气连接符合实际运作和当今社会发展所提倡的低能高效原则。
与有线呼叫应答法不同的是它取消了电气连接，由于采取无线通信方式，可能会出现机车、车辆物理连接顺序与循环队列的逻辑连接顺序有所不同的情形，甚至会出现没有物理连接关系的机车、车辆与循环队列的逻辑连接顺序相同的情况，因此，在无线呼叫应答方法中，机车、车辆必须在同一列列车中，即满足同列条件，才可以进行完整性检查的呼叫应答。
无线呼叫应答法适用于铁路列车解体、编组等作业后形成新列车的情形，减少了解体、编组等作业过程中机车、车辆电气连接这一作业环节，是相对于育线连接方式来说较为科学、可行的方式。在目前通信领域日新月异，技术发展高速前行的情况下，无线呼叫应答法将得到更多的技术支持和有效、先进的方法指导。
3.结论
以上三种列车完整性检查的方案都符合移动闭塞系统不设轨道电路和地面信号机的特点，但是各有利弊。从我国特有的国情、路情出发，基于进一步对上述预案进行安全性、经济性的充分对比论证，从而确定不同方案在城轨、铁路的适用条件和适用范围。GPS检测技术由于四星模式的瓶颈、在地形较为复杂的山区难以接受到有效信息因此难以普及；加速度传感器的方法受制于车尾信息向车头传送的可靠性；呼叫应答法则对车辆解体后再编组提出了更高的要去，其可靠性也得依赖信息传输。综合在以上三种预案中，GPS检测技术的应用前景是最好的。一方面GPS不但可以检测列车完整性，还可以应用于列车定位监测系统中；另一方面，虽然当前在全球定位系统上我们得依赖国外技术，但不久后我国自行研制的北斗定位系统将全面运行，这无疑将进一步降低定位系统在列车完整性检测应用的成本和精度。但是，卫星信号不可能覆盖全部地形情况，所以可以采用加速度传感器法辅助检测，进一步提高完整性检测的可靠性，提高列车运行的安全性。
Monitoring and Controlling Technology of Train’s Integrality
Abstract
With the rapid development of current domestic railway system, the accidents about railway safety were happened frequently, these have greatly negative influence on the lives and property of the people.Railway safety is related to the country's long-term stable development. Train integrity monitoring is to ensure the safe operation of the important part of the train. to prevent the tail-escaping in the course of driving from happening, it can be used effectively in train integrity checking equipments.Currently low cost technical requirements, the technology can do not depend on the track circuit. This article mainly introduces the train integrity monitor technology, including GPS technology based on the train integrity monitoring, acceleration sensor based on the train integrity monitoring.
Key words：Integrity；GPS；Acceleration sensor.
低应变反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式,实测桩顶加速度或速度响应时域曲线。籍一维波动理论分析来判定基桩得桩身完整性,这种方法称之为反射波法(或瞬态时域分析法)。 传感器得安装方法: 实心桩得激振点位置应选择在桩中心,测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3 半径处; 空心桩得激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连 线形成得夹角宜为90 度,激振点与测量传感器安装位置宜为桩壁厚得1/2 处。
传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部,再把传感器放入桩顶部,松手后传感器不会移动与侧斜为佳。传感器安装地点,一点要平整。不然会影响采集效果,藕合可以用牙膏,黄油,口香糖,但不可用泥巴。 敲击: 敲击以力棒自由落体来敲击桩头,力棒落到桩头反弹后,立马抓住力棒。落距为5cm—15cm 为佳。视桩得长度而定,桩稍长可稍加大落距。长桩用得锤头最好为橡胶头,短桩用铝合金头。 波形分析完整桩:入射波与反 射波同相
也有桩底反射与初始入射波先反相再同相得扩底桩 下图为,某小区得住宅楼,长7、2 米人工挖孔桩,设计砼强度为C25。V=3675,经检测桩底反射明显,底部扩底属完整桩 缩径桩:在时程曲线上反映比较规则,缩径部位与缺陷呈先同相再反相,或仅现其同相反射信号,视严重程度,可能有多次反射,此类缺陷 桩一般可见桩底信号
离析:由于离析部位得混凝土松散,对应力波能量吸收较大,形成缺 陷波不规则,后续信号杂乱,而且频率较低,波速偏小,通常很难瞧到 桩底反射。 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同 时反射,反射幅值较高,衰减较慢,中部断裂反映为多次同相反射, 缺 陷得反射波幅值较低,而深部断裂波形反映下,类就是摩擦桩桩底反射,但算得得波速明显高于正常桩得波速。
