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

吳慶曾原中國地質調查局技術方法研究所

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不同類型缺陷反射波規律反射波法的現場數據采集技術要點反射波信號的處理數據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樁式基礎的優越性

▲有很好的抗震性能（一般動荷載比靜荷載要大6－7倍）；▲樁的承載力高(可加大樁徑，擴大樁底面增加承載力)；▲沉降量較小▲復雜地層如沙土地層、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；可有鋼筋混凝土預制樁、預應力管樁、鋼樁、木樁；2.

原地灌筑樁可分為1概述第八頁，共134頁。此外還有擴徑缺陷、擴底樁

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、地層的地質因素、施工的人為因素，樁身出現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（預制打入式樁、原地灌注樁）

4.斷、裂（預制打入式樁、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.擴徑（原地灌注樁）

8.擴底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、低應變反射波法、鉆芯法、高應變法1.《建筑工程基樁檢測技術規范》（JGJ/T106-2003）

2.《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/TF81-01-2004）

3.《基樁低應變動力測樁規程》（JGJ/T93—95）

4.《超聲法檢測混凝土缺陷技術規程》（CECS21：2000）1.6工程基樁完整性檢測的有關規程

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.荷蘭在二十世紀六十年代中期開發了反射波法檢測基樁的完整性

2.我國在上世紀八十年代中后期國家基本建設大規模發展的背景下開發研究并推廣了反射波法基樁完整檢測技術

3.1995年地質礦產部和建設部聯合頒發了《基樁低應變動力檢測規程》

（JGJ/T93－95）

4.2003年建設部頒發《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106－2003）

5.

2004年交通部頒發《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/TF81-01-2004）

1.7反射波檢測基樁完整性的發展概況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產生什么現象？第十五頁，共134頁。2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

2.1

錘擊激振在樁身內引起振動與波動規律

當錘擊激勵樁頭，會引起什么物理現象發生？有兩方面問題需考慮：一樁身內會產生什么振動和波動；二地層中會引起波動嗎？

為搞清上述問題，我得到一個部級資助研究項目：研究“樁土體系內聲波傳播規律”。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。波振面說的是介質受到外力擾動時，質點彈性振動的傳遞波動過程，在最前面的波動面的形狀稱“波振面”。它和振源的類型有關。

◆

波振面有三種形式，如下：2.1錘擊激振在樁身內引起振動與波動規律第十七頁，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，在樁身內激勵的是平面波，如右圖。2.1錘擊激振在樁身內引起振動與波動規律第十八頁，共134頁。

錘擊擊振樁頭產生的是半球面波

2.反射波檢測樁身缺陷的基本原理

◆低應變使用的是小錘，垂頭是球面的，它屬于點振源，激勵樁頭后，在樁身內激勵產生的是半球面波。遠離振源后，可近似的視為平面波，實踐證實，這種簡化問題的處理方法是正確的。2.1錘擊激振在樁身內引起振動與波動規律第十九頁，共134頁。2.

反射波檢測樁身缺陷的基本原理

2.2

點源激振在樁身內的振動與波動規律2.2.1樁身內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。

預制樁樁身的聲速：4200m/s

水下灌筑樁的聲速：3300-3800m/s

干作業灌筑樁聲速：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

沿樁頭表面傳播的是縱波、橫波、面波堆積在一起的波動，故稱之為“直達波”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◆斜入射時的反射與折射◆垂入射時的反射與透射

◆射射定律（Snell）第二十四頁，共134頁。2.2.6

斜入射的波會在樁土界面產生“折射現象“

根據折射定律在樁土界面會產生折射現象，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。

上述結論，是作者所承擔部級資助課題“樁土體系聲波傳播規律”研究實驗成果所所證實。詳細論述，參閱《基樁聲測與動測技術》一書，該書2009年出版第二十五頁，共134頁。

實際樁身內存在多次反射和折射，所以樁身特別是樁頭內的聲場是較復雜的。這些多次反射不會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

折射波會使樁內傳播的聲波產生“折射損失”

在樁土界面產生折射縱波和折射橫波進入地層。造成錘擊入射波的損失，稱“折射損失”由下式決定：

由上式可知地層越硬，Z2越大，折射進入地層的能量越多，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。如介質是不連續的，存在界面n

其中：；

當Z1≠Z2

縱波P垂直入射到界面n（樁底）時，產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。

樁的截面積變化時也會產生反射，其反射系數

廣義的振速反射系數

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力推導出的反射系數稱聲壓反射系數第二十九頁，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的同一性詳細論述，參閱《基樁聲測與動測技術》一書，該書2009年出版

