低应变反射波法

6、桩基低应变(反射波法)的基本原理
桩基低应变(反射波法)的基本原理是：当桩基在施加外力作用时，桩周围的土会产生一系列的微小的位移，使桩周围的土体发生破坏，
破坏的过程中既吸收了部分的能量，又向外释放了能量，引起着土质
的应变和形变。

而桩基的低应变反射波测定法则是：数据采集仪将采
集到的大量反射波连续发射到桩基中，发射频率和能量均是正常水平，采集仪会按照预定的时间将反射波捕捉到，反射波通过antenna缓慢
接收到桩基中，经过反射，再次发射出来，进行收集分析，桩基的破
坏程度也可以根据收集到的波型分析得出。

基桩动力检测低应变反射波法第一节反射波法动测技术反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。

一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。

由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =ρcA (2.1)式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N⋅s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。

将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。

在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。

假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。

截面的任何变化都使部分入射波产生反射。

反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。

（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)]σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2)及v T = v1 [2A1 /(A1+A2)]v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3)式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。

由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有σT = σI v T =v IσR= 0 v R = 0 (2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。

若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。

低应变反射波法检测桩头具备条件及信号处理摘要：低应变反射波法是国内外进行桩基完整性检测普遍使用的一种有效方法,它以其机理清晰、测试方法简便、成果较可靠、成本低、便于对桩基工程进行普查等特点而受到工程界的欢迎,可在桩基质量检测中充分发挥作用。

因此,对用低应变反射波法检测桩基结构完整性的研究有深远意义,故促使人们对该方法进行深入的研究。

桩基检测是一项非常重要的工作,其不可预见影响因素非常复杂. 钻孔灌注桩的桩身完整性检测历来是一个比较麻烦的事情。

其原因在于,同预制桩相比,在桩径、横截面形态、桩身混凝土强度、钢筋笼的位置等方面,钻孔灌注桩都有种种不确定性,有时甚至是令人瞠目的不规则。

随即造成用低应变反射波法检测桩身完整性的曲线复杂、多变、信号相互重叠,没有规律,难以辨认和判别。

检测桩的桩头处理、传感器的安装、激振频率的选择情况以及桩周土阻力、信号处理等,都会对检测数据结论产生一定的影响,这就要求检测人员在检测过程中,分析克服外界不利影响因索,寻求最佳检测手段,追求最准确的判断。

关键词：低应变法、桩头具备条件、信号处理；1低应变反射波法的检测原理低应变反射波法，该法以一维波动理论为基础（即）：桩顶实施锤击后，激起桩顶顶点的振动，运动在混凝土桩身中传播而形成应力波，应力波在下行途中，如果遇到阻抗减小（缩径、离析等），即产生上行的拉伸波，该拉伸波上行达到桩顶面时，将导致顶面质点向下的速度增加；反之，如果遇到阻抗增大（扩径等），则产生上行的压缩波，该波运行至桩顶面将导致质点向下的速度减小；这些信息都被安装于桩顶的加速度传感器接收，根据初始激励与桩身阻抗变化处反射达到时刻之间的时间差△t及应力波在桩身混凝土介质中的传播速度C来推求阻抗变压的位置X（X=C△t/2）；根据速度曲线的上下起伏大小来判断桩身的阻抗变化程度。

2桩头应具备的条件(1)桩头应具备的条件桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。

为了避免检测过程中产生虚假的信号，导致影响评判结果的正确性，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等同。

基桩动力检测低应变反射波法第一节反射波法动测技术反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。

一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。

由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =ρcA (2.1)式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N⋅s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。

将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。

在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。

假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。

截面的任何变化都使部分入射波产生反射。

反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。

（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)]σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2)及v T = v1 [2A1 /(A1+A2)]v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3)式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。

由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有σT = σI v T =v IσR= 0 v R = 0 (2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。

若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。

低应变反射波法测桩的局限性分析及桩基质量检测监督要点重庆地区目前大量采用的是挖孔灌注桩基础，而这类基桩大多属嵌岩桩。

当前在对基桩作完整性检测时采用最广泛的是低应变反射波法。

通过对该方法的原理分析和大量的检测实践证明该方法存在较大的局限性，甚至在某些情况下对有些较为严重的桩身质量问题也无法作出准确的判断，为工程留下较严重的质量隐患，存在较大的检测风险和质量监督风险。