桩身完整性的评价方法讨论 摘要：本文根据桩身完整性检测目前桩基工程验收的一项必备资料，主要表现在桩类划分依据，桩类名称方面。 关键词：桩的波速；桩身质量；测试对比 1前言 桩身完整性检测目前已作为桩基工程验收的一项必备资料，甚至作为主要验收资料来验收。但在检测报告中对桩的评价方面，其方法、标准及名称不一，致使有关各方对检测结果的理解不同，从而导致存在质量事故的隐患及桩基工程验收工作的混乱。其主要表现在桩类划分依据、桩类名称等方面： 1．1桩类划分依据方面 根据评价的依据不同，即在评价依据上，目前应力波反射法的评价方法可主要大致分为缺陷类、波速类、强度类，如波速类评价方法是以所测的整桩波速作为桩的评价分类标准，根据波速的大小对桩进行评价分类，其比较有代表的分类标准为：>4120m/s优质；4120-3300m/s；3300-2750m/s可疑；1900-m/s较差；<1920m/s很差。 1．2桩类名称方面 在桩类别的划分上，表现为分类的级别数不同、桩类名称众多，如有的分为“优质（优良/很好/完整）、良好（较好）、合格（一般/尚可/轻微缺陷）、较差（可疑/局部缺陷）、不合格（很差/报废/严重缺陷）”等五类，甚至有的仅分为“合格、不合格”两类。 2问题讨论 2．1应力波反射法的检测对象和内容 由动测法检测桩的完整性的基本原理和做法看出，应力波反射法检测的对象仅仅是桩基础组成之一——桩（或基桩）而不是整个桩基础，因此，应力波反射法仅能对所检测的对象即基桩进行评价而不能评价整个桩基工程，利用应力波反射法检测“XX桩基工程”或将整个桩基工程质量评为“优良”或“不合格”，这是基本概念的混淆和错误。根据应力波反射法的基本原理，应力波反射法所能检测的内容仅仅是桩身阻抗相对变化情况，其检测结果也就仅能对桩的桩身阻抗变化情况进行评价，用应力波反射法涌测试的内容如桩的承载力等来对桩进行评价显然是与其基本原理相违背的。另外，工程桩的验收包括诸多方面，如对于钻孔灌注桩而言，就包括成孔尺寸、原材料检验、混弹簧土试块强度、钢筋笼尺寸、桩的位置、桩垂直度等方面当然桩身完整性及桩的承载力也包括在内，单对某一
复合地基荷载试验要点 1、复合地基荷载试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参 数。复合地基荷载试承压板应具有足够风度。单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形。 面积为一根桩承担的处理面积：多桩复合地基荷载试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。桩的中心（或形心）应与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合。 2、试验加载等级可分为8～12级。最大加载压力不应小于设计要求压力值2倍，每加一级 荷载前后均应各读记承压板沉降量一次，以后每半个小时读记一次。当一小时内沉降量小于0.1mm，即可加下一级荷载。 3、当出现下列现象之一可终止试验。 ①沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起； ②承压板的累计沉降量已不于其宽度或直径的6%； ③当达不到极限荷载，而最大加载压力已不子设计要求压力值的2倍。 4、复合地基承载力特征的确定： ①当压力一沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半； ②当压力一沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定，按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。 5、试验点数不少于3点。 工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。 基桩检测方法应根据检测目的按表选择。 检测方法及检测目的
桩身完整性宜采用两种或两种以上的检测方法进行检测。 基桩检测除应在施工前和施工后进行外，尚应采取符合本规范规定的检测方法或专业验收规范规定的其他检测方法，进行桩基施工过程中的检测，加强施工过程质量控制。 检测工作程序 检测工作的程序，应按图进行： 接受委托 调查、资料收集阶段宜包括下列内容： 1收集被检测工程的岩土工程勘察资料、桩基设计图纸、施工记录；了解施工工艺和施工中出现的异常情况。 2进一步明确委托方的具体要求。 3检测项目现场实施的可行性。 应根据调查结果和确定的检测目的，选择检测方法，制定检测方案。检测方案宜包含以下内容：工程概况，检测方法及其依据的标准，抽样方案，所需的机械或人工配合，试验周检测前应对仪器设备检查调试。 检测用计量器具必须在计量检定周期的有效期内。 检测开始时间应符合下列规定： 1当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。 2当采用钻芯法检测时，受检桩的混凝土龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度。 3承载力检测前的休止时间除应符合第2款规定外，尚不应少于表规定的时间。 休止时间
桩身完整性检测技术规定（内部） 一、编制的主要依据 1、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002） 2、《建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2006） 3、《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003、J256-2003） 4、《建筑桩基技术规范》（JGJ106-94） 二、一般情况下的检测数量及方法（D表示桩径） （一）柱下单桩 检测数量：全数检测 检测方法： 1、大直径灌注桩 （1）当800mm