“振速反射系數”與”聲壓反射系數”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。由于振速反射系數可直接給出反射波的相位關系，故實用中多用振速反射系數。第三十頁，共134頁。2.5樁身內反射波的衰減規律L――聲波在樁身內的傳播距離（m）

――擊振點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(dB/m)，是頻率的函數，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。

根據振速反射系數，可確定樁底反射波的相位，振速反射系數：

由已知樁長和樁身聲速預估樁底反射波到達時間范圍

tR＝2L/VB2.6樁底的反射波的識別

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波同相位。第三十二頁，共134頁。2.7樁底反射與樁身內缺陷的反射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.

判斷樁底計算樁身混凝土聲速

由已知樁長和樁底反射波到達時間tR，計算樁身聲速

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

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律3.1完整樁的反射波

特點：只有直達波D和樁底R反射；在直達波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處出現縮徑缺陷

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

1.嚴重的縮徑會產生多次反射波，特點是多次反射是等時間間隔的；2.靠近樁頭的縮徑類缺陷，易出現多次反射，一般是2-3次；3.縮徑類缺陷多次反射，可見樁底

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第三十八頁，共134頁。3.4擴徑的反射波和多次反射

1.嚴重的擴徑會產生多次反射；2.奇次反射與直達波同相；3.偶次反射于直達波同相；4.要注意區分擴徑偶數多次反射與縮徑類反射波的區分。

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第三十九頁，共134頁。由聲壓反射系數可以解釋擴徑的多次反射的相位關系聲壓反射系數第四十頁，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.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十一頁，共134頁。3.6樁頭淺部反射---關于檢測的盲區1,直達波的周期約1-2ms，這段時間是反射波檢測缺陷的盲區；2.要注意盲區內有無波的干涉，由此可在盲區內發現缺陷。

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十二頁，共134頁。3.7擴底樁的反射

擴底樁在樁底反射波的前面，會出現與直達波同相位的微弱反射波。

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十三頁，共134頁。

3.8嵌巖樁的樁底反射

在花岡巖地區嵌巖樁的特有現象，這是由于中風化的巖體與上部強風化巖體的波阻抗差異大，形成的地層反射。3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律

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量塊M，這個質彈系統的振蕩頻率

可見：激勵的力信號脈沖波較窄，后面的振蕩周期很長，波形頻率很低

3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十五頁，共134頁。3.10關于地層的反射

1.地層由軟突然變硬，產生與直達波同相位的反射波；

2.地層由硬突然變軟，產生與直達波反相位的反射波；

3.多條樁同深度出現反射波要考慮是地層反射。3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十六頁，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振蕩周期還沒結束，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.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十七頁，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別；多缺陷的反射波樁底反射較弱；注意，這里是縮徑和擴徑多缺陷。3.樁身內不同類型缺陷反射波的規律第四十八頁，共134頁。建筑基樁檢測技術規范JGJ106-2003修訂報批稿中有：3.基本規定3.3.2檢測工作程序框圖4.反射波法的現場數據采集技術要點第四十九頁，共134頁。4.反射波法的現場數據采集技術要點3.2.2調查、資料收集階段宜包括下列內容：收集被檢測工程的巖土工程勘察資料、樁基設計圖紙、施工記錄；了解施工工藝和施工中出現的異常情況。進一步明確委托方的具體要求。建筑基樁檢測技術規范JGJ106-2003修訂報批稿中有：第五十頁，共134頁。4.1樁頭的處理——擊振點及接收點應打摩平整。4.反射波法的現場數據采集技術要點（1）樁頭沒有打磨平整的后果之一------出現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（b）加速度傳感器的接收信號

4.1樁頭的處理——擊振點及接收點應打摩平整4.反射波法的現場數據采集技術要點第五十二頁，共134頁。

根據樁長、地層狀況和預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.反射波法的現場數據采集技術要點4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當4.2.1擊振是反射波法基樁完整性檢測的重要關鍵技術第五十三頁，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系不大；不同材質的錘墊，能調整脈沖寬度。4.2.2擊振脈沖波的頻率與擊振脈沖寬度有關4.反射波法的現場數據采集技術要點4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當第五十四頁，共134頁。

4.2.3

反射波法儀器配有不同材質的錘頭4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當第五十五頁，共134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第五十六頁，共134頁。第五十七頁，共134頁。

