反射波法检测工程桩桩身完整性

反射波法检测工程桩桩身完整性第一页，共134页。工程桩桩身完整性

反射波法检测工程桩桩身完整性

吴庆曾原中国地质调查局技术方法研究所

2013.01.22第二页，共134页。概述反射波法检测桩身缺陷的基本原理桩身内不同类型缺陷反射波规律反射波法的现场数据采集技术要点反射波信号的处理数据采集后的处理和推断解释方法反射波的频域解释反射波存在的不足之处讲授和讨论下列问题第三页，共134页。

1.1桩式基础的优越性

▲有很好的抗震性能（一般动荷载比静荷载要大6－7倍）；▲桩的承载力高(可加大桩径，扩大桩底面增加承载力)；▲沉降量较小▲复杂地层如沙土地层、软弱地层、黄土地层等可用桩穿过这些地层使荷载作用到承载力高的地层上。一概述第四页，共134页。第五页，共134页。第六页，共134页。第七页，共134页。1.2基桩的分类

桉成桩方式可分为：

1.

打入式桩；可有钢筋混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩、木桩；2.

原地灌筑桩可分为1概述第八页，共134页。此外还有扩径缺陷、扩底桩

1.3原地灌注桩桩身可能存在的缺陷1.概述第九页，共134页。

施工中由于工艺因素、地层的地质因素、施工的人为因素，桩身出现的下列缺陷反射波法可以检测：

1.空洞（原地灌注桩）

2.夹泥（原地灌注桩）

3.微裂（预制打入式桩、原地灌注桩）

4.断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩）

5.二次浇灌面（原地灌注桩）

6.缩径（原地灌注桩）

7.扩径（原地灌注桩）

8.扩底1.4反射波法可能检测到的桩身缺陷类型1.概述第十页，共134页。

声波透射法、低应变反射波法、钻芯法、高应变法1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T106-2003）

2.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）

3.《基桩低应变动力测桩规程》（JGJ/T93—95）

4.《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：2000）1.6工程基桩完整性检测的有关规程

1.5工程桩完整性检测方法

1.概述第十一页，共134页。第十二页，共134页。1.荷兰在二十世纪六十年代中期开发了反射波法检测基桩的完整性

2.我国在上世纪八十年代中后期国家基本建设大规模发展的背景下开发研究并推广了反射波法基桩完整检测技术

3.1995年地质矿产部和建设部联合颁发了《基桩低应变动力检测规程》

（JGJ/T93－95）

4.2003年建设部颁发《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2003）

5.

2004年交通部颁发《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）

1.7反射波检测基桩完整性的发展概况1.概述第十三页，共134页。2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第十四页，共134页。2.

反射波检测桩身缺陷的基本原理锤头击振桩头会产生什么现象？第十五页，共134页。2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

2.1

锤击激振在桩身内引起振动与波动规律

当锤击激励桩头，会引起什么物理现象发生？有两方面问题需考虑：一桩身内会产生什么振动和波动；二地层中会引起波动吗？

为搞清上述问题，我得到一个部级资助研究项目：研究“桩土体系内声波传播规律”。给出了答案，将在后面论述。第十六页，共134页。2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

◆

首先建立波振面概念。波振面说的是介质受到外力扰动时，质点弹性振动的传递波动过程，在最前面的波动面的形状称“波振面”。它和振源的类型有关。

◆

波振面有三种形式，如下：2.1锤击激振在桩身内引起振动与波动规律第十七页，共134页。2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

◆高应变击振使用的是大吨位的重锤，锤头是平面的，击振桩头后，在桩身内激励的是平面波，如右图。2.1锤击激振在桩身内引起振动与波动规律第十八页，共134页。

锤击击振桩头产生的是半球面波

2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

◆低应变使用的是小锤，垂头是球面的，它属于点振源，激励桩头后，在桩身内激励产生的是半球面波。远离振源后，可近似的视为平面波，实践证实，这种简化问题的处理方法是正确的。2.1锤击激振在桩身内引起振动与波动规律第十九页，共134页。2.

