反射波法檢測工程樁樁身完整性

反射波法檢測工程樁樁身完整性第一頁，共134頁。工程樁樁身完整性

反射波法檢測工程樁樁身完整性

吳慶曾原中國地質(zhì)調(diào)查局技術(shù)方法研究所

2013.01.22第二頁，共134頁。概述反射波法檢測樁身缺陷的基本原理樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波規(guī)律反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)反射波信號(hào)的處理數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法反射波的頻域解釋反射波存在的不足之處講授和討論下列問題第三頁，共134頁。

1.1樁式基礎(chǔ)的優(yōu)越性

▲有很好的抗震性能（一般動(dòng)荷載比靜荷載要大6－7倍）；▲樁的承載力高(可加大樁徑，擴(kuò)大樁底面增加承載力)；▲沉降量較小▲復(fù)雜地層如沙土地層、軟弱地層、黃土地層等可用樁穿過這些地層使荷載作用到承載力高的地層上。一概述第四頁，共134頁。第五頁，共134頁。第六頁，共134頁。第七頁，共134頁。1.2基樁的分類

桉成樁方式可分為：

1.

打入式樁；可有鋼筋混凝土預(yù)制樁、預(yù)應(yīng)力管樁、鋼樁、木樁；2.

原地灌筑樁可分為1概述第八頁，共134頁。此外還有擴(kuò)徑缺陷、擴(kuò)底樁

1.3原地灌注樁樁身可能存在的缺陷1.概述第九頁，共134頁。

施工中由于工藝因素、地層的地質(zhì)因素、施工的人為因素，樁身出現(xiàn)的下列缺陷反射波法可以檢測：

1.空洞（原地灌注樁）

2.夾泥（原地灌注樁）

3.微裂（預(yù)制打入式樁、原地灌注樁）

4.斷、裂（預(yù)制打入式樁、原地灌注樁）

5.二次澆灌面（原地灌注樁）

6.縮徑（原地灌注樁）

7.擴(kuò)徑（原地灌注樁）

8.擴(kuò)底1.4反射波法可能檢測到的樁身缺陷類型1.概述第十頁，共134頁。

聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、鉆芯法、高應(yīng)變法1.《建筑工程基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T106-2003）

2.《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》（JTG/TF81-01-2004）

3.《基樁低應(yīng)變動(dòng)力測樁規(guī)程》（JGJ/T93—95）

4.《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：2000）1.6工程基樁完整性檢測的有關(guān)規(guī)程

1.5工程樁完整性檢測方法

1.概述第十一頁，共134頁。第十二頁，共134頁。1.荷蘭在二十世紀(jì)六十年代中期開發(fā)了反射波法檢測基樁的完整性

2.我國在上世紀(jì)八十年代中后期國家基本建設(shè)大規(guī)模發(fā)展的背景下開發(fā)研究并推廣了反射波法基樁完整檢測技術(shù)

3.1995年地質(zhì)礦產(chǎn)部和建設(shè)部聯(lián)合頒發(fā)了《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》

（JGJ/T93－95）

4.2003年建設(shè)部頒發(fā)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106－2003）

5.

2004年交通部頒發(fā)《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》（JTG/TF81-01-2004）

1.7反射波檢測基樁完整性的發(fā)展概況1.概述第十三頁，共134頁。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第十四頁，共134頁。2.

反射波檢測樁身缺陷的基本原理錘頭擊振樁頭會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？第十五頁，共134頁。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

2.1

錘擊激振在樁身內(nèi)引起振動(dòng)與波動(dòng)規(guī)律

當(dāng)錘擊激勵(lì)樁頭，會(huì)引起什么物理現(xiàn)象發(fā)生？有兩方面問題需考慮：一樁身內(nèi)會(huì)產(chǎn)生什么振動(dòng)和波動(dòng)；二地層中會(huì)引起波動(dòng)嗎？

為搞清上述問題，我得到一個(gè)部級(jí)資助研究項(xiàng)目：研究“樁土體系內(nèi)聲波傳播規(guī)律”。給出了答案，將在后面論述。第十六頁，共134頁。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

◆

首先建立波振面概念。波振面說的是介質(zhì)受到外力擾動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)彈性振動(dòng)的傳遞波動(dòng)過程，在最前面的波動(dòng)面的形狀稱“波振面”。它和振源的類型有關(guān)。

◆

波振面有三種形式，如下：2.1錘擊激振在樁身內(nèi)引起振動(dòng)與波動(dòng)規(guī)律第十七頁，共134頁。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

◆高應(yīng)變擊振使用的是大噸位的重錘，錘頭是平面的，擊振樁頭后，在樁身內(nèi)激勵(lì)的是平面波，如右圖。2.1錘擊激振在樁身內(nèi)引起振動(dòng)與波動(dòng)規(guī)律第十八頁，共134頁。

錘擊擊振樁頭產(chǎn)生的是半球面波

2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

◆低應(yīng)變使用的是小錘，垂頭是球面的，它屬于點(diǎn)振源，激勵(lì)樁頭后，在樁身內(nèi)激勵(lì)產(chǎn)生的是半球面波。遠(yuǎn)離振源后，可近似的視為平面波，實(shí)踐證實(shí)，這種簡化問題的處理方法是正確的。2.1錘擊激振在樁身內(nèi)引起振動(dòng)與波動(dòng)規(guī)律第十九頁，共134頁。2.