4.2.4錘擊是現場數據采集關鍵的實例實例－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第五十八頁，共134頁。實例－2第一次國家級考試的測試實例

4.2.4錘擊是現場數據采集關鍵的實例4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當第五十九頁，共134頁。4.2.4錘擊是現場數據采集關鍵的實例鐵錘激振力棒激振實例—3不同擊振錘擊振對比

4.2錘擊擊振的脈沖寬度要適當第六十頁，共134頁。4.3錘擊產生的干擾信號（1）鋼筋籠的振動（振動頻率500－1000Hz）（2）消除鋼筋籠振動的方法

●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。第六十一頁，共134頁。

傳感器的安裝和耦合是能否能取得優質信號的關鍵問題，是檢測工作另一個重要環節。

應注意的問題有：

A.

安裝的部位混凝土應完整、無松動，表面平整；

B.傳感器安裝應與樁頂平面垂直；

C.

用耦合劑粘結要粘牢，不可在擊振時使其產生付加振動；

D.

耦合劑可以是黃油、凡士林、牙膏、橡皮泥；

E.

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

F.

其它有關問題參閱“建筑基樁檢測技術規范”（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現場數據采集的技術要點4.5.1三次采集反射波波形應基本一致（防止一錘定音）（1）三次擊振信號不一致，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基本一致（防止一錘定音）4.5現場數據采集的技術要點第六十五頁，共134頁。（5）三次擊振一致性基本相像，但有樁底反射波?？烧J為測試是成功的。4.5.1三次采集反射波波形應基本一致（防止一錘定音）4.5現場數據采集的技術要點第六十六頁，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。此時要做信號處理。如可見樁底反射，即可按此方式和儀器所設參數，在此場地測試下去。4.5.1三次采集反射波波形應基本一致（防止一錘定音）4.5現場數據采集的技術要點第六十七頁，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。此時要做信號處理。如可見樁底反射，即可按此方式和儀器所設參數，在此場地繼續測試下去。4.5.1三次采集反射波波形應基本一致（防止一錘定音）4.5現場數據采集的技術要點第六十八頁，共134頁。4.6檢測的儀器的技術狀況1.《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-20032.《基樁低應變動力檢測規程》JGJ/T93-953.《公路工程基樁動測技術規程》JTG/TF81-01-20044.《鐵路工程基樁無損檢測規程》TB10218-995.《基樁動態測量儀》JJG930－1998系統噪音≤2mV采樣時間間隔2.0－512.0（μs）放大器（浮點）增益≥64（dB）A/D分辨率：16（bit）系統動態范圍≥136dB采樣長度：4KByte4.6.2技術性能：4.6.1儀器技術性能根據下列規程第六十九頁，共134頁。4.6.3兩種典型反射波檢測儀器4.6檢測的儀器的技術狀況第七十頁，共134頁。

關于測試儀器的“

CMC”

問題根據2005年5月18日頒發的國家質量監督檢驗檢疫總局公告第145號文“中華人民共和國依法管理的計量器具目錄”

聲波檢測分析儀、基樁低應變反射波完整性檢測儀等應當不在需要作CMC認證范圍之內。生產廠家不作CMC認證不等于不要作儀器的檢定，儀器的檢定還是要根據相關規程、規范按期進行。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檢測的儀器的技術狀況第七十二頁，共134頁。（2）關于A/D轉換器的作用4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器的工作原理4.6檢測的儀器的技術狀況第七十三頁，共134頁。（3）關于數據采集的觸發與顯示問題4.6.4基樁完整性反射波法檢測儀器的工作原理4.6檢測的儀器的技術狀況第七十四頁，共134頁。（4）基樁完整性檢測儀具備的信號處理

軟件頻譜分析2.低通濾波3.高通濾波4.積分處理5.指數放大6.聲速調節

信號處理的目的是去除雜波、改善信號質量。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檢測的儀器的技術狀況第七十七頁，共134頁。

阻尼特性：靈敏度應達到

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

逐點頻率測試的頻響特性，不反映加速度傳感器的瞬態特性。

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

壓電式加速度傳感器技術指標：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檢測的儀器的技術狀況第八十一頁，共134頁。標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。標有電壓靈敏度加速度傳感器的連接問題

一般是“內裝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檢測的儀器的技術狀況第八十二頁，共134頁。信號處理目的：去除雜波、改善信號質量、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（積分后振動加速度可成為速度信號、振動速度信號可成為位移信號）D.指數放大—

波幅是按指數規律衰減，用隨時間按指數放大可突出深部缺陷及樁底信號E.聲速調節—

使聲速合理、樁長正確5.反射波信號處理

第八十三頁，共134頁。信號處理目的：去除雜波、改善信號質量、使信號直觀、一般人員能看懂F.多點平滑濾波—

使波形光滑去除毛刺G.去除直流成分—

將信號中的直流成分去除，使積分信號正常H.波幅歸一化處理—

將波形中最大峰值調到滿度，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行“平移”、“旋轉”5.