一、检测方法简介：低应变反射波法为《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003标准中规定的检测方法，有明确的检测规定。

测桩时用力棒（或手锤）敲击桩面使之产生一沿桩身向下传播的应力波，如桩身完好无缺，质量均匀，形状规则，则应力波将一直传到桩底，并产生桩底反射波。

但当桩身某部位质量或形状有突然变化时（即桩身阻抗发生突变），也就是存在缺陷（断裂、缩颈、夹泥等），则应力波会在该部位立刻发生反射，缺陷越厉害，反射就会越强烈。

反射信号由放置在桩面的检波器接收，然后传入计算机进行分析而得出结论。

桩身完整性判别分为四类，Ⅰ类桩为完整桩，Ⅱ类桩为有轻度缺陷桩，Ⅲ类和Ⅳ类桩有较严重或严重的缺陷。

二、该方法局限性分析1.不能对桩身缺陷作出准确定量的判断由于该方法是通过应力波在缺陷处的反射来判断缺陷的位置和性质，在检测过程中往往是通过反射波的反射强弱来判断缺陷的严重程度，而这种反射的强弱不仅受桩身缺陷的严重程度而且还受其他诸多因素的影响，因此很难作出准确定量的判断，对缺陷的种类也不能具体识别（如缩颈还是夹泥），最终往往根据经验对桩的类别作出判定。

2.该方法对测试深度有限制，对桩深层缺陷不易测出由于受桩周土约束、激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩底反射回桩顶的传播为一能量和幅值逐渐衰减过程。

若桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变幅较大，往往应力波尚未反射回桩顶甚至尚未传到桩底，其能量已完全衰减或提前反射，致使仪器测不到桩底反射信号，而无法评定整根桩的完整性。