检测数量：每个承台下的抽检桩数不得少于一根。 检测方法：按（一）条检测方法执行。 （三）墙（承台梁）下多桩 检测数量： 1、地基基础设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质 量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不少于总桩数的30%（不得少于20根）。 2、其他桩基工程抽检数量不少于总桩数的20%（不得少 于10根）。 3、地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工 挖桩，抽检数量不少于总桩数的10%（不少于10根）。检测方法：按（一）条检测方法执行。 三、当发现检测数据异常时，不得随意进行处理，应查 找原因，重新组织检测，必要时还可根据实际情况采 用其它适宜的方法进行验证检测。 四、当工程出现特殊情况时，桩身完整性检测方案应专 题研究后进行编制，按程序审批通过后方可实施。 重庆市万州区建设工程质量监督站 二00七年七月十九日
工程桩身完整性检测方案 审核： 编写: 北京铁五院工程试验检测有限公司 2008年3月11日
一、项目概况 工程名称： 工程位置: 委托单位： 设计单位: 施工单位: 拟建建筑物主要数据和特点见下表： 拟建建筑物概况一览表 楼号 地上层 数 地下层数 结构 类型 基础 型式 ±0.00 标高（m） 基底 相对 标高 （m） 复合地基 承载力 标准 （kPa） 备注拟建建筑物基底持力层主要为层，其承载力特征值 为 kPa，地基土不能满足建筑物上部结构荷载及变形的要求，需要进行加固处理。设计采用对地基加固处理。地基处理设计参数如下： 楼号 复合 地基承 载力 （kPa） 桩径 （cm） 有效 桩长 (m) 单 桩承 载力 （kN） 置换率 桩间距 (正方形 布桩) (m) 桩数 （根） 混凝土 强度 备 注 二、检测目的 对基桩的桩身完整性进行检测和评价。 三、检测依据
《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002) 《基桩低应变动力检测规程》(JGJ106-2003) 四、检测方案 根据上述检测工作目的，特制定具体检测方案如下: 采用低应变检测法中的反射波法来检测和评价抽检基桩桩身的完整性。根据国家标准(规程)的规定,本次检测的基桩数量为根（占总桩数的）。如果检测结果中III、IV类桩数超过检测数的20%，应加倍检测；加倍检测后，III、IV类桩数仍超过检测数的20%，则应对全部基桩进行检测。 五、基桩桩身完整性低应变检测 本次基桩桩身完整性检测使用反射波法。全部检测桩桩位现场随机选定。检测目的是通过低应变动测,以测试所完工基桩的桩身完整性。 本次试验拟采用FDP204PDA型基桩动测仪。 1、检测方法及原理 反射波法的基本检测原理(见下图)是在基桩顶部进行竖向击振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。基桩动测仪对反射波进行接收、放大、滤波及数据处理后，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身的完整性。
低应变法检测桩身完整性
低应变反射波法 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，实测桩顶加速度或速度响应时域曲參。籍一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法称之为反射波法（或瞬态时域分析法）。 传感器的安装方法： 实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心 2/3半径处； 空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连 线形成的夹角宜为90度，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。
桩 传感器位迓
传感器藕合: 把藕合剂抹在传感器底部，再把传感器放入桩顶部，松手后传感器不会移动和侧斜为佳。传感器安装地点，一点要平整。不然会影响采集效果，藕合可以用牙膏，黄油，口香糖，但不可用泥巴。 敲击： 敲击以力棒自由落体来敲击桩头，力棒落到桩头反弹后，立马抓住力棒。落距为5cm—5cm为佳。视桩的长度而定，桩稍长可稍加大落距。长桩用的锤头最好为橡胶头，短桩用铝合金头。 波形分析完整桩:入射波与反 射波同相
也有桩底反射和初始入射波先反相再同相的扩底桩 下图为，某小区的住宅楼，长7.2米人工挖孔桩，设计砼强度为C25 V=3675,经检测桩底反射明显，底部扩底属完整桩 缩径桩：在时程曲线上反映比较规则，缩径部位和缺陷呈先同相再反相，或仅现其同相反射信号，视严重程度，可能有多次反射，此类缺陷桩一般可见桩底信号
离析：由于离析部位的混凝土松散，对应力波能量吸收较大，形成缺陷波不规则，后续信号杂乱，而且频率较低，波速偏小，通常很难看到桩底反射。 WI 断桩:测试曲线呈等距多次同相反射。上部断裂往往趾呈高频多次同时反射，反射幅值较高，衰减较慢，中部断裂反映为多次同相反射，缺陷的反射波幅值较低，而深部断裂波形反映下，类是摩擦桩桩底反射，但算得的波速明显高于正常桩的波速。
基桩检测规范桩身完整性检测标准及判定方法 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
声波透射法检测标准及判定方法 试验执行中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 桩身的完整性类别应结合桩身缺陷处声测线的声学特征、缺陷的空间分布范围，按照下列两表所列特征进行综合判定。 桩身完整性分类表表1 桩身完整性判定表2
低应变 检测标准和判定方法 试验执行《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93-95和《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014。 桩身完整性类别的划分原则及其对应的技术特征见表3。 桩身完整性分类表表3 桩身完整性判定表4
