(完整word)低应变原理

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。

低应变完整性检测和声波透射完整性检测的⼯作原理及⽅法浅析低应变完整眭检测和声波透射完整性检测的⼯作原理及⽅法浅析杨晓伟(天津市铁路集团⼯程有限公司，天津市300060)⼯程技术l}l氧要】钻孔灌注桩的低应变完垫}⽣检测和声波透射完垫}⽣检测是近牟来市政、公路⼯程中桥粱桩a I硷测的常⽤⽅法。

下⾯，我就两种检测⽅法的⼯作⽅法及原理。

做⼀个简单的描述。

饫篑枣词低应变完垫建检测；声波透射完垫胜检测1低应变完整性检测1．1检测原理由于桩长L远⼤于桩径D，可将嵌⼊⼟中的桩视作阻尼介质中上端⾃由、下端弹性固结的弹性仟件。

若在桩顶施加激励，就会产⽣沿桩⾝向下传播的弹性波。

弹性波在传播过程中遇到波阻抗变化界⾯(桩底或断裂、夹泥、扩径等桩间变化界⾯)时，将产⽣反射波。

反射波被置于桩项的传感器接收，并被数据采集记录系统采集记录下来。

通过分析反射波的特征，可得有关桩⾝完整性的信息。

设桩底反射波出现时间为T，则在已知桩长L的情况下可求得桩⾝的弹性波速为V=2×L⼚『：若缺陷反射出现时间为T1，则可由下式求得缺陷部位⾄桩顶的距离L1=T1X V／2，缺陷的性质则根据反射波的极性、波幅持征、场地⼟层变化情况及施⼯记录综合判定。

聊场榆测仪器设备配置不意图1．2检测⽅法1)检测前对仪器设备进⾏检查，性能正常⽅能使⽤。

2)清除被测桩桩头的泥浆，使被测桩表⾯湔吉。

3)基桩检测时进⾏激振⽅式和接受条件的选择试验，确定最佳激振⽅式和接受条件。

4)激振点宜选择在桩头中，0都位，传感器安装时，⾸先在离中⼼2／3R(R为桩半径)的对称位置和中⼼磨出三个平⾯，以稳固安装传感器。

传感器在桩顶所粘贴的混凝⼟⾯必须能够代表混疑⼟的强度，对于有疑义的桩可安置两个或多个传感器。

5)当随机⼲扰较⼤时，采⽤信号增强⽅式，进⾏多次重复激振与接受。

6)提⾼检测的分辨率，使⽤⼩能量激振，并使⽤⾼截⽌频率的传感器和放⼤器。

7)判别桩⾝浅部缺陷，同时采⽤横向激振和⽔平速度传感器接收，进⾏辅助判定。

低应变法低应变动力试桩法主要用于桩的完整性检测，根据激振方式的不同，又可分为反射波法（小锤敲击法）、机械阻抗法、水电效应法和共振法等数种。

目前研究和应用的比较多的低应变动测方法主要是反射波法。

现场测试示意图本方法对桩身缺陷程度只作定性判断。

对于桩身不同类型的缺陷，反射波测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。

●基本原理：反射波法是建立在一维波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，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，波阻抗将发生变化，产生反射波，通过安装在桩顶的传感器接收反射信号，对接收的反射信号进行放大、滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息。

利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置。

●适用范围1、低应变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。

只能定性判定，不能定量2、低应变法是通过一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性，这种方法也称之为反射波法（或瞬态时域分析法）3、低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型，因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比不宜小于10，设计桩身横截面宜基本规则。

另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对于薄壁钢管桩、大直径现浇薄壁混凝土管桩和类似于H型钢桩的异型桩，若激励响应在桩顶面接收时，低应变方法不适用。

低应变能识别的缺陷类型仪器要求：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/T3055的有关规定。

具有连续采集、快速自动存贮、显示实测信号和处理分析信号的功能《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106）对仪器设备的要求如下：（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/T3055的有关规定；（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；稳态激振设备应为电磁式稳态激振器，其激振力可调，扫频范围为10Hz～2000Hz。