低应变反射波法低应变反射波法（Low Strain Reflection Wave Method）是一种用于地下工程检测的非破坏性测试方法。

它通过观测地下土层的反射波特征，可以获取有关土层的物理性质和结构信息，从而评估地下工程的稳定性和安全性。

低应变反射波法利用了地震波在不同介质中传播速度不同的原理。

当地震波传播到不同介质的交界面上时，会发生反射和折射现象。

通过观测反射波的到达时间和振幅变化，可以推断出不同土层的厚度、密度、弹性模量等信息。

低应变反射波法的测试过程相对简单，只需要在地下钻孔中安装一个传感器，通过敲击地表或者通过震源产生地震波，然后观测传感器接收到的反射波信号。

根据反射波信号的特征，可以确定地下土层的性质。

低应变反射波法具有以下优点：1. 非破坏性：低应变反射波法不需要在地下进行开挖或者钻孔，对地下结构没有任何破坏，可以在不影响地下工程施工的情况下进行测试。

2. 快速高效：低应变反射波法测试过程简单快速，只需要几分钟到几小时的时间，可以在工程施工现场实时监测，及时发现问题。

3. 高分辨率：低应变反射波法可以提供较高的测试分辨率，可以检测到较小的地下结构变化，对于评估地下工程的稳定性具有较高的准确性。

4. 适用范围广：低应变反射波法适用于各种土层和地下结构的测试，包括土壤、岩石、混凝土等。

可以用于评估地下管道、桩基、坑道等地下工程的安全性。

低应变反射波法在地下工程中有着广泛的应用。

它可以用于地下管道的安全评估，通过观测反射波信号的变化，可以检测管道的泄漏、破损等问题。

同时，低应变反射波法也可以用于桩基的检测，可以评估桩基的质量和稳定性，及时发现桩身的缺陷和不均匀性。

除了在地下工程中的应用，低应变反射波法还可以用于地质勘探和地下水资源的评估。

通过观测反射波信号的变化，可以推断出地下岩石、土层和地下水的分布情况，为地质工作者提供有关地下地质结构的重要信息。

低应变反射波法是一种有效的地下工程检测方法。

桩基低应变(反射波法)的基本原理桩基低应变反射波法是一种测量地基桩芯的有效方法。

它利用从
桩芯中反射出的声波，通过位移变化率测量桩内的应变，从而得到地
基的竖向变形的信息，是一种地基桩低应变监测的先进技术。

原理是利用声波法原理，在桩顶部内装入（或者放置在桩芯上方）触发器发射声波，声波从桩底反射并传导到接收器。

接收器采集到的
数据被传输到数据处理系统，根据声波时间变化来测量桩芯的应变值，监测桩芯在低应变条件下的变形情况。

如果声波时间变化显示了变化，表明地基桩已经发生了一部分变形，继而延伸至地表变形，当前的位
置的变形对地基桩的位移有重要的意义，是一种有效的桩基低应变监
测方法。

低应变反射波法（Low Strain Reflection Wave Method）是一种用于评估土壤和混凝土结构中缺陷的非破坏性测试方法。

该方法主要适用于评估基础桩的质量和完整性，以及检测土壤和混凝土中的空洞、裂缝、松散区域等缺陷。

低应变反射波法的工作原理是利用传感器或称为振发器在桩身上施加低频振动力或冲击，产生反射波。

通过接收和分析反射波的特征，可以判断桩体或土壤中是否存在缺陷。

一般情况下，反射波会受到缺陷的影响而发生幅度变化或延迟。

在使用低应变反射波法进行缺陷判定时，一般会进行以下步骤：
准备工作：包括确定测试的位置和方法，选择适当的传感器和仪器设备，并进行校准。

施加振动力或冲击：通过振发器或冲击器施加低频振动力或冲击，将能量传递到被测试的桩体或土壤中。

接收反射波：使用接收传感器接收并记录反射波的信号，通常是通过传感器接收和转换反射波的应变信号。

分析反射波：对接收到的反射波信号进行分析和处理，比较反射波的幅度、时间延迟等特征，以确定是否存在缺陷。

缺陷判定：根据分析结果，结合事先设定的判定标准和经验，判断桩体或土壤中的缺陷情况。

需要注意的是，低应变反射波法是一种表面测试方法，其适用范围和判定准确性会受到多种因素的影响，如土壤类型、桩体材料和尺寸、测试设备的性能等。

因此，在实际应用中，应结合其他测试方法和专业工程评估，综合考虑各种因素，以得出准确的缺陷判定结论。

低应变反射波法一、低应变反射波法的基本原理低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。

将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。

桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定:Z=ρCA假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。

①当Z1=Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷。

②当Z1>Z2时，表示在相应位置存在截面缩小或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。

③当Z1<Z2时，表示在相应位置存在扩径，反射波与入射波速度信号相位相反。

当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t和桩身传播速度C来推算缺陷位置Lx: Lx=△t²C/2二、低应变反射波法的几个建议1、桩头直接在素混凝土（浮浆）上进行测试，结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装，无论怎么改变振源，测试信号都不理想，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。

一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止，而且要尽量平整、干净（桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水）；这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。

2、传感器传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。

所有动测均要求如此。

对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

传感器的安装技巧以及耦合剂的选择对加速度计和高阻尼速度计很重要。

低应变检测原理及波形初步判识一、低应变动测原理1、低应变反射波法源于应力波理论,基本原理是在桩顶进行竖向激振，使桩中产生应力波，弹性波沿着桩身向下传播,当桩身存在明显波阻抗界面(如桩底、断裂或离析、夹泥等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩径）部位，将产生反射波,利用特定的仪器设备经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。

通过对反射信息进行分析计算,来判断桩身完整性,判定桩身缺陷的程度及其位置。

2、桩判定标准在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003（以下简称《规范》）中，桩身完整性定义为：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定性指标；桩身缺陷定义为：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桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥（杂物)、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。

注意,桩身完整性不是严格的定量指标，对不同的桩身完整性检测方法，具体的判定特征各异，但为了便于采用，应有一个统—的分类标准。

所以，桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度,统一划分为四类的: Ⅰ类——桩身完整。

Ⅱ类——桩身有轻微缺陷．不会影响桩身结构承载力的发挥。

Ⅲ类--桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。

一般应采用其他方法验证其可用性，或根据具体情况进行设计复核或补强处理。

Ⅳ类——桩身存在严重缺陷，—般应进行补强处理。

二、低应变动力测桩法的分类低应变动力测桩以所采用的激振方式及所观测的振动响应的不同分为两类，即瞬态法和稳态法。

（一)、瞬态法所谓瞬态法就是采用激振方式并观测橇的瞬态振动响应的方法，是对桩顶面施以轴向瞬时冲击力或施以一冲量来激发桩的振动的方式，就是桩在瞬时冲击力或冲量的作用下，桩的振动随时间的变化过程，振动时间的持续时间一般不会超过1S。