反射波檢測樁身缺陷的基本原理

2.2

點(diǎn)源激振在樁身內(nèi)的振動(dòng)與波動(dòng)規(guī)律2.2.1樁身內(nèi)平面波的聲波傳播速度

――樁身混凝土彈性模量(MPa/m2)

――樁身混凝土密度（Kg/m3）

一維干的聲波傳播速度第二十頁，共134頁。

預(yù)制樁樁身的聲速：4200m/s

水下灌筑樁的聲速：3300-3800m/s

干作業(yè)灌筑樁聲速：3500-4000m/s

2.2.2樁可視為一維桿的邊界條件

即當(dāng)樁身聲速為

波長λ＝C/f＝VB/f；D為樁徑；L為樁長。工程樁樁身內(nèi)的縱波聲速（CB）

2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第二十一頁，共134頁。2.2.3樁身反射波的傳播速度和超聲測試波速的關(guān)系

一維干的聲速超聲波的聲速所以超聲波的聲速高于反射波的聲速

一般樁身混凝土的泊桑比σ＝（0.2～0.25）

VP=(1.05―1.1)VB這是超聲波所測聲速大于反射波所測聲速的原因2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第二十二頁，共134頁。2.2.4

樁頭水平方向波的傳播

沿樁頭表面?zhèn)鞑サ氖强v波、橫波、面波堆積在一起的波動(dòng)，故稱之為“直達(dá)波”2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第二十三頁，共134頁。2.2.5樁身中聲波的折射與反射概念2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理◆斜入射時(shí)的反射與折射◆垂入射時(shí)的反射與透射

◆射射定律（Snell）第二十四頁，共134頁。2.2.6

斜入射的波會(huì)在樁土界面產(chǎn)生“折射現(xiàn)象“

根據(jù)折射定律在樁土界面會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，折射定律說的是：2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

所以，斜入射的縱波P，在樁土界面有折射縱波PP折射到土層，同理還有折射橫波PS也折射到圖層。

上述結(jié)論，是作者所承擔(dān)部級(jí)資助課題“樁土體系聲波傳播規(guī)律”研究實(shí)驗(yàn)成果所所證實(shí)。詳細(xì)論述，參閱《基樁聲測與動(dòng)測技術(shù)》一書，該書2009年出版第二十五頁，共134頁。

實(shí)際樁身內(nèi)存在多次反射和折射，所以樁身特別是樁頭內(nèi)的聲場是較復(fù)雜的。這些多次反射不會(huì)影響我們對樁身缺陷的檢測，就忽略它們的存在。第二十六頁，共134頁。2.2.6

折射波會(huì)使樁內(nèi)傳播的聲波產(chǎn)生“折射損失”

在樁土界面產(chǎn)生折射縱波和折射橫波進(jìn)入地層。造成錘擊入射波的損失，稱“折射損失”由下式?jīng)Q定：

由上式可知地層越硬，Z2越大，折射進(jìn)入地層的能量越多，分配到垂直入射的能量越少。不是地層越硬，土阻力越大造成入射波不容易傳播到樁底。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第二十七頁，共134頁。如介質(zhì)是不連續(xù)的，存在界面n

其中：；

當(dāng)Z1≠Z2

縱波P垂直入射到界面n（樁底）時(shí)，產(chǎn)生垂直向上的反射波R2.3.垂直入射波在樁身波阻抗界面上的反射反射波R的大小取決于振速反射系數(shù)2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第二十八頁，共134頁。

樁的截面積變化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生反射，其反射系數(shù)

廣義的振速反射系數(shù)

上式中；稱廣義波阻抗

2.3垂直入射波在樁身直徑變化界面上的反射2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

由波阻抗界面上，入射波與反射波的應(yīng)力推導(dǎo)出的反射系數(shù)稱聲壓反射系數(shù)第二十九頁，共134頁。

2.4波阻抗界面的透過波的大小取決于透過系數(shù)RT2.3垂直入射波在樁身直徑變化界面上的反射2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理RV和RP的同一性詳細(xì)論述，參閱《基樁聲測與動(dòng)測技術(shù)》一書，該書2009年出版

“振速反射系數(shù)”與”聲壓反射系數(shù)”的物理概念是一致的，只不過從不同的角度來求解，得出不同的公式。由于振速反射系數(shù)可直接給出反射波的相位關(guān)系，故實(shí)用中多用振速反射系數(shù)。第三十頁，共134頁。2.5樁身內(nèi)反射波的衰減規(guī)律L――聲波在樁身內(nèi)的傳播距離（m）

――擊振點(diǎn)除去折射損失后的聲波振幅

A――傳播了L距離后的聲波波幅

――樁身混凝土的聲衰減系數(shù)(dB/m)，是頻率的函數(shù)，高頻衰減快。

入射與反射波的衰減2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第三十一頁，共134頁。

根據(jù)振速反射系數(shù)，可確定樁底反射波的相位，振速反射系數(shù)：

由已知樁長和樁身聲速預(yù)估樁底反射波到達(dá)時(shí)間范圍

tR＝2L/VB2.6樁底的反射波的識(shí)別

如：L＝21m；VB＝3500m/s；

tR＝12ms，

（則樁底反射波在12ms左右位置）2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理一般樁底反射波與直達(dá)波同相位。第三十二頁，共134頁。2.7樁底反射與樁身內(nèi)缺陷的反射2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第三十三頁，共134頁。第三十四頁，共134頁。2.8.1.