传感器经安装后，一般存在谐振，精确测量幅值时，其测试范围往往取至安装谐振频率的1/3乃至1/5以下。

以加速度计为例，如其安装谐振频率为14kh，则频率上限只能达到3-4kh。

由于桩基动测对幅值的定量要求不高，可以放宽限度，但也绝不能使谐振频率接近甚至位于要求的频率范围内。

然而，地震检波器的使用者却不同程度地犯了这个错误，以28hz和38hz的速度检波器为例，研究表明，当锥形杆被手按于混凝土表面，且用铁锤激发时，谐振频率在830hz左右；通过钻孔方式将锥形杆紧紧地全部插入孔中或取下锥形杆用石膏粘固在混凝土表面时，如用铁锤敲击，谐振频率多在1200hz以上，此时如用尼龙锤或铁锤垫橡皮等低频锤敲击则可完全排除安装谐振频率的影响。

显而易见，正确安装方式应以后者为宜。

理论推导表明，传感器的安装谐振频率与传感器的安装刚度和传感器底座质量有关。

一般可以减化理解为：安装刚度越高，基座质量越小，安装谐振频率就越高，而安装刚度与安装的松紧程度、传递杆（锥形杆）长短有关。

正因如此，一般要求取消锥形杆（或全部埋入被测连续介质中），也要求传感器基座越轻越好。

对于位移型惯性传感器而言（如速度计），安装谐振频率有f1，f2两个，f1比传感器的自然谐振频率还低，在40Hz以内，一般对测试没有影响；f2即是所讲安装谐振，处理较好时应在1200Hz以上。

加速度型惯性传感器也有两个安装谐振频率，但均位于高频段，引起我们关注的是第一谐振频率，处理较好时在大几千赫兹至几万赫兹变化，但是，如用弹性较好的橡皮泥安装将只有1-2kHz。

在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。

其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。

同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。

低应变解释低应变解释8 低应变法8.1 适用范围8.1.1 目前国内外普遍采用瞬态冲击方式，通过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）。

据建设部所发工程桩动测单位资质证书的数量统计，绝大多数的单位采用上述方法，所用动测仪器一般都具有傅立叶变换功能，可通过速度幅频曲线辅助分析判定桩身完整性，即所谓瞬态频域分析法；也有些动测仪器还具备实测锤击力并对其进行傅立叶变换的功能，进而得到导纳曲线，这称之为瞬态机械阻抗法。

当然，采用稳态激振方式直接测得导纳曲线，则称之为稳态机械阻抗法。

无论瞬态激振的时域分析还是瞬态或稳态激振的频域分析，只是习惯上从波动理论或振动理论两个不同角度去分析，数学上忽略截断和泄漏误差时，时域信号和频域信号可通过傅立叶变换建立对应关系。

所以，当桩的边界和初始条件相同时，时域和频域分析结果应殊途同归。

综上所述，考虑到目前国内外使用方法的普遍程度和可操作性，本规范将上述方法合并编写并统称为低应变（动测）法。

低应变法的理论基础以一维线弹性杆件模型为依据。

因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面宜基本规则。

另外，一维理论要求应力波在桩身中传播时平截面假设成立，所以，对薄壁钢管桩和类似于H 型钢桩的异型桩，本方法不适用。

本方法对桩身缺陷程度只做定性判定，尽管利用实测曲线拟合法分析能给出定量的结果，但由于桩的尺寸效应、测试系统的幅频相频响应，高频波的弥散、滤波等造成的实测波形畸变，以及桩侧土阻尼、土阻力和桩身阻尼的耦合影响，曲线拟合法还不能达到精确定量的程度。