反射波信號處理

第八十四頁，共134頁。5.1關于頻譜分析------分析干擾信號頻率干擾信號頻率

851.44HZ

其頻率分別率d原始反射波信號中有鋼筋籠振動干擾信號

頻譜分析的結果：5.反射波信號處理

第八十五頁，共134頁。

5.2

關于低通濾波1.2KHz低通濾波后的反射波原始反射波信號低通濾波作用是將信號中某個頻率以下的信號可通過，其它的濾除5.反射波信號處理第八十六頁，共134頁。

以上是對樁徑1250mm、長33.9m灌注樁反射波原始信號進行積分的結果5.3關于積分處理5.3.1積分定義：對信號進行積分運算即加速度信號積分成為速度信號被積分的信號波形必須上下對稱，否則積分后波形后部會翹起5.反射波信號處理

第八十七頁，共134頁。關于描述質點振動的三個物理量：振動位移、振動速度、振動加速度附注質點振動位移：質點振動速度：質點振動加速度：第八十八頁，共134頁。5.3.2積分的目的是減少信號余振

積分后直達波成半個周期，樁底反射信號也簡單一些，直達波、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域信號中消失。

5.3關于積分處理5.反射波信號處理第八十九頁，共134頁。

積分后直達波、樁底反射波余振都縮短，變得容易識別、直觀?？墒侵边_波緊接著的同相波動算是什么反射？如果沒有積分前的反射信號，就容易出現誤判。5.反射波信號處理5.3關于積分處理5.3.2積分的目的是減少信號余振第九十頁，共134頁。5.4關于指數放大5.4.1

指數放大的定義：由于聲波的傳播是按指數規律衰減，指數放大是將衰減的波動按指數規律放大恢復。樁徑500mm，樁長25m，3.3m擴徑。20倍指數放大無樁底反射波

但是，如現場數據采集時，沒有采集到樁底信號，指數放大是無能為力的5.反射波信號處理第九十一頁，共134頁。

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

反射波處理實例－2（a）原始信號（b）低通濾波（c）指數放大（d)積分（e）旋轉

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

反射波處理實例-35.5反射波處理實例

5.反射波信號處理第九十四頁，共134頁。

長11.4m沉管灌注樁（a）經0.6KHz低通濾波后的反射波信號；（b）20倍指數放大后的反射波信號反射波處理實例-45.5反射波處理實例5.反射波信號處理第九十五頁，共134頁。反射波處理實例-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；（b）直接積分處理的結果

（1）必須有明顯、較強的樁底反射信號；（2）作積分處理的信號不應含有直流成分；（3）反射波信號正負半周基本對稱。實現積分處理的基本條件5.5反射波處理實例5.反射波信號處理第九十六頁，共134頁。

長9.6m樁的反射波記錄處理的過程

（a）經過0.7KHz低通濾波信號；（b）5倍指數放大；（c）積分處理結果反射波處理實例-6(積分處理可減少信號的余振)5.5反射波處理實例5.反射波信號處理第九十七頁，共134頁。反射波處理實例-7（波形旋轉與平移）

長11.2m鉆孔灌注樁的反射波處理過程

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

如果反射波信號正負半周不對稱，積分后波形后部會翹起?？捎谩靶D”和“平移”功能

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

樁長40.3m的鉆孔灌注樁進行多點平滑濾波處理（a）反射波信號經低通濾波、指數放大后曲線有波動；（b）經20點平滑濾波后的結果5.5反射波處理實例5.反射波信號處理第九十九頁，共134頁。6.1國內外儀器對測試波形信號處理方式的異同

6.數據采集后的處理和推斷解釋方法第一百頁，共134頁。

目前，國外主要同類產品有：

1.美國PileDynamicsInc的

PIT(PileIntegrityTester)