判斷樁底計(jì)算樁身混凝土聲速

由已知樁長和樁底反射波到達(dá)時(shí)間tR，計(jì)算樁身聲速

VB＝2L/tR2.8.2.缺陷的識(shí)別由確定缺陷的類別由tR確定缺陷的位置（深度L’）2.8樁身內(nèi)缺陷反射波的識(shí)別2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理第三十五頁，共134頁。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律3.1完整樁的反射波

特點(diǎn)：只有直達(dá)波D和樁底R(shí)反射；在直達(dá)波D和樁底反射波R之間沒有任何反射波。

第三十六頁，共134頁。

3.2縮徑類缺陷的反射

1.縮徑類包括樁身夾泥、離析、蜂窩、空洞、縮徑等；2.缺陷反射波R’

與直達(dá)波D同相位；3.樁底反射波R波幅小，頻率低。

樁長29.6m在3.72m處出現(xiàn)縮徑缺陷

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第三十七頁，共134頁。3.3縮徑樁的多次反射

1.嚴(yán)重的縮徑會(huì)產(chǎn)生多次反射波，特點(diǎn)是多次反射是等時(shí)間間隔的；2.靠近樁頭的縮徑類缺陷，易出現(xiàn)多次反射，一般是2-3次；3.縮徑類缺陷多次反射，可見樁底

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第三十八頁，共134頁。3.4擴(kuò)徑的反射波和多次反射

1.嚴(yán)重的擴(kuò)徑會(huì)產(chǎn)生多次反射；2.奇次反射與直達(dá)波同相；3.偶次反射于直達(dá)波同相；4.要注意區(qū)分?jǐn)U徑偶數(shù)多次反射與縮徑類反射波的區(qū)分。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第三十九頁，共134頁。由聲壓反射系數(shù)可以解釋擴(kuò)徑的多次反射的相位關(guān)系聲壓反射系數(shù)第四十頁，共134頁。3.5斷樁的反射

斷樁的多次反射是等間隔的；2.斷樁多次反射的后面一般沒有樁底反射。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十一頁，共134頁。3.6樁頭淺部反射---關(guān)于檢測的盲區(qū)1,直達(dá)波的周期約1-2ms，這段時(shí)間是反射波檢測缺陷的盲區(qū)；2.要注意盲區(qū)內(nèi)有無波的干涉，由此可在盲區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)缺陷。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十二頁，共134頁。3.7擴(kuò)底樁的反射

擴(kuò)底樁在樁底反射波的前面，會(huì)出現(xiàn)與直達(dá)波同相位的微弱反射波。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十三頁，共134頁。

3.8嵌巖樁的樁底反射

在花岡巖地區(qū)嵌巖樁的特有現(xiàn)象，這是由于中風(fēng)化的巖體與上部強(qiáng)風(fēng)化巖體的波阻抗差異大，形成的地層反射。3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律

由此可見，樁的反射，不再是一維桿的問題。第四十四頁，共134頁。3.9樁頭附近嚴(yán)重缺陷的“反射波”

鋼筋龍成了彈簧K，樁頭部位的混凝土塊成了質(zhì)量塊M，這個(gè)質(zhì)彈系統(tǒng)的振蕩頻率

可見：激勵(lì)的力信號(hào)脈沖波較窄，后面的振蕩周期很長，波形頻率很低

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十五頁，共134頁。3.10關(guān)于地層的反射

1.地層由軟突然變硬，產(chǎn)生與直達(dá)波同相位的反射波；

2.地層由硬突然變軟，產(chǎn)生與直達(dá)波反相位的反射波；

3.多條樁同深度出現(xiàn)反射波要考慮是地層反射。3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十六頁，共134頁。3.11缺陷上界面與缺陷下界面的反射

除去斷樁、裂縫，其它的缺陷如夾泥、離析、蜂窩、空洞、縮徑、擴(kuò)徑等都有一定的體積，故缺陷一定存在上界面和下界面的反射。但是在缺陷尺寸較小，上界面反射波的一個(gè)振蕩周期還沒結(jié)束，缺陷下界面反射波就到來，上下界面反射波必然混疊。如果缺陷縱向尺寸較大，那么缺陷上下界面的反射波才能分開。