反射波检测桩身缺陷的基本原理

2.2

点源激振在桩身内的振动与波动规律2.2.1桩身内平面波的声波传播速度

――桩身混凝土弹性模量(MPa/m2)

――桩身混凝土密度（Kg/m3）

一维干的声波传播速度第二十页，共134页。

预制桩桩身的声速：4200m/s

水下灌筑桩的声速：3300-3800m/s

干作业灌筑桩声速：3500-4000m/s

2.2.2桩可视为一维杆的边界条件

即当桩身声速为

波长λ＝C/f＝VB/f；D为桩径；L为桩长。工程桩桩身内的纵波声速（CB）

2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第二十一页，共134页。2.2.3桩身反射波的传播速度和超声测试波速的关系

一维干的声速超声波的声速所以超声波的声速高于反射波的声速

一般桩身混凝土的泊桑比σ＝（0.2～0.25）

VP=(1.05―1.1)VB这是超声波所测声速大于反射波所测声速的原因2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第二十二页，共134页。2.2.4

桩头水平方向波的传播

沿桩头表面传播的是纵波、横波、面波堆积在一起的波动，故称之为“直达波”2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第二十三页，共134页。2.2.5桩身中声波的折射与反射概念2.反射波检测桩身缺陷的基本原理◆斜入射时的反射与折射◆垂入射时的反射与透射

◆射射定律（Snell）第二十四页，共134页。2.2.6

斜入射的波会在桩土界面产生“折射现象“

根据折射定律在桩土界面会产生折射现象，折射定律说的是：2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

所以，斜入射的纵波P，在桩土界面有折射纵波PP折射到土层，同理还有折射横波PS也折射到图层。

上述结论，是作者所承担部级资助课题“桩土体系声波传播规律”研究实验成果所所证实。详细论述，参阅《基桩声测与动测技术》一书，该书2009年出版第二十五页，共134页。

实际桩身内存在多次反射和折射，所以桩身特别是桩头内的声场是较复杂的。这些多次反射不会影响我们对桩身缺陷的检测，就忽略它们的存在。第二十六页，共134页。2.2.6

折射波会使桩内传播的声波产生“折射损失”

在桩土界面产生折射纵波和折射横波进入地层。造成锤击入射波的损失，称“折射损失”由下式决定：

由上式可知地层越硬，Z2越大，折射进入地层的能量越多，分配到垂直入射的能量越少。不是地层越硬，土阻力越大造成入射波不容易传播到桩底。2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第二十七页，共134页。如介质是不连续的，存在界面n

其中：；

当Z1≠Z2

纵波P垂直入射到界面n（桩底）时，产生垂直向上的反射波R2.3.垂直入射波在桩身波阻抗界面上的反射反射波R的大小取决于振速反射系数2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第二十八页，共134页。

桩的截面积变化时也会产生反射，其反射系数

广义的振速反射系数

上式中；称广义波阻抗

2.3垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射2.反射波检测桩身缺陷的基本原理

由波阻抗界面上，入射波与反射波的应力推导出的反射系数称声压反射系数第二十九页，共134页。

2.4波阻抗界面的透过波的大小取决于透过系数RT2.3垂直入射波在桩身直径变化界面上的反射2.反射波检测桩身缺陷的基本原理RV和RP的同一性详细论述，参阅《基桩声测与动测技术》一书，该书2009年出版

“振速反射系数”与”声压反射系数”的物理概念是一致的，只不过从不同的角度来求解，得出不同的公式。由于振速反射系数可直接给出反射波的相位关系，故实用中多用振速反射系数。第三十页，共134页。2.5桩身内反射波的衰减规律L――声波在桩身内的传播距离（m）

――击振点除去折射损失后的声波振幅

A――传播了L距离后的声波波幅

――桩身混凝土的声衰减系数(dB/m)，是频率的函数，高频衰减快。

入射与反射波的衰减2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第三十一页，共134页。

根据振速反射系数，可确定桩底反射波的相位，振速反射系数：

由已知桩长和桩身声速预估桩底反射波到达时间范围

tR＝2L/VB2.6桩底的反射波的识别

如：L＝21m；VB＝3500m/s；

tR＝12ms，

（则桩底反射波在12ms左右位置）2.反射波检测桩身缺陷的基本原理一般桩底反射波与直达波同相位。第三十二页，共134页。2.7桩底反射与桩身内缺陷的反射2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第三十三页，共134页。第三十四页，共134页。2.8.1.