注：对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。 钻芯法 检测标准和判定方法 桩身完整性判定按行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）和《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03-2007的要求进行。 混凝土芯样试件的抗压强度试验按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081—2002的有关规定执行。芯样抗压强度代表值应按一组三块试件强度值的平均值确定。 桩身完整性类别的划分原则及其对应的技术特征见表5和表6。 桩身完整性类别的划分原则表5
桩身完整性类别的技术特征（外观及强度） 多于三个钻芯孔的基桩桩身完整性可类比表6的三孔特征进行判定。 表6 桩身完整性判定
1桩基完整性（低应变试验） 一般规定： （1）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。 （2）对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。 （3）受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa。 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。 检测方法及工艺要求 （1）检测前的准备工作 a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。 b施工单位填写报检表，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。 c施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。 d检测前，施工单位做好以下准备工作： ①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。 ②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。 ③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。 ④桩顶表面平整干净且无积水。 ⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm的平面，打磨面应平顺光洁密实图2 不同桩径对应打磨点 数及位置示意图 图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图 ⑥当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。因此，测试前 应将桩头侧面与断层断开。 ⑦准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。 ⑧在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。 e搜集受检桩的相关技术资料，包括工程概况、基桩的设计参数、场地的工程地质资料以及施工记录情况； f安装传感器。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，传感器的安装须通过黄油、凡士林或橡皮泥等 藕合剂与桩面紧密粘接，并与桩顶面垂直； g根据现场情况选择合适的激振设备、传感器，检查系统各部分之间是否连接良好，确认系统处于正常工 作状态。
低应变法 8.1 适用范围 8.1.1 本方法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。 8.1.2 本方法的有效检测桩长范围应通过现场试验确定。 8.2 仪器设备 8.2.1 检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T 3055 的有关规定，且应具有信号显示、储存和处理分析功能。 8.2.2 瞬态激振设备应包括能激发宽脉冲和窄脉冲的力锤和锤垫；力锤可装有力传感器；稳态激振设备应包括激振力可调、扫频范围为10～2000Hz 的电磁式稳态激振器。 8.3 现场检测 8.3.1 受检桩应符合下列规定： 1 桩身强度应符合本规范第3.2.6 条第1 款的规定。 2 桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。 3 桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。 8.3.2 测试参数设定应符合下列规定： 1 时域信号记录的时间段长度应在2L/c 时刻后延续不少于5ms ；幅频信号分析的 频率范围上限不应小于2000Hz 。 2 设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。 3 桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。 4 采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024 点。 5 传感器的设定值应按计量检定结果设定。 8.3.3 测量传感器安装和激振操作应符合下列规定： 1 传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。 2 实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/ 3 半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90 °，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2 处。 3 激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。
