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经过仪器接收放大，进行数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射波，进而判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。

由于这种方法，经济快速、方便，可用于大批量检测，且准确度也较高。

因此，国外主要用低应变方法进行桩身结构完整性的判断。

桩基低应变检测是以一维波动理论为基础，其数学模型是：

“连续的一维杆件”数学模型只是对实际杆件的理论抽象，被检测的桩都或多或少地偏离这个模型，偏离的程度越大则检测的难度也就越大，桩基的长径比越大越易检测，反之越难。

桩顶受激振后产生应力波，当应力波在假定的一维均质杆件（桩）中传播时，其纵向的振动微分方程为：

ε2u∕εx2=ε2u∕C2εt2

（1）

（1）式中U为桩身质点位移；

X为波的传播方向；

C²

=E/ρ为纵波在杆件中的传播速度，需要说明的是应力波在传播过程中由于桩身截面的非杆性体特性，因而将会引起三维效应和横向惯性效应，给动测资料带来一定的不单一性。

当在桩顶激振后，由于质点的运动引起应力波往下传播,当遇到阻抗（RA）界面时，将产生反射和透射,根据界面连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度，应力均应相等。

VI+VR=VT

（2）

A（σI+σR）=A2σT

由波阵面动量守恒条件:

σI／ρ1C1–σR／ρ1C1=σT／ρ2C2（3）

Z1（VI-VR）=Z2VT

从而可得:

σR=[（Z2-Z1）／（Z1+Z2）]=FσI（4）

σT=[（2Z2）／（Z1+Z2）]=TσI

VR=-VI[（Z2-Z1）／（Z1+Z2）]=-FVI（5）

VT=[（2Z1）／（Z1+Z2）]=nTVI

其中:

Z1=ρ1C1A1

Z2=ρ2C2A2

n=ρ1C1A1／ρ2C2A2

反射系数F=1-n／1+n（6）

透射系数T=2／1+n

（1）当桩底为支承桩，胶结良好，波阻抗近似不变时，Z1≈Z2则n=1F=0T=1时，由（4）、（5）可知σR=VR=0应力波为全透射，无反射信号，一般看不到桩底反射。

但先决条件是激振的能量充分影响到桩底情况下。

（2）当界面上应力波从高阻抗进入低阻抗时（Z1＞Z2），如摩擦桩的桩底断裂，离析，缩颈等缺陷.Z1＞Z2则n＞1,F＜0,T＞0由（4）式可知σR与σI异号，下行的压缩波，上行的拉力波，由（5）式可知VR与VI符号一致，反射波与入射波同相。

当桩底存在沉渣或桩身完全断裂情况下，Z1》Z2则n→∞F=-1T=0，此时由（4）、（5）式可得出σR=-σIVR=VI则桩底处于应力为零，速度加倍。

（3）当界面上应力波从低阻抗进入高阻抗时Z1＜Z2。

如扩径桩或嵌入高阻抗的嵌岩桩，此时由于Z1＜Z2则n＜1F＞0，由（4）、（5）式可知σR与σI同号，反射应力同入射的压缩波，而VR与VI相反,反射波与入射波反相。

（二）桩基质量判断

根据基桩质量的评判依据，对基桩质量的分类评价参见表1

桩基质量分类评价表表1

桩基类型

桩基检测质量评价

Ⅰ类桩

检测到的桩波形规则、桩底反射波明显、波速正常的桩，桩身结构完整

Ⅱ类桩

检测到的桩波形基本规则、桩底反射波可见、波速在正常范围内，桩身中虽有同相反射信号，乃为轻微缺陷所致、桩身结构基本完整

Ⅲ类桩

检测到的桩身浅部存在缺陷以及那些波形复杂、无桩底反射信号的波形，一般为多处缺陷反射信号相互干扰的结果，对桩身承载力有明显的影响

Ⅳ类桩

检测到的波形规则、桩身有强烈同相多次反射波信号，按正常桩长计算波速很高，则桩身有断裂或严重缩径

（三）常见反射波形特征介绍

完整桩的时域波形呈规律衰减，有一次或几次明显的桩底反射信号，反射波信号与入射波同相，对于缩颈桩，其时域波形中常见到缩颈反射与桩底反射信号，有时缩颈处会出现几次反射信号。

离析桩，一般反射波形不规则，反射不明显，波幅会出现陡降。

夹泥桩通常反射波相位与入射波相位相同，但一般反射波波幅会畸变。

扩颈桩处反射波相位与入射波相位相反，波频不变。

对于断裂及严重缺陷桩，缺陷的上颈面处可能产生强烈的正向波，下界面不产生负向波，但若桩底砼强度低，即使持力层强度低，也难以产生强烈的正向波，同时则会出现明显负向反射波射波相位相同。