3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十七頁，共134頁。3.12基樁多缺陷的反射波

要注意多缺陷的反射和缺陷的多次反射的區(qū)別；多缺陷的反射波樁底反射較弱；注意，這里是縮徑和擴(kuò)徑多缺陷。3.樁身內(nèi)不同類型缺陷反射波的規(guī)律第四十八頁，共134頁。建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003修訂報(bào)批稿中有：3.基本規(guī)定3.3.2檢測工作程序框圖4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)第四十九頁，共134頁。4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)3.2.2調(diào)查、資料收集階段宜包括下列內(nèi)容：收集被檢測工程的巖土工程勘察資料、樁基設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄；了解施工工藝和施工中出現(xiàn)的異常情況。進(jìn)一步明確委托方的具體要求。建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003修訂報(bào)批稿中有：第五十頁，共134頁。4.1樁頭的處理——擊振點(diǎn)及接收點(diǎn)應(yīng)打摩平整。4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)（1）樁頭沒有打磨平整的后果之一------出現(xiàn)高頻噪聲第五十一頁，共134頁。

（2）樁頭沒有打磨平整的后果之二----擊振一致性差（a）速度型接收傳感器的接收信號(hào)（b）加速度傳感器的接收信號(hào)

4.1樁頭的處理——擊振點(diǎn)及接收點(diǎn)應(yīng)打摩平整4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)第五十二頁，共134頁。

根據(jù)樁長、地層狀況和預(yù)期檢測缺陷位置來選擇擊振脈沖波主頻率的原則是：

●長樁擊振頻率要低；（L＝40m左右，f＝500Hz左右）●硬地層的中長樁頻率要低；（L＝15－25m，f＝500－1000Hz）●短樁擊振頻率要高；（L＝10m左右，f＝1000－1500Hz）●檢測淺部缺陷頻率要高（f＝1500Hz）

4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)4.2.1擊振是反射波法基樁完整性檢測的重要關(guān)鍵技術(shù)第五十三頁，共134頁。窄脈沖頻率高，寬脈沖頻率低。l

錘頭的材質(zhì)軟脈沖寬度寬；l

錘頭的面積大脈沖寬度寬；l

錘的落距與脈沖寬度關(guān)系不大；不同材質(zhì)的錘墊，能調(diào)整脈沖寬度。4.2.2擊振脈沖波的頻率與擊振脈沖寬度有關(guān)4.反射波法的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)谖迨捻?，?34頁。

4.2.3

反射波法儀器配有不同材質(zhì)的錘頭4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)谖迨屙?，?34頁。4.2.4擊振的錘及力棒4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)谖迨?，?34頁。第五十七頁，共134頁。

4.2.4錘擊是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵的實(shí)例實(shí)例－1荷蘭TNO的FPDS-4+中國的力棒4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)谖迨隧?，?34頁。實(shí)例－2第一次國家級(jí)考試的測試實(shí)例

4.2.4錘擊是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵的實(shí)例4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)谖迨彭摚?34頁。4.2.4錘擊是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵的實(shí)例鐵錘激振力棒激振實(shí)例—3不同擊振錘擊振對比

4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當(dāng)?shù)诹?，?34頁。4.3錘擊產(chǎn)生的干擾信號(hào)（1）鋼筋籠的振動(dòng)（振動(dòng)頻率500－1000Hz）（2）消除鋼筋籠振動(dòng)的方法

●將每根鋼筋一一彎曲，破壞其自然共振頻率；●將鋼筋龍切短；●在鋼筋籠上加阻尼物，減小振動(dòng)。第六十一頁，共134頁。

傳感器的安裝和耦合是能否能取得優(yōu)質(zhì)信號(hào)的關(guān)鍵問題，是檢測工作另一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

應(yīng)注意的問題有：

A.

安裝的部位混凝土應(yīng)完整、無松動(dòng)，表面平整；

B.傳感器安裝應(yīng)與樁頂平面垂直；

C.

用耦合劑粘結(jié)要粘牢，不可在擊振時(shí)使其產(chǎn)生付加振動(dòng)；

D.

耦合劑可以是黃油、凡士林、牙膏、橡皮泥；

E.

使用加速度感器時(shí)用橡皮泥一類的耦合劑還可以起到機(jī)械濾波，將擊振的高頻干擾成分濾除。

F.

其它有關(guān)問題參閱“建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范”（JGJ1062003）