一种新型基桩完整性检测方法 —— —管波法的应用介绍郑建民１李学文２ （１．佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心，佛山５２８３００； ２．广东省地质物探工程勘察院，广州５１０８００） 摘要：本文介绍一种新型的基桩完整性检测方法－管波法，该方法利用管桩中心孔或灌注桩钻芯孔作为测试孔，在孔内注入清水，激发并接收管波，可较全面准确地对管桩和混凝土灌注桩的缺陷类型、严重程度，桩身完整性作出评判，较好地克服了传统桩身完整性检测方法的缺点。关键词：管波法；管桩；混凝土灌注桩；桩身完整性；检测中图分类号：ＴＵ７１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－２１３３（２０１７）０４－５３－０６ A new method for testing integrity of foundation pile -Application of tube wave testing method ZHENG Jian-min 1 LI Xue-wen 2 （1.Foshan Shunde construction quality testing center ，Foshan 528300,China ； 2.Guangdong Province geological and geophysical engineering exploration institute ，Guangzhou 510800,China ） Abstract:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｐｉｌｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｔｅｓｔｉｎｇ－ｔｕｂｅｗａｖｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ。Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｕｓｅｓｔｈｅｃｏｒｅｈｏｌｅｏｆｔｈｅｐｉｐｅｐｉｌｅｏｒｔｈｅｃｏｒｅｄｒｉｌｌｉｎｇｈｏｌｅｉｎｔｈｅｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｐｉｌｅａｓｔｈｅｔｅｓｔｈｏｌｅ，ｆｉｌｌｃｌｅａｎｗａｔｅｒｉｎｔｏｔｈｅｈｏｌｅ，ｍｏｔｉｖａｔｅａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｔｕｂｅｗａｖｅ，Ｉｔｃａｎｂｅｍｏｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｔｏｊｕｄｇｅｔｈｅｔｙｐｅｓ，ｔｈｅｓｅｖｅｒｉｔｙａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｔｈｅｐｉｐｅｐｉｌｅａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｐｉｌｅ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｏｖｅｒｃｏｍｅｓｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｉｌｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ． Keywords:Tube wave testing method ；Pipe pile ；Concrete cast-in-situ pile ；Pile integrity Test １引言 目前，列入行业标准《建筑基桩检测技术规范》ＪＧＪ１０６－２０１４、广东省标准《建筑地基基础检测规范》ＤＢＪ－１５－６０－２００８的基桩完整性检测方法共有４种，分别为：低应变法、高应变法、声波透射法和钻芯法，而声波透射法和钻芯法只适用于混凝土灌注桩的完整性检测。上述检测方法各有优缺点，（１）低应变法的优点是：检测方便、快捷、费用低，适用于基桩完整性的普查，缺点是：对于长径比过大的桩、桩周土摩阻力大的桩、存在多个 缺陷的桩、桩身截面阻抗连续变化的桩等，特别是 预应力管桩，难以检测到桩底反射波，因而对整桩的完整性无法作出全面的评判；（２）高应变法的优点是：锤击能量大，同时实测力和速度时程曲线，可以较好地评判桩身完整性，缺点是：检测效率低、费用高，不适合作普查使用；（３）声波透射法的优点是：可以较准确地评判两声测管间桩身的完整性，缺点是：需事先埋管，难以检测桩底沉渣厚度，声测线无法覆盖整个桩身截面，导致检测存在盲区；（４）钻芯法的优点是：直观，可检测桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度、判别桩端持力层岩土性状，缺点是：一孔之见，以偏概全， 作者简介：郑建民（１９６６－）男，本科，高级工程师。现主要从事建筑工程桩基检测方面的工作。 建筑监督检测与造价 ＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＴｅｓｔａｎｄＣｏｓｔｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 第１０卷第４期２０１７年７月53