判断桩底计算桩身混凝土声速

由已知桩长和桩底反射波到达时间tR，计算桩身声速

VB＝2L/tR2.8.2.缺陷的识别由确定缺陷的类别由tR确定缺陷的位置（深度L’）2.8桩身内缺陷反射波的识别2.反射波检测桩身缺陷的基本原理第三十五页，共134页。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律3.1完整桩的反射波

特点：只有直达波D和桩底R反射；在直达波D和桩底反射波R之间没有任何反射波。

第三十六页，共134页。

3.2缩径类缺陷的反射

1.缩径类包括桩身夹泥、离析、蜂窝、空洞、缩径等；2.缺陷反射波R’

与直达波D同相位；3.桩底反射波R波幅小，频率低。

桩长29.6m在3.72m处出现缩径缺陷

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第三十七页，共134页。3.3缩径桩的多次反射

1.严重的缩径会产生多次反射波，特点是多次反射是等时间间隔的；2.靠近桩头的缩径类缺陷，易出现多次反射，一般是2-3次；3.缩径类缺陷多次反射，可见桩底

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第三十八页，共134页。3.4扩径的反射波和多次反射

1.严重的扩径会产生多次反射；2.奇次反射与直达波同相；3.偶次反射于直达波同相；4.要注意区分扩径偶数多次反射与缩径类反射波的区分。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第三十九页，共134页。由声压反射系数可以解释扩径的多次反射的相位关系声压反射系数第四十页，共134页。3.5断桩的反射

断桩的多次反射是等间隔的；2.断桩多次反射的后面一般没有桩底反射。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十一页，共134页。3.6桩头浅部反射---关于检测的盲区1,直达波的周期约1-2ms，这段时间是反射波检测缺陷的盲区；2.要注意盲区内有无波的干涉，由此可在盲区内发现缺陷。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十二页，共134页。3.7扩底桩的反射

扩底桩在桩底反射波的前面，会出现与直达波同相位的微弱反射波。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十三页，共134页。

3.8嵌岩桩的桩底反射

在花冈岩地区嵌岩桩的特有现象，这是由于中风化的岩体与上部强风化岩体的波阻抗差异大，形成的地层反射。3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律

由此可见，桩的反射，不再是一维杆的问题。第四十四页，共134页。3.9桩头附近严重缺陷的“反射波”

钢筋龙成了弹簧K，桩头部位的混凝土块成了质量块M，这个质弹系统的振荡频率

可见：激励的力信号脉冲波较窄，后面的振荡周期很长，波形频率很低

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十五页，共134页。3.10关于地层的反射

1.地层由软突然变硬，产生与直达波同相位的反射波；

2.地层由硬突然变软，产生与直达波反相位的反射波；

3.多条桩同深度出现反射波要考虑是地层反射。3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十六页，共134页。3.11缺陷上界面与缺陷下界面的反射

除去断桩、裂缝，其它的缺陷如夹泥、离析、蜂窝、空洞、缩径、扩径等都有一定的体积，故缺陷一定存在上界面和下界面的反射。但是在缺陷尺寸较小，上界面反射波的一个振荡周期还没结束，缺陷下界面反射波就到来，上下界面反射波必然混叠。如果缺陷纵向尺寸较大，那么缺陷上下界面的反射波才能分开。

3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十七页，共134页。3.12基桩多缺陷的反射波

要注意多缺陷的反射和缺陷的多次反射的区别；多缺陷的反射波桩底反射较弱；注意，这里是缩径和扩径多缺陷。3.桩身内不同类型缺陷反射波的规律第四十八页，共134页。建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003修订报批稿中有：3.基本规定3.3.2检测工作程序框图4.反射波法的现场数据采集技术要点第四十九页，共134页。4.反射波法的现场数据采集技术要点3.2.2调查、资料收集阶段宜包括下列内容：收集被检测工程的岩土工程勘察资料、桩基设计图纸、施工记录；了解施工工艺和施工中出现的异常情况。进一步明确委托方的具体要求。建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003修订报批稿中有：第五十页，共134页。4.1桩头的处理——击振点及接收点应打摩平整。4.反射波法的现场数据采集技术要点（1）桩头没有打磨平整的后果之一------出现高频噪声第五十一页，共134页。