（四）仪器设备

4.1测试系统一般应包括传感器、放大器、模拟滤波器、数据采集器、波形显示记录器以及激振设备和其它专用附件等。

4.2测量桩顶响应的传感器可选用速度型或加速度型传感器，其技术特性应符合下列要求：

4.2.1频响曲线的线性范围应覆盖整个测试信号的主体频率范围。

一般情况下，速度型传感器的频率范围宜宽于10-300Hz；

加速度传感器的上限频率宜不小于2kHz。

4.2.2速度传感器的灵敏度应大于300mV/cm·

s，加速度传感器的灵敏度应大于100mV/g。

4.2.3加速度传感器的量程应大于20g。

4.3测振放大器应与传感器相匹配，宜采用带积分器的电荷放大器或电压放大器。

放大器的增益应大于60dB且可调，频率范围应宽于10Hz-2kHz，模拟滤波频率应在2kHz范围内分档可调。

4.4信号的采集和记录应采用数字式采集、处理和存储系统，并应满足以下要求：

（1）模/数转换器（A/D）的位数不得低于12bit；

（2）采样间隔：

宜为10-500μs之间，且分档可调；

（3）采样长度：

每个通道不小于1024个采样点。

（4）各通道的性能应具有良好的一致性，其振幅偏差应小于3%，相位偏差应小于0.05ms；

（5）应具有实时时域显示及信号分析功能。

4.5应通过试验选择不同重量和不同材质的激振设备，以改变激振能量和振源频宽，满足相应的检测要求。

三．曲线解析

（一）完整桩

一般完整桩在时程曲线上的反应：

对于摩擦桩和岩嵌桩表现有三种：

桩底反射与初始入射波同相，桩底反射不明显，以及桩底反射与初始入射波先反相后同相。

如图所示：

图1：

该桩桩径为426mm，桩长10.0m的振动沉管灌注桩，设计砼强度等级C20，经测试后桩底反射明显，VP值为3202m/s，经静荷载试验加载520KN时，桩累计沉降量为12.63mm，卸载后桩顶回弹量为8.74mm，桩的残余沉降为3.89mm，属完整桩。

图1：

完整桩波形图

图2:

该桩桩径为1000mm，桩长23.5m的钻孔灌注桩（桥桩），设计砼强度等级为C25，经测试后桩底反射明显，VP值为3543m/s，属完整桩。

图2：

图3：

该桩桩桩径为1200mm，桩长15m的钻孔灌注桩（桥桩），桩身完整，波速在3600m/s，设计砼强度等级为C25，在8m以前曲线下降，为粉砂土较好地层反应，桩底反射与入射同相,桩底反射明显。

图3：

图4：

该两根桩均为桥梁桩，钢筋笼到底，2-1#桩桩身完整，2-2FF#桩在6.4m处局部扩径，8.8m处回缩至正常桩径，两桩桩底反射明显。

图4：

图5:

该两根桩桩径1000mm，桩长35m，设计砼强度等级为C25，进入中风化，二桩桩身完整，桩底反射明显。

B123#桩桩底呈同相反射，有沉渣；

B122Y#桩桩底呈反相反射，嵌岩较好。

图5：

图6:

该桩桩径为1000mm，桩长为25m的钻孔灌注桩，桩身完整，12m处为砂卵石层，孔壁坍塌，造成扩径，呈反向反射，但隐约可见桩底反射，波速Vp=3505m/s

图6：

图7:

该桩桩径为1000mm，桩长33m钻孔灌注桩，桩土作用在时域波形中有明显反映，0-11m为粉质黏土，11-30m为淤质黏土，30-31m含砾黏土，31-32m强风化，32.5m以上中风化，曲线完整，桩底反相，说明嵌岩良好。

图7：

图8:

该桩径,桩长,砼强度,桩尖持力于微风化安山粉岩,距桩头的地层较好,曲线上抬,桩底反射与入射波呈同相,说明有沉渣,波速在,其桩身完整.

图8：

（二）缩颈桩

缩颈桩在时程曲线上的反映比较规则,缩颈部位的缺陷呈先同相后反相，或仅见到同相反射的信号，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。

图9：

该桩桩径为426mm，桩长为10m沉管灌注桩，地质条件为上部为粉砂,下部为淤泥，从曲线分析4.5m左右扩径，3.5m左右缩径和地层界面的综合反映，经取芯在3.5m岩性在处取得岩性一侧夹泥，是缩颈所致。

图9：

缩颈桩波形图

图10：

该桩桩径为426mm，桩长为9m的夯扩桩，钢筋笼长6.5m，承载力标准值为300kN，经测试，桩身在6.5～7.0m处存在缩颈或局部离析，其原因是成桩时拔管太快所致，说明钢筋笼底部存在缺陷，但桩底基本可见，属Ⅱ类桩。