超声波法检测桩身完整性 1、适用范围 本方法适用于直径不小于800mm的混凝土灌注桩的完整性检测～它包括跨孔透射法和单孔折射法。 2、检测仪器与设备 信号放大器、数据采集及处理存储器、径向振动换能器等。 3、现场检测技术 3.1检测前的准备应符合下列规定: ,1,被检桩的混凝土龄期应大于14d ,2,声测管内应灌满清水～且保证通畅。 ,3,标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t。 0 ,4,准确量测声测管的内径、外径和两相邻声测管外壁间的距离～量测精度为?1mm。 ,5,取芯孔的垂直度误差不应大于0.5%～检测前应进行孔内清洗。 ,6,声测管的布置以路线前进方向为起始点～按顺时针旋转方向进行编号和分组～每两根编为一组。 3.2检测方法应符合下列要求: ,1,测点间距不宜大于250mm。发射与接收换能器应以相同标高同步升降～其累计相 对高差不应大于20mm～并随时校正。 ,2,在对同一根桩的检测过程中～声波发射电压应保持不变。 ,3,对于声时值和波幅值出现异常的部位～应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等
方法进行细测～结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。 5、检测数据分析与判定 5.1声时修正值按下式计算: = 式中——声时修正值,μs,～,t为声波在混凝土中的传播时间～简称声时,, D ——声测管外径,mm, ——声测管内径,mm, ——换能器外径,mm, ——声测管壁厚度方向声速值,km/s, ——水的声速值,km/s, 5.2声时值按下式计算: t=t-t- i0 式中 t——声时值,μs, t——超声波第i测点声时值,μs, i t——声波检测系统延迟时间,μs, 0 ——声时修正值,μs, 6、桩身完整性类别判定: ?类桩:各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值～波形正常。 ?类桩: 某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值～但波形基本正常。 ?类桩:某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值～PSD 值变大～波形畸变。 ?类桩:某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值～ PSD值突变～波形严重畸变。
1 桩基完整性（低应变试验） 1.1一般规定： （1）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。 （2）对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。 （3）受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa 。 1.2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。 1.3检测方法及工艺要求 （1）检测前的准备工作 a 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。 b 施工单位填写报检表，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。 c 施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。 d 检测前，施工单位做好以下准备工作： ①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。 ②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。 ③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。 ④桩顶表面平整干净且无积水。 ⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm 的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm 的平面，打磨面应平顺光洁密实图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图 0.8m 桩基超声波透射法完整性检测 引言 近几十年,我国工程建设蓬勃发展,桩基础在高层建筑、大型厂房、桥梁码头、海上钻井平台及核电站等重要工程中被广泛应用。由于桩基属于地下隐蔽工程,桩基施工过程中受到所处地质条件、施工技术工艺等多种因素的影响，成桩难免存在各种不足,影响成桩的质量和使用效果，比如缩径、扩径、离析、蜂窝、混凝土强度偏低或夹泥,甚至断桩等不利缺陷。如何快速、准确的评价桩身质量,是桩基检测工程一直所关注的话题。桩基无损检测方法有低应变反射波法和超声波透射法，其中低应变反射波法因其操作简单、经济合理,能较准确地发现缺陷被广泛采用。但是该方法受到桩长桩径的限制,并且不能检测出桩基顶部缺陷和多个缺陷,而超声波透射检测方法作为无损检测方法中重要的一种方法，且超声波透射法能较好地反映桩身的完整性,完全可以满足检测要求和工程需要。 技术原理 超声波透射法是通过对声测管之间混凝土的缺陷情况的检测来进行桩身完整性评价。其基本原理：在混凝土桩基内事先预埋检测管作为超声波的检测通道，并在检测管内灌注足量的清水作为试验检测的耦合剂，然后将超声波检测设备的超声波发射探头与接收探头置于声测管的两侧，通过发射探头不断发射超声脉冲波,超声波脉冲经过混凝土桩基，由接收探头接收,仪器记录了超声脉冲在混凝土桩基传播过程中的波动情况，如混凝土桩基中存在连续性差或破损等缺陷，这些缺陷面就会成为波阻抗界面而产生透射和反射现象,导致超声波脉冲能量衰减情况严重,而出现蜂窝、孔洞、松散等严重缺陷时就会出现散射和绕射现象。通过研究分析波的初至到达时间即能量衰减特征、频谱变化和波形等特征,进而可以分析评价混凝土桩基的施工质量及其缺陷所在的位置,并对桩基混凝土的强度和均匀性做出评价。利用超声波透射法进行桩基检测的原理如图1所示。 图1 超声波透射法桩基检测原理图桩基超声波透射法完整性检测
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