（2）桩头没有打磨平整的后果之二----击振一致性差（a）速度型接收传感器的接收信号（b）加速度传感器的接收信号

4.1桩头的处理——击振点及接收点应打摩平整4.反射波法的现场数据采集技术要点第五十二页，共134页。

根据桩长、地层状况和预期检测缺陷位置来选择击振脉冲波主频率的原则是：

●长桩击振频率要低；（L＝40m左右，f＝500Hz左右）●硬地层的中长桩频率要低；（L＝15－25m，f＝500－1000Hz）●短桩击振频率要高；（L＝10m左右，f＝1000－1500Hz）●检测浅部缺陷频率要高（f＝1500Hz）

4.反射波法的现场数据采集技术要点4.2锤击击振的脉冲宽度要适当4.2.1击振是反射波法基桩完整性检测的重要关键技术第五十三页，共134页。窄脉冲频率高，宽脉冲频率低。l

锤头的材质软脉冲宽度宽；l

锤头的面积大脉冲宽度宽；l

锤的落距与脉冲宽度关系不大；不同材质的锤垫，能调整脉冲宽度。4.2.2击振脉冲波的频率与击振脉冲宽度有关4.反射波法的现场数据采集技术要点4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第五十四页，共134页。

4.2.3

反射波法仪器配有不同材质的锤头4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第五十五页，共134页。4.2.4击振的锤及力棒4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第五十六页，共134页。第五十七页，共134页。

4.2.4锤击是现场数据采集关键的实例实例－1荷兰TNO的FPDS-4+中国的力棒4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第五十八页，共134页。实例－2第一次国家级考试的测试实例

4.2.4锤击是现场数据采集关键的实例4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第五十九页，共134页。4.2.4锤击是现场数据采集关键的实例铁锤激振力棒激振实例—3不同击振锤击振对比

4.2锤击击振的脉冲宽度要适当第六十页，共134页。4.3锤击产生的干扰信号（1）钢筋笼的振动（振动频率500－1000Hz）（2）消除钢筋笼振动的方法

●将每根钢筋一一弯曲，破坏其自然共振频率；●将钢筋龙切短；●在钢筋笼上加阻尼物，减小振动。第六十一页，共134页。

传感器的安装和耦合是能否能取得优质信号的关键问题，是检测工作另一个重要环节。

应注意的问题有：

A.

安装的部位混凝土应完整、无松动，表面平整；

B.传感器安装应与桩顶平面垂直；

C.

用耦合剂粘结要粘牢，不可在击振时使其产生付加振动；

D.

耦合剂可以是黄油、凡士林、牙膏、橡皮泥；

E.

使用加速度感器时用橡皮泥一类的耦合剂还可以起到机械滤波，将击振的高频干扰成分滤除。

F.