4.4接收傳感器的安裝與耦合第六十二頁，共134頁。傳感器在樁頭上的安置位置

傳感器的安裝耦合方法4.4接收傳感器的安裝與耦合第六十三頁，共134頁。4.5現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)要點(diǎn)4.5.1三次采集反射波波形應(yīng)基本一致（防止一錘定音）（1）三次擊振信號(hào)不一致，有高頻干擾，無樁底反射波。（無樁底反射不一定是不合格的采集記錄）（2）三次擊振一致性好，直達(dá)波余振過長，無樁底反射波。（可能是傳感器耦合不佳）第六十四頁，共134頁。（3）三次擊振一致性較好，無樁底反射波。（不一定是不合格的記錄）（4）三次擊振一致性好，有樁底反射波。4.5.1三次采集反射波波形應(yīng)基本一致（防止一錘定音）4.5現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)要點(diǎn)第六十五頁，共134頁。（5）三次擊振一致性基本相像，但有樁底反射波?？烧J(rèn)為測試是成功的。4.5.1三次采集反射波波形應(yīng)基本一致（防止一錘定音）4.5現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)要點(diǎn)第六十六頁，共134頁。（6）三次擊振用速度型傳感器接收，一致性好，樁底反射波微弱。注意！不一定無樁底反射和樁底反射很微弱，就是不合格采集記錄。此時(shí)要做信號(hào)處理。如可見樁底反射，即可按此方式和儀器所設(shè)參數(shù)，在此場地測試下去。4.5.1三次采集反射波波形應(yīng)基本一致（防止一錘定音）4.5現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)要點(diǎn)第六十七頁，共134頁。（7）三次擊振用加速度傳感器接收，一致性好，樁底反射波極微弱。注意！不一定無樁底反射和樁底反射很微弱，就不合格。此時(shí)要做信號(hào)處理。如可見樁底反射，即可按此方式和儀器所設(shè)參數(shù)，在此場地繼續(xù)測試下去。4.5.1三次采集反射波波形應(yīng)基本一致（防止一錘定音）4.5現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)要點(diǎn)第六十八頁，共134頁。4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況1.《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-20032.《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》JGJ/T93-953.《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》JTG/TF81-01-20044.《鐵路工程基樁無損檢測規(guī)程》TB10218-995.《基樁動(dòng)態(tài)測量儀》JJG930－1998系統(tǒng)噪音≤2mV采樣時(shí)間間隔2.0－512.0（μs）放大器（浮點(diǎn)）增益≥64（dB）A/D分辨率：16（bit）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍≥136dB采樣長度：4KByte4.6.2技術(shù)性能：4.6.1儀器技術(shù)性能根據(jù)下列規(guī)程第六十九頁，共134頁。4.6.3兩種典型反射波檢測儀器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十頁，共134頁。

關(guān)于測試儀器的“

CMC”

問題根據(jù)2005年5月18日頒發(fā)的國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局公告第145號(hào)文“中華人民共和國依法管理的計(jì)量器具目錄”

聲波檢測分析儀、基樁低應(yīng)變反射波完整性檢測儀等應(yīng)當(dāng)不在需要作CMC認(rèn)證范圍之內(nèi)。生產(chǎn)廠家不作CMC認(rèn)證不等于不要作儀器的檢定，儀器的檢定還是要根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范按期進(jìn)行。第七十一頁，共134頁。4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器（1）儀器的組成即簡單原理4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十二頁，共134頁。（2）關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器的作用4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器的工作原理4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十三頁，共134頁。（3）關(guān)于數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)與顯示問題4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器的工作原理4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十四頁，共134頁。（4）基樁完整性檢測儀具備的信號(hào)處理

軟件頻譜分析2.低通濾波3.高通濾波4.積分處理5.指數(shù)放大6.聲速調(diào)節(jié)

信號(hào)處理的目的是去除雜波、改善信號(hào)質(zhì)量。4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器的工作原理4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十五頁，共134頁。4.6.5接收傳感器（1）速度型傳感器工作原理：4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十六頁，共134頁。諧振頻率：幅頻特性：（1）速度型傳感器4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十七頁，共134頁。

阻尼特性：靈敏度應(yīng)達(dá)到

（1）速度型傳感器4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十八頁，共134頁。（2）加速度傳感器工作原理：根據(jù)壓電片的壓電原理工作4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第七十九頁，共134頁。幅頻特性

逐點(diǎn)頻率測試的頻響特性，不反映加速度傳感器的瞬態(tài)特性。

瞬態(tài)激勵(lì)傳感器，得到的幅頻特性，才能反映加速度傳感器的瞬態(tài)特性。（2）加速度傳感器4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第八十頁，共134頁。

壓電式加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)：電荷靈敏度（pc/ms－2）

4.0-6.0

電壓靈敏度（V/g）100

頻率范圍（Hz）1-10000

安裝諧振頻率（KHz）30

重量（g）20左右工作溫度（）－40/100

安裝螺紋M5

最大加速度（Gal）2000（2）加速度傳感器4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第八十一頁，共134頁。標(biāo)注有電荷靈敏度加速度傳感器的連接問題對定量測量必須通過電荷放大器，再接入儀器。標(biāo)有電壓靈敏度加速度傳感器的連接問題

一般是“內(nèi)裝IC（集成放大電路芯片）加速度傳感器”，可以直接接入儀器使用。（2）加速度傳感器4.6.5接收傳感器4.6檢測的儀器的技術(shù)狀況第八十二頁，共134頁。信號(hào)處理目的：去除雜波、改善信號(hào)質(zhì)量、使其直觀、一般人員能看懂A.頻譜分析—

用于了解干擾波的頻率范圍B.低通濾波—

去除高頻干擾波C.積分處理—

可減小余振（積分后振動(dòng)加速度可成為速度信號(hào)、振動(dòng)速度信號(hào)可成為位移信號(hào)）D.指數(shù)放大—

波幅是按指數(shù)規(guī)律衰減，用隨時(shí)間按指數(shù)放大可突出深部缺陷及樁底信號(hào)E.聲速調(diào)節(jié)—

使聲速合理、樁長正確5.反射波信號(hào)處理

第八十三頁，共134頁。信號(hào)處理目的：去除雜波、改善信號(hào)質(zhì)量、使信號(hào)直觀、一般人員能看懂F.多點(diǎn)平滑濾波—

使波形光滑去除毛刺G.去除直流成分—

將信號(hào)中的直流成分去除，使積分信號(hào)正常H.波幅歸一化處理—

將波形中最大峰值調(diào)到滿度，其他波峰按比例增加。I.波形的編輯——

對上述處理后的波形進(jìn)行“平移”、“旋轉(zhuǎn)”5.

