基桩检测技术

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基桩检测技术低应变反射波法

1一、概述1、桩的分类按桩身材料类型分类：混凝土桩、钢管桩、预应力桩按桩的功能分：抗压桩、抗剪桩、抗拔桩按成桩工艺分：预制桩、灌注桩按桩土相互作用形式：摩擦桩、端承桩、摩擦—端承桩2、基桩测试内容桩身完整性、桩身承载力、桩长、桩径3、基桩完整性常用方法声波透射发、低应变反射波法、静载荷实验法、钻芯法、高应变法

24、基桩检测常用技术规程《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）《建筑工程基桩检测技术规程》（JTG/T106-2003）《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218—2008）《基桩应变动力测桩规程》（JGJ/T93—95）《超声波检测混凝土缺陷技术规程》（GECS21:2000）

3二、低应变法1、低应变法在桩顶面实施低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内左弹性振动，并由此产生沿桩身的应力波纵向传播，利用波动和振动理论对桩身完整性作出评价的一种检测方法。主要包括：反射波法、机械阻抗法、水电效应法等等，其中反射波法物理意义明确、测试设备轻便简单、检测速度快、成本低，是桩基低应变检测的主要方法。2、低应变法应用①、低应变动力检测目前基本上以低应变反射波法检测桩身完整性为主，适用于检测混凝土桩身的完整性，判定桩身缺陷的程度和位置。②、在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、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。

4③、桩身缺陷有三个指标，位置、缺陷类型（性质）和程度。缺陷程度对桩身完整性检测是首先必须明确的。不论缺陷类型如何，在低应变测试信号中，主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质较难区分。因此，对于缺陷类型的判定，必须结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射法等其他3、低应变法的局限性①、低应变动测法通过测试桩身阻抗的变化来反映桩身完整性情况，既不能判断缺陷的具体类型，也无法对桩身缺陷程度作定量判定，这就是目前动测方法的技术水平，也是今后在不断实践中，需要研究解决主要问题。②、低应变法的理论基础是一维线弹性杆件模型，一维理论要求应力波在桩身中传播符合平截面假定，所以对薄壁钢管桩和H型钢桩的异型桩，低应变法不适用。③、受桩型、地质条件、激振方式、桩的尺寸效应、桩身材料阻尼等因素的影响，桩过长（或长径比较大）或桩身截面阻抗多变或变化幅度较大将引起应力波多次反射，往往测不到桩底反射或正确判断桩底反射位置，从而无法评价整根桩的完整性。此外，检测结果分析判定的准确性与操作人员的技术水平和实践经验有很大关系。对该方法寄予过高的期望是不适宜的，在规范中，没有规定检测桩的有效长度、推定混凝土强度等级和区分缺陷类型。

5三、低应变反射波法1、反射波法的基本原理声波在传播过程中，遇到混凝土不连续界面（或桩底），会出现声波的反射，根据波信号特征可以对桩身完整性进行判定。1.1波阻抗界面的反射与透射桩身阻抗变化与桩身截面尺寸、质量密度、波速、弹性模量等因素或某一因素变化有关，如果介质不连续，则存在界面有两种不同阻抗材料，应力波从波阻抗Z1的介质入射到阻抗Z2的介质时，在界面上将产生反射波和透射波。应力波传播示意图PR

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9桩基检测所获得的加速度或速度信号均是时域信号。从波动理论来看，频率是结构动态特性的一个很重要的指标，利用快速傅里叶变换和现代计算机技术，我们可以将时域信号变换到频率域进行分析，如信号的频率分析、幅值分析、相位分析以及能量分析等等。实际上，时域信号是由许多具有不同频率（周期或波长）、相位、幅值的谐波组成。

102、反射波法的现场检测2.1桩头的处理桩顶条件和桩头的处理好坏直接影响测试信号的质量。低应变方法判断桩身阻抗相对变化的基准是桩头部位的阻抗，因此要求，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一致。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损的部分，直至露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净、无积水；应将敲击点和传感器安装点磨平。多次锤击信号重复性差时，多是因为敲击或安装部位不平整。2.2测试参数的设定从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅确定了桩底反射的时间，根据△T=2L/c，只有已知桩长L才能计算波速c，或已知波速c计算桩长L。因此桩长参数应以实际的施工桩长为依据，桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定，然后再根据现场测试的若干根桩的真实波速平均值，对初步设定的波速进行调整。时域信号的采样频率越高，所采集的数字信号就越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断。一般应在保证测得完整信号（时段2L/c+5ms，1024个采样点）的前提下，选用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。需要注意的是，如果需要兼顾频域分辨率，则应按采样定律适当降低采样频率或增加采样点数。

112.3传感器安装和激振操作1.传感器用耦合剂粘结时，粘结层尽可能薄，必要时，可采用冲击钻打孔安装方式，传感器底面应与桩顶面紧密接触。激振和传感器的安装均应沿桩的轴线方向。2.激振点与传感器安装点尽量远离钢筋笼主筋，安装在距中心2／3处。

123.瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可以调整冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。检测桩身浅部缺陷易用高频激振，检测桩身深部缺陷或桩底反射信号时采用低频激振。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或深部缺陷的识别（如图a,b）。锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小但较适宜于桩身浅部缺陷的识别和定位（如图c）。