其它有关问题参阅“建筑基桩检测技术规范”（JGJ1062003）

4.4接收传感器的安装与耦合第六十二页，共134页。传感器在桩头上的安置位置

传感器的安装耦合方法4.4接收传感器的安装与耦合第六十三页，共134页。4.5现场数据采集的技术要点4.5.1三次采集反射波波形应基本一致（防止一锤定音）（1）三次击振信号不一致，有高频干扰，无桩底反射波。（无桩底反射不一定是不合格的采集记录）（2）三次击振一致性好，直达波余振过长，无桩底反射波。（可能是传感器耦合不佳）第六十四页，共134页。（3）三次击振一致性较好，无桩底反射波。（不一定是不合格的记录）（4）三次击振一致性好，有桩底反射波。4.5.1三次采集反射波波形应基本一致（防止一锤定音）4.5现场数据采集的技术要点第六十五页，共134页。（5）三次击振一致性基本相像，但有桩底反射波。可认为测试是成功的。4.5.1三次采集反射波波形应基本一致（防止一锤定音）4.5现场数据采集的技术要点第六十六页，共134页。（6）三次击振用速度型传感器接收，一致性好，桩底反射波微弱。注意！不一定无桩底反射和桩底反射很微弱，就是不合格采集记录。此时要做信号处理。如可见桩底反射，即可按此方式和仪器所设参数，在此场地测试下去。4.5.1三次采集反射波波形应基本一致（防止一锤定音）4.5现场数据采集的技术要点第六十七页，共134页。（7）三次击振用加速度传感器接收，一致性好，桩底反射波极微弱。注意！不一定无桩底反射和桩底反射很微弱，就不合格。此时要做信号处理。如可见桩底反射，即可按此方式和仪器所设参数，在此场地继续测试下去。4.5.1三次采集反射波波形应基本一致（防止一锤定音）4.5现场数据采集的技术要点第六十八页，共134页。4.6检测的仪器的技术状况1.《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-20032.《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93-953.《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01-20044.《铁路工程基桩无损检测规程》TB10218-995.《基桩动态测量仪》JJG930－1998系统噪音≤2mV采样时间间隔2.0－512.0（μs）放大器（浮点）增益≥64（dB）A/D分辨率：16（bit）系统动态范围≥136dB采样长度：4KByte4.6.2技术性能：4.6.1仪器技术性能根据下列规程第六十九页，共134页。4.6.3两种典型反射波检测仪器4.6检测的仪器的技术状况第七十页，共134页。

关于测试仪器的“

CMC”

问题根据2005年5月18日颁发的国家质量监督检验检疫总局公告第145号文“中华人民共和国依法管理的计量器具目录”

声波检测分析仪、基桩低应变反射波完整性检测仪等应当不在需要作CMC认证范围之内。生产厂家不作CMC认证不等于不要作仪器的检定，仪器的检定还是要根据相关规程、规范按期进行。第七十一页，共134页。4.6.4基桩完整性反射波法检测仪器（1）仪器的组成即简单原理4.6检测的仪器的技术状况第七十二页，共134页。（2）关于A/D转换器的作用4.6.4基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6检测的仪器的技术状况第七十三页，共134页。（3）关于数据采集的触发与显示问题4.6.4基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6检测的仪器的技术状况第七十四页，共134页。（4）基桩完整性检测仪具备的信号处理

软件频谱分析2.低通滤波3.高通滤波4.积分处理5.指数放大6.声速调节

信号处理的目的是去除杂波、改善信号质量。4.6.4基桩完整性反射波法检测仪器的工作原理4.6检测的仪器的技术状况第七十五页，共134页。4.6.5接收传感器（1）速度型传感器工作原理：4.6检测的仪器的技术状况第七十六页，共134页。谐振频率：幅频特性：（1）速度型传感器4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第七十七页，共134页。

阻尼特性：灵敏度应达到

（1）速度型传感器4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第七十八页，共134页。（2）加速度传感器工作原理：根据压电片的压电原理工作4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第七十九页，共134页。幅频特性

逐点频率测试的频响特性，不反映加速度传感器的瞬态特性。

瞬态激励传感器，得到的幅频特性，才能反映加速度传感器的瞬态特性。（2）加速度传感器4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第八十页，共134页。

压电式加速度传感器技术指标：电荷灵敏度（pc/ms－2）

4.0-6.0

电压灵敏度（V/g）100

频率范围（Hz）1-10000

安装谐振频率（KHz）30

重量（g）20左右工作温度（）－40/100

安装螺纹M5

最大加速度（Gal）2000（2）加速度传感器4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第八十一页，共134页。标注有电荷灵敏度加速度传感器的连接问题对定量测量必须通过电荷放大器，再接入仪器。标有电压灵敏度加速度传感器的连接问题

一般是“内装IC（集成放大电路芯片）加速度传感器”，可以直接接入仪器使用。（2）加速度传感器4.6.5接收传感器4.6检测的仪器的技术状况第八十二页，共134页。信号处理目的：去除杂波、改善信号质量、使其直观、一般人员能看懂A.频谱分析—

用于了解干扰波的频率范围B.低通滤波—

去除高频干扰波C.积分处理—

可减小余振（积分后振动加速度可成为速度信号、振动速度信号可成为位移信号）D.指数放大—

波幅是按指数规律衰减，用随时间按指数放大可突出深部缺陷及桩底信号E.声速调节—

使声速合理、桩长正确5.反射波信号处理

第八十三页，共134页。信号处理目的：去除杂波、改善信号质量、使信号直观、一般人员能看懂F.多点平滑滤波—

使波形光滑去除毛刺G.去除直流成分—

将信号中的直流成分去除，使积分信号正常H.波幅归一化处理—

将波形中最大峰值调到满度，其他波峰按比例增加。I.波形的编辑——

对上述处理后的波形进行“平移”、“旋转”5.