图10：

图11:

该桩桩径为1000mm，桩长为22m的钻孔灌注桩，大约在距桩头3.5m左右有护筒，护筒直径1200mm，护筒高度约为1m，在护筒底部有明显缩颈，并在6.0m处扩径，可见三次反射,桩底反射明显，计算判别属于Ⅱ类桩。

图11：

缩径桩波形图

图12：

该桩桩径1200mm，桩长为22m的钻孔灌注桩，桩设计混凝土强度为C25，测试时发生在2.0m处同向子波反射幅值高于初至波，并有后继的多次反射，解释人员误认为传感器黏结引起的正常振荡而判为类，经证实在2.1m左右桩身严重缺陷（夹泥），应属于Ⅲ类，后凿去桩头缺陷上部段，重新接桩。

图12：

图13：

该桩桩径1200mm，桩长为20m的钻孔灌注桩，桩设计混凝土强度为C25，钢筋笼通长，初测在50公分处有较强同相反射，经开挖在处细粉砂夹泥，范围占桩径1/3，开凿后在复测，波形正常，桩完整。

图13：

（三）扩径桩

扩径桩在曲线上反射波形较为规则，扩径处的反射子波呈反相，或先后相后续同相，也可能有多次反射，一般情况看到桩底反射。

图14：

下图三根桩桩径均为377mm，桩长为7.5m的夯扩桩（一次夯扩），桩设计混凝土强度为C25，设计极限承载力800kN，经测试216#桩底曲线无反相显示，表明夯扩无效，经静压后得出极限承载力为650kN，207#桩桩底反射不明显，表明夯扩欠佳，经静压后得出极限承载力为760kN，17#桩桩底反射明显，说明夯扩较好，其极限承载力为810kN。

图14：

扩径桩波形图

图15:

该桩径1000mm，桩长36.5m，混凝土强度C25桩：

波形规则，可见桩底反射，为Ⅰ类桩，但对桩测试发现在左右严重扩径,约处有同相反射（似桩底），见不到桩底反射，经了解查实，钻孔至时，因发现塌孔无法钻进,施工单位把测绳剪去通过验深，使验孔深时未发现,被动测查出,定为Ⅲ类。

图15：

图16:

该桩径800mm，桩长5.1m，桩强度C25，在灌注桩成桩过程中由于孔口偏位校正而使桩浅部扩大造成扩颈，充盈系数为1.5，从测试波形可见严重扩径，并出现多次反射，取芯验证桩身完整.砼强度满足设计要求。

图16：

（四）离析桩

由于离析部位的混凝土松散，对应力波能呈吸收较大，形成的缺陷子波不规则后续信号杂乱，而且频率较低，波速偏小,一般不易见到桩底反射。

图17:

该桩径1000mm，桩长23.5m，在灌注到20.0时因缺水泥停灌12h，后经处理重灌至设计标高。

采用二台仪器动测均在3.5m处有明显同向反射,伴有二次反射，经抽芯3.6m处离析。

图17：

离析桩波形图

图18：

该桩桩径为1000mm，桩长为32.0m在距桩顶2.0m处扩径，4.0m处为扩径的二次反射并加有桩射缺陷，充盈系数达1.24，地质资料该处为软塑及流塑亚粘土分界面，经取芯，二侧钻孔采取率达90%。

图18：

图19:

该桩径1000mm，护筒1.2m，桩长50m，设计C30，在测试中发现7.1m处明显呈低频同相反射，属离析反映，经监理反映在该处。

由于事故，导管无法拔出折断，另下导管灌注（停工半天）形成离析面。

桩底无法见得，经钻孔后均存在离析面,后高压注浆处理.

图19：

图20:

桩径1000mm，桩长43.5m，经测试在8.2m左右呈低频振荡，判为离析，桩底无反应，经取芯后证实在7.5—10.4m胶结不良，取芯率7.5—10.4m为30%。

其它部位均密实，后采用二孔高压注浆处理。

图20：

（五）断裂桩

由于在断裂处波阻抗的突变，故形成有以下三种情况：

上部断裂往往呈高频多次同相反射反射波率值较高，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，类似摩擦桩桩底反射，但算得的波速明显高于正常桩的波速。

图21:

桩为预制空芯管桩，采用锤击式，桩长13m，设计承载力350kN，测试后发现2.3m左右有明显的同向反射，并呈多次，判为断裂，经开挖桩身完整，再次了解该桩头2.2m深进行灌注实芯混凝土，下部为空芯，子波多次反射属截面积的突变引起波阻抗变化，应为Ⅰ类桩，而下图的管桩头部无混凝土灌注,波形呈完整形。

图21：

断裂桩波形图

图22:

该桩桩径为600mm，桩长为42m，桩设计混凝土强度为C60，由于地下室开挖，造成部分桩断裂，桩头倾斜，经测试曲线呈等距多次同相反射，经开挖在7.0m处裂，曲线呈多次同相等距反射。

图22：

断裂桩波形图

图23：

码头均采用打入预制桩，该桩为0.6×

0.6的预制桩，砼强度为C60，桩头离海底入土距离13m，原测试为完整桩,后被油船碰撞致使桩头偏位多1m，经重复测试在10m处有强同相反射，同时呈多次反射，故判Ⅳ类断桩.

