Question

反射波法用于基桩的动力测试

Answer 1

反射波法用于基桩的动力测试，就是通过对桩顶施加激振能量，以引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测、记录桩顶的振动速度和加速度，再利用波动理论对记录结果加以分析，从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。此反射波法具有快速、简便、经济、实用等优点。

因埋没于地下桩的长度要远大于桩直径，由此可将桩身简化为无侧限约束的一维弹性杆件，并在桩顶初始扰力作用下产生的应力波沿桩身向下传播从而满足一维波动方程：

土体原位测试与工程勘察

式中：u为x方向的位移(m)；υ_P为桩身材料的纵波波速(m/s)。

弹性波沿桩身传播过程中，在桩身夹泥、离折、扩颈、缩颈、断裂、桩端等桩身阻抗变化处，将会发生反射和透射。若用记录仪记录下反射波在桩身中传播的波形，通过对反射波曲线特征的分析，即可对桩身的完整性、缺陷的位置进行判定，并对桩身混凝土强度进行评估。

一、检测设备

用于反射波法基桩动力测试的仪器一般有：传感器、放大器、滤波器、数据处理系统以及激振设备和专用附件等。

(1)传感器：是反射波法基桩动力测试的重要仪器。传感器一般可选用宽频带的速度或加速度传感器。速度传感器的频率范围宜优于10～500Hz，灵敏度应高于300mV/cm/s。加速度传感器的频率范围宜为1～10 Mz，灵敏度应高于100mV/g。

(2)放大器：放大器的增益应大于60dB，长期变化量小于1%，折合输入端的噪声水平应低于3μV，频带宽度应宽于1Hz～20kHz，滤波频率可调。模数转换器的位数至少应为8bit，采样时间间隔至少应为50～1000μs，每个通道数据采集暂存器的容量应不小于1kbit，多通道采集系统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0.1ms。

(3)激振设备：激振设备应有不同材质、不同重量之分，以便于改变激振频谱和能量和满足不同的检测目的。目前工程中常用的锤头有塑料头锤和尼龙头锤，它们激振的主频分别为2000～1000 Hz左右；锤柄有塑料柄、尼龙柄、铁柄等，且柄长可根据需要而变化。一般说来，柄越短。则由柄本身的振动所引起的噪音越小，而且短柄产生的力脉冲宽度小、力谱宽度大。当检测深部度缺陷时，应选用柄长而重的尼龙锤来加大冲击能量；当检测浅部缺陷时，可选用柄短而轻的尼龙锤。

二、检测方法

反射波法检测基桩质量仪器的布置及工作原理示意如图7-11所示：

图7-11 反射波检测基桩质量的仪器布置及其工作原理示意图

1—手锤；2—桩；3—传感器；4—桩基分析仪；5—显示器

现场检测工作一般应遵循下面的—些基本程序：

(1)对被测桩头进行处理；凿去浮浆，平整桩头，割除桩外露出的过长钢筋；

(2)接通电源，对测试仪器进行预热，进行微振和接收条件的选择性试验，以确定最佳激振方式和接收条件；

(3)对于灌注桩和预制桩，激标点一般选在桩头的中心部位；对于水泥桩，激振点应选择在1/4桩径处。传感器应稳固地安置于桩头上，为了保证传感器与桩头的紧密接触，应在传感器底面涂抹凡士林或黄油。当桩径较大时，可在桩头安放两个或多个传感器；

(4)为减少随机干扰的影响，采用信号增强技术进行多次重复激振，以提高信噪比；

(5)为了提高反射波的分辨率，应尽量使用小能量激振并选用截止频率较高的传感器和放大器；

(6)由于面波的干扰，桩身浅部的反射比较紊乱，为了有效地识别桩头附近的浅部缺陷，必要时可采用横向激振、水平接收的方式进行辅助判别；

(7)每根试桩应进行3～5次重复测试，出现异常波形时应及时分析原因、排除影响测试的不良因素后再重复测试。重复测试的波形应与原波形有较好的相似性。

三、检测结果的应用

1.确定桩身混凝土纵波波速

桩身混凝土的纵波波速可按下式计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：υ_P为桩身纵波波速(m/s)；L为桩长(m)；t_r为桩底反射波到达时间(s)。

2.评价桩身质量

反射波形特征是桩身质量的反映。利用反射波曲线进行桩身完整性判定的时候，应该根据波形、相位、振幅、频率及波至时刻等因素综合考虑。

桩身不同缺陷反射波特征如下(图7-12)：

(1)完整桩的波形特征：完整性好的基桩反射波具有：波形规则、清晰；桩底反射波明显；反射波至时间容易读取；桩身混凝土平均纵波波速较高等的特性；同一场地完整桩反射波形具有较好的相似性。

(2)离析和缩径桩的波形特征：离析和缩径桩的桩身混凝土纵波波速较低，反射波幅减少，频率降低。

(3)断裂桩的波形特征：桩身断裂时其反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射。

3.确定桩身位置和范围

桩身缺陷离开桩顶的位置L′，可以根据下式计算：

图7-12 波形特征图

土体原位测试与工程勘察

式中：L′为桩身缺陷的位置(m)；t′_r为桩身缺陷部位反射波至时间(s)；

为场地范围内桩身纵波波速的平均值(m/s)。

桩身缺陷范围是指桩身缺陷沿轴向的经历长度。

桩身缺陷范围可按下式计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：l为桩身缺陷的范围(m)；Δt为桩身缺陷上、下面反射波至时间差(s)；υ′_P为桩身缺陷段纵波波速(m/s)参考下表选取。

表7-1 桩身缺陷段纵波波速

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