2.荷蘭TNO機構IBBC（研究所）的

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

6.數據采集后的處理和推斷解釋方法第一百零一頁，共134頁。

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

國內產品強調首先要看到原始信號，信號采集后，由檢測者有針對性的來進行信號處理。6.1國內外儀器對測試波形信號處理方式的異同

6.數據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反射波信號分析解釋的多解性

1.反射波信號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，甚至會出現錯誤的判斷，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大體一致；。6.數據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反射波信號分析解釋的多解性

3.當樁身漸漸的擴徑后再縮徑，反射波曲線反應的是縮徑，于是常常會把擴徑誤判為縮徑；

4.地層變化引起的反射波和樁身缺陷的反射波是無法區分的，因而會導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，必須掌握有關的旁證技術資料。6.數據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、水文地質概況；2灌注樁的成孔方式、工藝；3灌注樁的澆灌環境（如是否是水下作業）、方式、工藝。作業）、施工中出現的異常情況；4預制樁的施工方式，和施工中出現的異常情況。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資料、檔案，包括：6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數據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徑，或可能是漸擴徑；3.由成孔方式可推斷缺陷是否是夾泥；由地下水文地質條件及混凝土灌注方法、工藝來判斷是否可能離析；6.2.3地質條件和施工因素與樁身缺陷的關系6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數據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，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；需了解地層是否由軟突然變硬，或由硬突然變軟；7.沒掌握施工時水下灌注未用導管對樁底離析出現的誤判；8.…………6.2.3地質條件和施工因素與樁身缺陷的關系6.2測試資料推斷解釋的基本原則6.數據采集后的處理和推斷解釋方法第一百零七頁，共134頁。6.3反射波信號處理分析實例

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小范圍內波動，不同樁型其聲速的范圍如下：（1）預制樁一般聲速在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）干作業澆灌的聲速在3500-3800m/s。6.數據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）聲速過高錯誤的樁底；（c）聲速過低錯誤的樁底6.3.2實例一樁底反射波的確定原則

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

水下灌筑樁，設計樁長50m，可見明顯的直達波和樁底反射波。如按設計樁長50m計算，聲速為4413m/s，聲速偏高。水下灌注樁的聲速應在3300-3600m/s，將聲速按3500m/s計算實際樁長只有39.7m，顯然施工存在問題。6.3反射波信號處理分析實例

6.數據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；（b）0.5KHz低通濾波；（c）指數放大后定樁頭、樁底、缺陷6.3反射波信號處理分析實例

6.數據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）用指數放大后可見明顯的樁底反射波，6.3.4實例三樁身完整性的分析示范

6.3反射波信號處理分析實例

6.數據采集后的處理和推斷解釋方法第一百一十二頁，共134頁。

（3）對樁身完整性進行分析：⑴在26.8m處有一與直達波同相位反射，應為縮徑類缺陷，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，且塑性指數較大，成孔后間隔時間較長才澆灌混土，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處有擴徑反射波信號，有兩種可能：

◆一是擴徑，如果工程地質勘查報告表明7m處是沙層，同時混凝土澆灌量比正常樁多，可以肯定是擴徑缺陷；

◆如果上面的結論不成立，那么基樁傾斜的可能性就比較大。有關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實例四擴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）由計算機標出的擴徑位置；（b）對同一張記錄加以注釋6.3反射波信號處理分析實例6.數據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反射波信號處理分析實例6.數據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倍指數放大將樁底反射波展現6.3反射波信號處理分析實例6.數據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.實例七擴底樁的反射波記錄

圖中是樁徑、樁長32m的擴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倍指數放大后的波形6.3反射波信號處理分析實例6.數據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（反射系數等于1），多次全反射波的時間間隔是一致的。6.3反射波信號處理分析實例6.數據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.實例九樁頭下部嚴重缺陷的“反射波”記錄

圖中是樁頭下部嚴重缺陷的“反射波”記錄，開挖結果樁頭下1.0m處嚴重離析6.3反射波信號處理分析實例6.數據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，應查看地質勘察報告，了解地層是否由軟突然變硬，或由硬突然變軟，典型實例如圖

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

幅頻信號特征Ⅰ2L/c時刻前無缺陷反射波，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時刻前出現輕微缺陷反射波，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時刻前出現嚴重缺陷反射波或周期性反射波，無樁底反射波；或因樁身淺部嚴重缺陷使波形呈現低頻大振幅衰減振動，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；或因樁底淺部嚴重缺陷