图23：

图24：

某在建水泥储窑圆形桩基础96根桩，桩径426mm，桩长14m，钻孔桩，测试发现西北角10根桩动测波形左右呈多次反射，开挖见3.6m处断，原因为成桩20天时北侧堆土造成土体挤压剪切造成断桩。

图24：

图25：

该桩桩径为377mm，桩长为8.2m的沉管桩，桩设计混凝土强度为C20，钢筋笼长度4.5m，经测试在2.5m处有强的同相多次反射，衰减慢，无桩底反射，判为2.3m处断，后开挖2.4m处断裂。

属机械开挖是受损之故。

图25：

（六）脱焊虚焊等不良焊接桩

预制桩和管桩的焊接质量及成桩时由于受损造成焊接处表现为有同相反射，严重时难以见到下部位较大的缺陷或桩底反射。

图26：

该桩为PHC管桩，桩径500mm，壁厚100mm，桩长43m（8+8+8+8+11）,在8.0m处有同相反射，判为8m处，说明第一节打裂，焊接点脱焊。

图26：

焊接不良桩波形图

图27：

在6.0m处有明显的同相反射，说明第一节由于打桩使焊接点打脱裂，造成同相反射，下部无信号。

图27：

（七）桩头疏松

桩头疏松或强度偏低的桩，测试结果无法反映桩的完整性，曲线反应为入射波峰较低而且脉冲较缓，而且后续波形呈低频,此类现象均属桩头强度偏低.如图所示：

图28：

该桩径377mm，桩长14m，桩设计混凝土强度等级为C25，经测试发现曲线呈低频振荡，其应力波在桩头开始无按一维杆件的传播特征，判为桩头浅部强度低或局部离析，经取芯验证，0-1m岩芯松散，1-2.7m岩芯有气孔，强度低，2.7m以后岩芯强度达到要求，芯样完整。

图28：

图29:

该桩径600mm，桩长14m，灌注桩，设计混凝土强度C25，通长钢筋笼，初测时桩头疏松，曲线呈低频型，明显反映为弹性波传播呈慢速，经开凿桩头松散，凿去1-2m后再进行复测桩身完整，曲线正常为Ⅰ类桩。

图29：

四．结束语：

基桩的低应变动力检测及对资料的分析是一门诊断学科，也是检测桩身质量行之有效的办法，消除了许多工程隐患，但就目前建筑市场而言，施工队伍素质不一，良莠不齐，因此，除了要加强桩基施工结束后的检测工作，更重要的是要加强桩基施工过程中的质量管理和监督。

所以在分析桩身应力波传播特征的基础上结合地质条件，施工工艺等多种因素，判断其完整性和质量类别，其各环节均十分重要.特别应做到：

1、重视工程桩现场检测的每个环节：

如桩头的处理，传感器的安置，激发点的位置，激发能量，激发脉冲宽度，以及仪器参数的科学设置等等。

2、重视地层，地质环境特别是地层界面对应力波传播的影响，以避免不必要的误判。

3、重视施工记录的分析，对施工中的混凝土充盈系数，灌注时间，钢筋笼规格，拔管速度，以及预制桩节头焊接工艺、最终压力值，锤击数等均应仔细的分析。

综上所述:

只有取得真实工程的应力波传播的特征曲线并结合各种因素来综合判断得出真实的科学结论，才是一个测试工作者的应有的素质.

五．致谢

即将毕业，我要感谢母校对我数年来的辛勤栽培，感谢指导、帮助过我的老师和同学，特别要感谢我的论文指导教师陈容法老师，陈老师严谨的治学态度，渊博的学识对我影响颇深，这些在我的论文中都能找到些许痕迹。

毕业在即，我永远以树大为荣，永远牢记树大的校训，淡泊明志，不役纷华，与时俱进，勤奋好学作新时代不器之君子。

六．参考文献

桩基设计施工与检测中国建材工业出版社刘金砺主编

桩基工程与动册技术200问中国建筑工业出版社刘兴录编录

桩基检验手册中国水利水电出版社徐攸在编录

基桩低应变动力检测技术规程浙江省标准

建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003中华人民共和国行业准

桩基检测技术讲义浙江省建筑工程质量监督检站