反射波信號(hào)處理

第八十四頁，共134頁。5.1關(guān)于頻譜分析------分析干擾信號(hào)頻率干擾信號(hào)頻率

851.44HZ

其頻率分別率d原始反射波信號(hào)中有鋼筋籠振動(dòng)干擾信號(hào)

頻譜分析的結(jié)果：5.反射波信號(hào)處理

第八十五頁，共134頁。

5.2

關(guān)于低通濾波1.2KHz低通濾波后的反射波原始反射波信號(hào)低通濾波作用是將信號(hào)中某個(gè)頻率以下的信號(hào)可通過，其它的濾除5.反射波信號(hào)處理第八十六頁，共134頁。

以上是對樁徑1250mm、長33.9m灌注樁反射波原始信號(hào)進(jìn)行積分的結(jié)果5.3關(guān)于積分處理5.3.1積分定義：對信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算即加速度信號(hào)積分成為速度信號(hào)被積分的信號(hào)波形必須上下對稱，否則積分后波形后部會(huì)翹起5.反射波信號(hào)處理

第八十七頁，共134頁。關(guān)于描述質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的三個(gè)物理量：振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度附注質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度：第八十八頁，共134頁。5.3.2積分的目的是減少信號(hào)余振

積分后直達(dá)波成半個(gè)周期，樁底反射信號(hào)也簡單一些，直達(dá)波、樁底反射波都變得直觀、好看。

但是有一些缺陷反射信息卻從時(shí)域信號(hào)中消失。

5.3關(guān)于積分處理5.反射波信號(hào)處理第八十九頁，共134頁。

積分后直達(dá)波、樁底反射波余振都縮短，變得容易識(shí)別、直觀。可是直達(dá)波緊接著的同相波動(dòng)算是什么反射？如果沒有積分前的反射信號(hào)，就容易出現(xiàn)誤判。5.反射波信號(hào)處理5.3關(guān)于積分處理5.3.2積分的目的是減少信號(hào)余振第九十頁，共134頁。5.4關(guān)于指數(shù)放大5.4.1

指數(shù)放大的定義：由于聲波的傳播是按指數(shù)規(guī)律衰減，指數(shù)放大是將衰減的波動(dòng)按指數(shù)規(guī)律放大恢復(fù)。樁徑500mm，樁長25m，3.3m擴(kuò)徑。20倍指數(shù)放大無樁底反射波

但是，如現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時(shí)，沒有采集到樁底信號(hào)，指數(shù)放大是無能為力的5.反射波信號(hào)處理第九十一頁，共134頁。

反射波處理實(shí)例－1原始信號(hào)低通濾波積分歸一化5.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十二頁，共134頁。

反射波處理實(shí)例－2（a）原始信號(hào)（b）低通濾波（c）指數(shù)放大（d)積分（e）旋轉(zhuǎn)

（f)移動(dòng)5.5反射波處理實(shí)例第九十三頁，共134頁。（a）采集到的原始信號(hào)；（b）1.0KHz低通濾波結(jié)果；（c）0.6KHz低通濾波結(jié)果

反射波處理實(shí)例-35.5反射波處理實(shí)例

5.反射波信號(hào)處理第九十四頁，共134頁。

長11.4m沉管灌注樁（a）經(jīng)0.6KHz低通濾波后的反射波信號(hào)；（b）20倍指數(shù)放大后的反射波信號(hào)反射波處理實(shí)例-45.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十五頁，共134頁。反射波處理實(shí)例-5

長11.4m沉管灌筑樁的反射波記錄處理的過程

（a）采集到的反射波的原始信號(hào)；（b）直接積分處理的結(jié)果

（1）必須有明顯、較強(qiáng)的樁底反射信號(hào)；（2）作積分處理的信號(hào)不應(yīng)含有直流成分；（3）反射波信號(hào)正負(fù)半周基本對稱。實(shí)現(xiàn)積分處理的基本條件5.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十六頁，共134頁。

長9.6m樁的反射波記錄處理的過程

（a）經(jīng)過0.7KHz低通濾波信號(hào)；（b）5倍指數(shù)放大；（c）積分處理結(jié)果反射波處理實(shí)例-6(積分處理可減少信號(hào)的余振)5.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十七頁，共134頁。反射波處理實(shí)例-7（波形旋轉(zhuǎn)與平移）

長11.2m鉆孔灌注樁的反射波處理過程

（a）低通濾波經(jīng)5倍指數(shù)放大的反射波；（b）積分后波形上翹；（c）旋轉(zhuǎn)、平移后波形

如果反射波信號(hào)正負(fù)半周不對稱，積分后波形后部會(huì)翹起?？捎谩靶D(zhuǎn)”和“平移”功能

解決。5.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十八頁，共134頁。反射波處理實(shí)例-8（多點(diǎn)平滑濾波）