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164、桩身完整性的判定4.1桩身完整性类别桩身完整性检测不仅低应变动测法的功能，钻芯法、高应变法和声波透射法均可检测桩身完整性，国家规范规定了桩身完整性检测分类的划分标准，以便于对检测结果进行统一描述，显然缺陷类别的判定是定性的。4.2桩身完整性判定应采用时域和频域波形分析相结合的方法进行桩身完整性判定，当然也可根据单独的时域或频域波形进行完整性判定，在实际应用中，基本以时域分析为主、频域分析为辅。

17完整桩时域频域波形特点：△T---桩底反射波周期（入射波波峰与桩底反射波波峰间的时间差）；△f---完整桩的特征频率（频域信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差）。缺陷桩时域频域波形特点：△T---桩底反射波周期（入射波波峰与桩底反射波波峰间的时间差）；△f---整桩的特征频率；△T’---缺陷反射波周期（入射波波峰与缺陷反射波波峰间的时间差）；△f’---缺陷的特征频率。

184.3桩身完整性判定分类桩身完整性检测仅依据信号特征进行判定是不够的，必须结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等综合分析判定。桩身完整性判定

194.4桩身完整性判定需注意的若干问题1、在实测中会出现桩身无缺陷或轻微缺陷但无桩底反射信号的情况，低应变法测不到桩底反射信号受多种因素的影响，软土地区的超长桩，长径比很大；桩周土约束很大，应力波衰减很快；桩身阻抗与桩底持力层阻抗匹配较好；桩身截面阻抗显著突变或沿桩长渐变；预制桩接头缝隙影响等。因此，绝对要求同一工程所有Ⅰ、Ⅱ类桩都有清晰的桩底反射不现实。对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，实测信号无桩底反射时（无缺陷反射信号），只能按照本场地同条件下有桩底反射的其他桩实测信号判定桩身完整类别。但也需要注意，低应变动测法的这种局限性，可能会导致误判。

20图示为人工挖孔桩的实测波形，桩长38.4m，从波形上很难判断桩身是否存在缺陷，但现场钻芯和声波透射法均测出在28-31m范围内存在缺陷，因为缺陷部位较深，桩侧阻力较大，信号衰减太大，低应变法已无能为力。

212、桩身完整性为Ⅰ类桩的信号从时域或频域曲线特征明显，判定较为简单直观，缺陷桩信号的分析就复杂多了。有的实测缺陷信号的是施工质量缺陷产生的，但也有因设计构造或成桩工艺本身局限性导致的。因此，在分析测试信号时，应仔细分清缺陷波或缺陷谐振峰与桩身构造、成桩工艺、土层影响所造成的类似缺陷信号特征。此外，根据测试信号幅值大小判定缺陷程度，除受缺陷本身的影响外，还受桩周土阻尼大小及缺陷所处深度的影响。相同程度的缺陷因桩周土性质的不同或埋深不同，在测试信号中其幅值大小也是不同的。正确判定缺陷程度，尤其是缺陷特征很明显时，划分Ⅲ类桩还是Ⅳ类桩，应仔细对照桩型、地质条件、施工情况并结合当地经验分析判断。除此之外，还应结合基础和上部结构型式对桩的承载安全性要求，判断桩身承载力不足引发桩身结构破坏的可能性，综合分析划分缺陷类别。

223、桩身阻抗多变或渐变低应变法误判的高发区中主要包含了桩身出现阻抗多变或渐变的情况。规范建议对以下两种情况的桩身完整性判定宜结合其他检测方法进行。实测信号复杂，无规律，无法对其进行准确评价；桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。实测表明,如果能测到明显的桩底或桩深部缺陷反射,则桩身上部的缺陷一般不可能属于很明显或严重的缺陷。当桩身存在不止一个阻抗变化界面（包括桩身某一范围阻抗渐变的情况）时，由于各阻抗变化界面的一次和多次反射波相互叠加，除距桩顶第一阻抗变化界面的一次反射能辨认外，其后的反射信号将变得十分复杂，难于分析判断。确实无把握且疑问桩对基础与上部结构的安全或正常使用可能有较大影响时，应提出验证检测的建议。

234、关于Ⅲ类桩的判定过去对于Ⅲ类桩的解释，有两种观点，一是认为“不合格”桩，二是认为有缺陷，能否继续使用有待进一步验证。根据规范的分类标准，Ⅲ类桩“桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响”，被确认的Ⅲ类桩属于过去“不合格”类。从技术能力分析，低应变法在判断桩身缺陷的严重程度方面较为有限，客观地说，有些情况下，判断带有较大的经验成分，应结合其他可靠、适用的方法进一步验证。桩基验收合格与否的标准不只是桩身完整性一项，验收时还可采取验证、设计复核、直接或间接补强等多种手段。

245、反射波法的不足缺陷垂直方向大小无法确定；缺陷的水平方向尺寸无法确定；嵌岩桩有可能推断出孔底无沉渣，但无法确定起厚度；逐渐扩径后突然缩径的缺陷很容易误判为缩径；只能了解桩身的平均声速，不能用声速判断桩身混凝土匀质性；仅从反射波的时域波形不能推断出缺陷的性质