反射波信号处理

第八十四页，共134页。5.1关于频谱分析------分析干扰信号频率干扰信号频率

851.44HZ

其频率分别率d原始反射波信号中有钢筋笼振动干扰信号

频谱分析的结果：5.反射波信号处理

第八十五页，共134页。

5.2

关于低通滤波1.2KHz低通滤波后的反射波原始反射波信号低通滤波作用是将信号中某个频率以下的信号可通过，其它的滤除5.反射波信号处理第八十六页，共134页。

以上是对桩径1250mm、长33.9m灌注桩反射波原始信号进行积分的结果5.3关于积分处理5.3.1积分定义：对信号进行积分运算即加速度信号积分成为速度信号被积分的信号波形必须上下对称，否则积分后波形后部会翘起5.反射波信号处理

第八十七页，共134页。关于描述质点振动的三个物理量：振动位移、振动速度、振动加速度附注质点振动位移：质点振动速度：质点振动加速度：第八十八页，共134页。5.3.2积分的目的是减少信号余振

积分后直达波成半个周期，桩底反射信号也简单一些，直达波、桩底反射波都变得直观、好看。

但是有一些缺陷反射信息却从时域信号中消失。

5.3关于积分处理5.反射波信号处理第八十九页，共134页。

积分后直达波、桩底反射波余振都缩短，变得容易识别、直观。可是直达波紧接着的同相波动算是什么反射？如果没有积分前的反射信号，就容易出现误判。5.反射波信号处理5.3关于积分处理5.3.2积分的目的是减少信号余振第九十页，共134页。5.4关于指数放大5.4.1

指数放大的定义：由于声波的传播是按指数规律衰减，指数放大是将衰减的波动按指数规律放大恢复。桩径500mm，桩长25m，3.3m扩径。20倍指数放大无桩底反射波

但是，如现场数据采集时，没有采集到桩底信号，指数放大是无能为力的5.反射波信号处理第九十一页，共134页。

反射波处理实例－1原始信号低通滤波积分归一化5.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十二页，共134页。

反射波处理实例－2（a）原始信号（b）低通滤波（c）指数放大（d)积分（e）旋转

（f)移动5.5反射波处理实例第九十三页，共134页。（a）采集到的原始信号；（b）1.0KHz低通滤波结果；（c）0.6KHz低通滤波结果

反射波处理实例-35.5反射波处理实例

5.反射波信号处理第九十四页，共134页。

长11.4m沉管灌注桩（a）经0.6KHz低通滤波后的反射波信号；（b）20倍指数放大后的反射波信号反射波处理实例-45.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十五页，共134页。反射波处理实例-5

长11.4m沉管灌筑桩的反射波记录处理的过程

（a）采集到的反射波的原始信号；（b）直接积分处理的结果

（1）必须有明显、较强的桩底反射信号；（2）作积分处理的信号不应含有直流成分；（3）反射波信号正负半周基本对称。实现积分处理的基本条件5.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十六页，共134页。

长9.6m桩的反射波记录处理的过程

（a）经过0.7KHz低通滤波信号；（b）5倍指数放大；（c）积分处理结果反射波处理实例-6(积分处理可减少信号的余振)5.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十七页，共134页。反射波处理实例-7（波形旋转与平移）

长11.2m钻孔灌注桩的反射波处理过程

（a）低通滤波经5倍指数放大的反射波；（b）积分后波形上翘；（c）旋转、平移后波形

如果反射波信号正负半周不对称，积分后波形后部会翘起。可用“旋转”和“平移”功能

解决。5.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十八页，共134页。反射波处理实例-8（多点平滑滤波）