樁長40.3m的鉆孔灌注樁進(jìn)行多點(diǎn)平滑濾波處理（a）反射波信號(hào)經(jīng)低通濾波、指數(shù)放大后曲線有波動(dòng)；（b）經(jīng)20點(diǎn)平滑濾波后的結(jié)果5.5反射波處理實(shí)例5.反射波信號(hào)處理第九十九頁，共134頁。6.1國內(nèi)外儀器對測試波形信號(hào)處理方式的異同

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百頁，共134頁。

目前，國外主要同類產(chǎn)品有：

1.美國PileDynamicsInc的

PIT(PileIntegrityTester)

2.荷蘭TNO機(jī)構(gòu)IBBC（研究所）的

FPDS-4/5型基樁診斷系統(tǒng)。6.1國內(nèi)外儀器對測試波形信號(hào)處理方式的異同

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零一頁，共134頁。

其設(shè)計(jì)思路大體一致，對反射波信號(hào)的處理盡量不用檢測人員參與，應(yīng)屬于“準(zhǔn)傻瓜”型。但對信號(hào)處理流程和上圖基本一致，只把指數(shù)放大、樁身混凝土聲速設(shè)置、多點(diǎn)平滑濾波留給檢測者去處理。但是，要做到這些，對反射波信號(hào)的采集，其波幅幅值必須在一定范圍之內(nèi)，波幅小了或者大了都不于接收處理。

國內(nèi)產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)首先要看到原始信號(hào)，信號(hào)采集后，由檢測者有針對性的來進(jìn)行信號(hào)處理。6.1國內(nèi)外儀器對測試波形信號(hào)處理方式的異同

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零二頁，共134頁。6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.2.1反射波信號(hào)分析解釋的多解性

1.反射波信號(hào)處理以后的下一步工作，確定樁身是否存在缺陷，但是僅從反射波的曲線去分析推斷樁身完整性是絕對不行的，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤的判斷，或不得其解。

2主要原因是：存在多解性。也就是僅從波形和聲參量異常，可能會(huì)有多種解釋。例如：離析、蜂窩、空洞、二次澆灌面、夾泥、斷裂等和樁身縮徑的反射波曲線形態(tài)大體一致；。6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零三頁，共134頁。6.2測試資料推斷解釋的基本原則

6.2.1反射波信號(hào)分析解釋的多解性

3.當(dāng)樁身漸漸的擴(kuò)徑后再縮徑，反射波曲線反應(yīng)的是縮徑，于是常常會(huì)把擴(kuò)徑誤判為縮徑；

4.地層變化引起的反射波和樁身缺陷的反射波是無法區(qū)分的，因而會(huì)導(dǎo)致誤判為樁身存在缺陷；

5.解決多解性，和判斷樁身缺陷類型的方法，必須掌握有關(guān)的旁證技術(shù)資料。6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零四頁，共134頁。1

工程場地的巖土工程勘察資料、水文地質(zhì)概況；2灌注樁的成孔方式、工藝；3灌注樁的澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、方式、工藝。作業(yè)）、施工中出現(xiàn)的異常情況；4預(yù)制樁的施工方式，和施工中出現(xiàn)的異常情況。6.2.2解決多解性必須收集與掌握基樁施工過程的全部技術(shù)資料、檔案，包括：6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零五頁，共134頁。1。由地層的巖性是否粘土層，可以判斷排除是否縮徑；2.

由地層是否是砂層來判斷是否擴(kuò)徑，或可能是漸擴(kuò)徑；3.由成孔方式可推斷缺陷是否是夾泥；由地下水文地質(zhì)條件及混凝土灌注方法、工藝來判斷是否可能離析；6.2.3地質(zhì)條件和施工因素與樁身缺陷的關(guān)系6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零六頁，共134頁。5.澆灌過程是否連續(xù)，判斷缺陷是否是二次澆灌面或斷樁；6.同一場地，如許多樁都在同一深度存在“缺陷”反射波時(shí)；需了解地層是否由軟突然變硬，或由硬突然變軟；7.沒掌握施工時(shí)水下灌注未用導(dǎo)管對樁底離析出現(xiàn)的誤判；8.…………6.2.3地質(zhì)條件和施工因素與樁身缺陷的關(guān)系6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零七頁，共134頁。6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例

6.3.1樁底反射波的確定原則

一般情況，樁身混凝土聲速在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)，不同樁型其聲速的范圍如下：（1）預(yù)制樁一般聲速在4200m/s；（2）人工挖孔的短樁聲速約在4000m/s；（3）水下灌注樁的聲速在3300-3600m/s；（4）干作業(yè)澆灌的聲速在3500-3800m/s。6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百零八頁，共134頁。（a）聲速合理正確的樁底；（b）聲速過高錯(cuò)誤的樁底；（c）聲速過低錯(cuò)誤的樁底6.3.2實(shí)例一樁底反射波的確定原則

第一百零九頁，共134頁。6.3.3實(shí)例二由正確的樁身混凝土聲速確定實(shí)際樁長

水下灌筑樁，設(shè)計(jì)樁長50m，可見明顯的直達(dá)波和樁底反射波。如按設(shè)計(jì)樁長50m計(jì)算，聲速為4413m/s，聲速偏高。水下灌注樁的聲速應(yīng)在3300-3600m/s，將聲速按3500m/s計(jì)算實(shí)際樁長只有39.7m，顯然施工存在問題。6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十頁，共134頁。6.3.4實(shí)例三樁身完整性的分析示范樁徑樁長34.5m鉆孔灌注樁的處理分析過程。