根据冲量的大小和可控制程度可分为:1、人工锤击法.这种激振方式是最简单、方便的，但这种人工锤击方式的冲量是随机的和不能较准确控制的，并且也不是完全轴向的，因而在观测振动响应时，重复性有进较差.2、自由落锤冲击法。

B RIDGE&TUNNEL桥梁隧道适用范围低应变反射波法是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法，它集一维弹性波动理论对实测桩顶速度或加速度响应信号的时、频域特征来分析判定被检桩的桩身完整性，其中包括桩身存在的缺陷位置及其影响程度、桩端与持力层的结合状况。

根据一维弹性杆件波动理论，对由桩顶锤击产生的下行压缩波来说，当桩身某处波阻抗发生变化时将产生上行反射波。

从广义讲，在某一桩身截面处波阻抗的降低，则表现为反射波与入射波的相位相同，如夹波、离析、缩径甚至断裂等；反之则表现为相位相反，如扩径等。

因此，仅仅通过反射波的相位特征来判定桩身缺陷的具体类型具有一定的困难。

另外，尽管目前国内外一些研究单位和厂家推出的反射波时域曲线拟合软件，但对桩身及其受地基土的作用难以给出可信度较高的定量分析结果，只能采用近似模拟方法。

因此，本办法在应用中尚需结合岩土工程地质和施工技术资料，通过综合分析来对桩身和桩端存在的缺陷及其类型和影响程度作出定性判定。

由于其桩身反射信号复杂和桩端反射不易识别，依据一维杆件中的弹性波理论，本办法即不能应用于水泥土桩等非刚性材料桩，也不能用于混凝土竹节桩等异型刚性材料桩。

在桩顶受到低能量锤击的作用下，低应变弹性波在桩中传播至桩端，并反射回桩顶被传感器所接受。

人们既可利用时域信号中的桩端反射时间来计算波在桩中的传播速度，也可利用该场地被检桩的平均波速来估算桩的长度。

但由于桩身材料和地基土的阻尼及辐射阻尼效应，波的能量将随着传播距离的增大而衰减，当被检桩超过一定的长度后，不易测得清晰易辩的深部桩身缺陷和桩端反射波，因此本办法检测受到了一定的限制。

另外，桩端反射波的可辩性除受桩的长径比控制外，还与桩侧土的弹性模量或波速的高低密切相关，故新规程未对桩的长径比做具体的定量规定。

对于嵌岩桩，由于桩端嵌入基岩之中，往往存在有桩材料与基岩广义波阻抗相接近的情况，使得在时域曲线上桩端反射不明显或基本无法识别，这时就应结合岩土工程勘察资料和实测时域曲线来判断桩端嵌固情况。

桩基低应变反射波法检测原理
一、基本流程
低应变检测一般首先进行，以了解试验前桩身的完整性。

进行低应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验，操作步骤参考如下：
⑴传感器安装面预处理；
⑵安装传感器；
⑶调整仪器进入接受状态；
⑷检查信号、存储信号；
⑸重复观测确定信号一致性；
⑹改变锤击位置及接受位置，重新观测；
⑺对异常桩重点对待。

每批桩低应变试验结束后及时进行分析。

对有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。

二、低应变检测原理
1、低应变完整性检测是根据应力波在不同波阻抗和不同约束条件下传播特性来判别桩身质量。

2、具体方法是：试验时将传感器紧密粘贴在被测桩头上，在桩身顶部用力棒（或力锤）进行竖向激振，产生应力波；
3、应力波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异界面或桩身截面积发生变化时将产生反射信息，经接收、放大、和滤波后记录在基桩检测仪内；
4、然后用电子计算机对记录数据（反射信息）进行处理，结合施工工艺、地层等综合分析，识别来自桩身不同部位的反射信息，据此反射信息对基桩的施工质量进行判释。