桩长40.3m的钻孔灌注桩进行多点平滑滤波处理（a）反射波信号经低通滤波、指数放大后曲线有波动；（b）经20点平滑滤波后的结果5.5反射波处理实例5.反射波信号处理第九十九页，共134页。6.1国内外仪器对测试波形信号处理方式的异同

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百页，共134页。

目前，国外主要同类产品有：

1.美国PileDynamicsInc的

PIT(PileIntegrityTester)

2.荷兰TNO机构IBBC（研究所）的

FPDS-4/5型基桩诊断系统。6.1国内外仪器对测试波形信号处理方式的异同

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零一页，共134页。

其设计思路大体一致，对反射波信号的处理尽量不用检测人员参与，应属于“准傻瓜”型。但对信号处理流程和上图基本一致，只把指数放大、桩身混凝土声速设置、多点平滑滤波留给检测者去处理。但是，要做到这些，对反射波信号的采集，其波幅幅值必须在一定范围之内，波幅小了或者大了都不于接收处理。

国内产品强调首先要看到原始信号，信号采集后，由检测者有针对性的来进行信号处理。6.1国内外仪器对测试波形信号处理方式的异同

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零二页，共134页。6.2测试资料推断解释的基本原则6.2.1反射波信号分析解释的多解性

1.反射波信号处理以后的下一步工作，确定桩身是否存在缺陷，但是仅从反射波的曲线去分析推断桩身完整性是绝对不行的，甚至会出现错误的判断，或不得其解。

2主要原因是：存在多解性。也就是仅从波形和声参量异常，可能会有多种解释。例如：离析、蜂窝、空洞、二次浇灌面、夹泥、断裂等和桩身缩径的反射波曲线形态大体一致；。6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零三页，共134页。6.2测试资料推断解释的基本原则

6.2.1反射波信号分析解释的多解性

3.当桩身渐渐的扩径后再缩径，反射波曲线反应的是缩径，于是常常会把扩径误判为缩径；

4.地层变化引起的反射波和桩身缺陷的反射波是无法区分的，因而会导致误判为桩身存在缺陷；

5.解决多解性，和判断桩身缺陷类型的方法，必须掌握有关的旁证技术资料。6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零四页，共134页。1

工程场地的岩土工程勘察资料、水文地质概况；2灌注桩的成孔方式、工艺；3灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、方式、工艺。作业）、施工中出现的异常情况；4预制桩的施工方式，和施工中出现的异常情况。6.2.2解决多解性必须收集与掌握基桩施工过程的全部技术资料、档案，包括：6.2测试资料推断解释的基本原则6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零五页，共134页。1。由地层的岩性是否粘土层，可以判断排除是否缩径；2.

由地层是否是砂层来判断是否扩径，或可能是渐扩径；3.由成孔方式可推断缺陷是否是夹泥；由地下水文地质条件及混凝土灌注方法、工艺来判断是否可能离析；6.2.3地质条件和施工因素与桩身缺陷的关系6.2测试资料推断解释的基本原则6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零六页，共134页。5.浇灌过程是否连续，判断缺陷是否是二次浇灌面或断桩；6.同一场地，如许多桩都在同一深度存在“缺陷”反射波时；需了解地层是否由软突然变硬，或由硬突然变软；7.没掌握施工时水下灌注未用导管对桩底离析出现的误判；8.…………6.2.3地质条件和施工因素与桩身缺陷的关系6.2测试资料推断解释的基本原则6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零七页，共134页。6.3反射波信号处理分析实例

6.3.1桩底反射波的确定原则

一般情况，桩身混凝土声速在一个小范围内波动，不同桩型其声速的范围如下：（1）预制桩一般声速在4200m/s；（2）人工挖孔的短桩声速约在4000m/s；（3）水下灌注桩的声速在3300-3600m/s；（4）干作业浇灌的声速在3500-3800m/s。6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百零八页，共134页。（a）声速合理正确的桩底；（b）声速过高错误的桩底；（c）声速过低错误的桩底6.3.2实例一桩底反射波的确定原则