（a）原始信號(hào)；（b）0.5KHz低通濾波；（c）指數(shù)放大后定樁頭、樁底、缺陷6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十一頁，共134頁。（1）由于樁較長，聲波傳播過程高頻衰減較多，低頻豐富，選用0.5KHz低通濾波（2）用指數(shù)放大后可見明顯的樁底反射波，6.3.4實(shí)例三樁身完整性的分析示范

6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例

6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十二頁，共134頁。

（3）對樁身完整性進(jìn)行分析：⑴在26.8m處有一與直達(dá)波同相位反射，應(yīng)為縮徑類缺陷，有多種可能，如縮徑、蜂窩、空洞、離析、二次澆灌面、夾泥、斷裂。

◆一般在26m處斷裂不大可能，可以排除；

◆如果26m處的地層是黏土，且塑性指數(shù)較大，成孔后間隔時(shí)間較長才澆灌混土，那么有可能是縮徑；

◆如果不是縮徑，那么有可能是蜂窩、離析、二次澆灌面、夾泥、斷裂。第一百一十三頁，共134頁。⑵在7.1m處有擴(kuò)徑反射波信號(hào)，有兩種可能：

◆一是擴(kuò)徑，如果工程地質(zhì)勘查報(bào)告表明7m處是沙層，同時(shí)混凝土澆灌量比正常樁多，可以肯定是擴(kuò)徑缺陷；

◆如果上面的結(jié)論不成立，那么基樁傾斜的可能性就比較大。有關(guān)基樁傾斜的特征和檢測方法，將在下面專門論述。第一百一十四頁，共134頁。6.3.5實(shí)例四擴(kuò)徑的多次反射圖中是樁徑1200mm、樁長33.5m的原地灌注樁反射波記錄

（a）由計(jì)算機(jī)標(biāo)出的擴(kuò)徑位置；（b）對同一張記錄加以注釋6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十五頁，共134頁。6.3.6實(shí)例五多缺陷的反射波記錄

圖中是樁徑長45m樁的反射波記錄

6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十六頁，共134頁。6.3.7實(shí)例六離析缺陷樁反射波記錄圖中樁徑、樁長16.3m人工挖孔灌注樁的反射波記錄

（a）原始反射波記錄；（b）用1.2KHz低通濾波將異常顯示出；（c）用0.9KHz低通濾波2倍指數(shù)放大將樁底反射波展現(xiàn)6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十七頁，共134頁。

6.3.8.實(shí)例七擴(kuò)底樁的反射波記錄

圖中是樁徑、樁長32m的擴(kuò)底樁的反射波原始記錄（a）原始反射波記錄；（b）0.6KHz低通濾波15倍指數(shù)放大后的波形6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十八頁，共134頁。

6.3.9實(shí)例八斷樁的反射波記錄

圖中是斷樁的反射波記錄，該樁約在2.2m處斷裂。在斷裂處形成多次全反射（反射系數(shù)等于1），多次全反射波的時(shí)間間隔是一致的。6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十九頁，共134頁。6.3.10.實(shí)例九樁頭下部嚴(yán)重缺陷的“反射波”記錄

圖中是樁頭下部嚴(yán)重缺陷的“反射波”記錄，開挖結(jié)果樁頭下1.0m處嚴(yán)重離析6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例6.數(shù)據(jù)采集后的處理和推斷解釋方法第一百二十頁，共134頁。同一場地，如多根樁都在同一深度存在“缺陷”反射波，應(yīng)查看地質(zhì)勘察報(bào)告，了解地層是否由軟突然變硬，或由硬突然變軟，典型實(shí)例如圖

6.3.11.實(shí)例十正確的排除地層的反射波6.3反射波信號(hào)處理分析實(shí)例第一百二十一頁，共134頁。6.4反射波法對樁身完整性的判斷準(zhǔn)則類別時(shí)域信號(hào)特征

幅頻信號(hào)特征Ⅰ2L/c時(shí)刻前無缺陷反射波，有樁底反射波樁底諧振峰排列基本等間隔，其相鄰頻差△f＝C/2LⅡ2L/c時(shí)刻前出現(xiàn)輕微缺陷反射波，有樁底反射樁底諧振峰排列基本等間隔，其相鄰頻差△f＝C/2L，輕微缺陷產(chǎn)生的諧振的諧振峰與樁底諧振峰之間的頻差△f，，>C/2LⅢ有明顯缺陷反射波，其它特征介于Ⅱ和Ⅳ類之間Ⅳ2L/c時(shí)刻前出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷反射波或周期性反射波，無樁底反射波；或因樁身淺部嚴(yán)重缺陷使波形呈現(xiàn)低頻大振幅衰減振動(dòng)，無樁底反射波缺陷諧振峰排列基本等間隔，相鄰頻差△f，，>C/2L，無樁底諧振峰；或因樁底淺部嚴(yán)重缺陷