第40 页对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。

例如，混凝土灌注桩出现的缩颈与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。

因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。

低应变法1. 介绍低应变法（Low Strain Method）是一种非破坏性地测定混凝土桩或地基桩中声波速度以及从而评估其质量和完整性的方法。

通过分析声波在材料中的传播速度和特征，可以获得混凝土内部的信息，例如是否存在空洞、裂缝、缺陷等。

低应变法是一种简单、快速、可靠的检测方法，被广泛运用于工程建设和混凝土结构的质量控制。

2. 原理低应变法基于声波在材料中传播的原理来检测材料的性质。

当声波传播到介质的边界时，它会发生反射、折射和透射。

通过测量声波在材料中传播时间和距离，可以计算出声波的速度，从而评估材料的质量。

在混凝土桩或地基桩中进行低应变法测试时，通常使用超声波探头将声波引入材料中，然后通过接收器接收反射的声波信号，并计算传播时间和距离。

3. 测试步骤低应变法测试通常包括以下步骤：步骤1：准备工作在进行低应变法测试之前，需要准备一些设备和材料，包括超声波探头、接收器、测量尺、记录表等。

确保设备的准确性和可靠性。

步骤2：选择测点根据需要检测的混凝土桩或地基桩的构造和定位，选择合适的测点。

通常建议在桩的上部、中部和底部选择至少三个测点进行测试，以获得更全面的信息。

步骤3：测量距离在选定的测点上，使用测量尺测量探头到桩的距离，并记录下来。

这将用于后续计算声波的速度。

步骤4：进行声波测试将超声波探头对准选定的测点，发射声波信号进入混凝土桩或地基桩中。

使用接收器接收反射的声波信号，并记录下传播时间。

步骤5：数据分析与评估根据记录的传播时间和距离数据，计算声波的速度，并根据预先设定的标准来评估测点的质量和完整性。

如果声波速度较低或存在异常情况，可能表示存在混凝土中的空洞、裂缝或其他缺陷。

步骤6：撰写测试报告根据测试结果，撰写详细的测试报告，包括测点的位置、声波速度的计算结果、评估结论以及建议的后续行动。

4. 应用领域低应变法广泛应用于以下几个领域：4.1 土木工程在土木工程中，低应变法可用于评估混凝土桩或地基桩的质量和完整性。

填空题：1：低应变法是采用（低能量瞬态）或（稳态激振）方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法。

2：低应变动力检测方法包括（反射波法）和（机械阻抗法）3：低应变动测反射波法是通过分析实测桩顶(速度响应信号)的特征来检测桩身的(完整性)，判别桩身(缺陷)位置及影响程度。

4、低应变反射波法、桩身混凝土纵波波速的定义为（C=√（E/ρ））；缺陷的深度计算式为（ΔT/2∙C）（均写出表达式即可）。

5：低应变法的理论基础以（一维线弹性杆件）模型为依据。

因此受检桩的长细比、瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于（5），设计桩身截面宜（基本规则）。

6：速度导纳是指（响应速度与激励力之比）。

7：在时域曲线上所显示的动力检测力脉冲波越宽，它的频谱（越窄），（低频成分）越丰富；反之，力脉冲波越窄，其频谱（越宽），（高频成分）越丰富。

8：桩身缺陷越严重，缺陷处透射波强度越（弱）。

9：当桩身存在着离析时，波阻抗变化主要表现为(ρ•C)的变化当桩身存着缩径时，波阻抗的变化主要表现为( A )的变化。

10：某截面受力大小为F，截面积为S，该截面所受平均应力大小为为（F/S）。

11：弹性模量为E的线弹性体，写出应力、应变间基本关系式（σ=Eє）12：当初始入射波F1沿X正向（向下）传播尚未达到阻抗变化界面前，下行波就是（入射波），无（上行波）13：初始入射波F i沿X正向（向下）传播，到达阻抗变化界面将产生（反射和透射）14：透射波在截面变化处总是（不）改变方向或符号，且截面缩小处透射波的幅值（大于）入射波。

15：若在桩顶检测出的反射波速度信号与入射波极性相反，则表明在相应位置截面（扩大）。

16：虽然波速与混凝土强度二者并不呈一一对应关系，但二者整体趋势上（呈正相关关系）。

17：声波透射法以超声波的（声速）和（振幅）为主，（频率）和（波形畸变）为辅来判断混凝土的质量。