第一百零九页，共134页。6.3.3实例二由正确的桩身混凝土声速确定实际桩长

水下灌筑桩，设计桩长50m，可见明显的直达波和桩底反射波。如按设计桩长50m计算，声速为4413m/s，声速偏高。水下灌注桩的声速应在3300-3600m/s，将声速按3500m/s计算实际桩长只有39.7m，显然施工存在问题。6.3反射波信号处理分析实例

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十页，共134页。6.3.4实例三桩身完整性的分析示范桩径桩长34.5m钻孔灌注桩的处理分析过程。

（a）原始信号；（b）0.5KHz低通滤波；（c）指数放大后定桩头、桩底、缺陷6.3反射波信号处理分析实例

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十一页，共134页。（1）由于桩较长，声波传播过程高频衰减较多，低频丰富，选用0.5KHz低通滤波（2）用指数放大后可见明显的桩底反射波，6.3.4实例三桩身完整性的分析示范

6.3反射波信号处理分析实例

6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十二页，共134页。

（3）对桩身完整性进行分析：⑴在26.8m处有一与直达波同相位反射，应为缩径类缺陷，有多种可能，如缩径、蜂窝、空洞、离析、二次浇灌面、夹泥、断裂。

◆一般在26m处断裂不大可能，可以排除；

◆如果26m处的地层是黏土，且塑性指数较大，成孔后间隔时间较长才浇灌混土，那么有可能是缩径；

◆如果不是缩径，那么有可能是蜂窝、离析、二次浇灌面、夹泥、断裂。第一百一十三页，共134页。⑵在7.1m处有扩径反射波信号，有两种可能：

◆一是扩径，如果工程地质勘查报告表明7m处是沙层，同时混凝土浇灌量比正常桩多，可以肯定是扩径缺陷；

◆如果上面的结论不成立，那么基桩倾斜的可能性就比较大。有关基桩倾斜的特征和检测方法，将在下面专门论述。第一百一十四页，共134页。6.3.5实例四扩径的多次反射图中是桩径1200mm、桩长33.5m的原地灌注桩反射波记录

（a）由计算机标出的扩径位置；（b）对同一张记录加以注释6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十五页，共134页。6.3.6实例五多缺陷的反射波记录

图中是桩径长45m桩的反射波记录

6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十六页，共134页。6.3.7实例六离析缺陷桩反射波记录图中桩径、桩长16.3m人工挖孔灌注桩的反射波记录

（a）原始反射波记录；（b）用1.2KHz低通滤波将异常显示出；（c）用0.9KHz低通滤波2倍指数放大将桩底反射波展现6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十七页，共134页。

6.3.8.实例七扩底桩的反射波记录

图中是桩径、桩长32m的扩底桩的反射波原始记录（a）原始反射波记录；（b）0.6KHz低通滤波15倍指数放大后的波形6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十八页，共134页。

6.3.9实例八断桩的反射波记录

图中是断桩的反射波记录，该桩约在2.2m处断裂。在断裂处形成多次全反射（反射系数等于1），多次全反射波的时间间隔是一致的。6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百一十九页，共134页。6.3.10.实例九桩头下部严重缺陷的“反射波”记录

图中是桩头下部严重缺陷的“反射波”记录，开挖结果桩头下1.0m处严重离析6.3反射波信号处理分析实例6.数据采集后的处理和推断解释方法第一百二十页，共134页。同一场地，如多根桩都在同一深度存在“缺陷”反射波，应查看地质勘察报告，了解地层是否由软突然变硬，或由硬突然变软，典型实例如图

6.3.11.实例十正确的排除地层的反射波6.3反射波信号处理分析实例第一百二十一页，共134页。6.4反射波法对桩身完整性的判断准则类别时域信号特征

幅频信号特征Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间隔，其相邻频差△f＝C/2LⅡ2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射桩底谐振峰排列基本等间隔，其相邻频差△f＝C/2L，轻微缺陷产生的谐振的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差△f，，>C/2LⅢ有明显缺陷反射波，其它特征介于Ⅱ和Ⅳ类之间Ⅳ2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波缺陷谐振峰排列基本等间隔，相邻频差△f，，>C/2L，无桩底谐振峰；或因桩底浅部严重缺陷