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1、精选优质文档-倾情为你奉上基 桩 低 应 变 检 测 技 术 （祝龙根，同济大学） 2008/11/18一、引言1. 建筑基桩检测的现行技术规范（1）上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程(DGJ08-218-2003)，2003年（2）上海市工程建设规范地基基础设计规范（DGJ08-11-1999），1999年（3）中华人民共和国行业标准建筑基桩检测技术规范(JGJ06-2003)，2003年2. 建筑基桩（桩基中的单桩）的主要检测内容如下：(1) 桩基的承载力，包括：竖向抗压承载、抗拔承载力和水平承载力。(2) 基桩的完整性。3. 何谓基桩的完整性？反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性
2、和连续性的综合指标。4. 检测基桩完整性的常用方法(1) 低应变法；(2) 高应变法；(3) 超声波透射法；(4) 钻孔取芯法等。5. 何谓低应变法？ 在桩顶施加低能量的荷载，实测桩顶速度（或同时实测力）的响应，通过时域或频域分析，判定桩身完整性的检测方法。6. 低应变法检测桩身完整性的主要方法 (1) 弹性波反射法；(2) 机械阻抗法；(3) 超声波透射法。7. 何谓弹性波反射法？根据反射波与入射波的波形特征、幅值、相位、频率的比较，对混凝土桩的完整性作出判别的一种方法。8. 弹性波反射法检测桩身完整性的检测仪器布置框图P35 图8.3.29. 低应变法检测桩身完整性的适用范围（1）本方法适
3、用于在上海地区应用的各种混凝土预制桩、灌注桩的完整性检测，判定桩身是否存在缺陷、缺陷程度及其位置；（2）本方法检测缺陷的有效深度，40m以上的长桩宜按长径比不大于50控制，对任何类型超长桩，宜慎重使用；（3）不能检测桩基承载力、桩身混凝土强度、桩长。10. 低应变法检测桩身完整性最终提示的检测成果P7, 3.0.7条图(1) 基桩示意图二、弹性波反射法1. 桩身完整性时域检测方法(1) 弹性波在桩内的传播规律1) 阻抗、界面的基本概况a) 阻抗 阻抗 式中：A桩身横截面积；桩身质量密度()； ；r 桩身的重度；g 重力加速度(；C 纵波在桩身内传播速度。b) 界面阻抗发生变化的部位称之为界面。
4、产生界面的原因？桩身出现缺陷。灌注桩缩颈、扩颈、夹泥、离析等。砼预制桩裂缝、断裂、空洞、蜂窝、接桩质量差等。(2) 弹性波在界面处的反射、透射图(2) 弹性波在界面处反射、透射I 入射波； R 反射波；T 透射波。“波”振动能量的传播方式。分别为入射波、反射波、透射波在界面处引起的质点振动速度；分别为入射波、反射波、透射波在界面处引起的作用力。由于，界面两侧力、速度相等，则： -(1) -(2)由波阵面动量守恒条件可得： - (3)联立求解(1)、(3)式，则得： - (4) -(5) -(6) -(7)若令：阻抗比反射系数透射系数则式(4)(7)变成为： -(8) -(9) -(10) -(
5、11)(3) 应用反射波检测桩身缺陷1) 桩身缺陷和反射波与入射波之间相位关系a) 若桩身截面积不变，但出现缺陷（如：夹泥、离淅、裂缝等），此时，F0，则：与同号，亦即桩顶处反射波引起的质点振动速度与入射波引起的质点振动速度同相，俗称“同相起点”。b) 若桩身出现缩颈，亦即，此时、，则：与同号，亦即桩顶处反射波引起的质点振动速度与入射波引起的质点振动速度同相，俗称“同相起跳”。c) 若桩身出现扩颈，亦即，此时，、，则：与符号相反，亦即桩顶处反射波引起的质点振动速度与入射波引起的质点振动速度反相，俗称“反相起跳”。d) 桩端也是一个界面，一般情况下持力层的阻抗小于桩身的阻抗，此时、，则：与同号，
6、亦即桩顶处反射波引起的质点振动速度与入射波引起的质点振动速度同相，俗称“同相起跳”。图(3) 桩身缺陷反射波信号示意图2) 桩身缺陷严重程度与速度反射波幅值之间的关系桩身缺陷越严重，阻抗比i、反射系数F越大，则：桩顶处实测得到的速度反射波幅值越大。举例：iF102|0.333|4|0.600|反射波幅值大小除了与缺陷严重程度有关以外，还与下列因素有关：a) 缺陷距桩顶距离；b) 桩身阻尼值大小；c) 桩身与周围土层耦合程度。3) 桩身缺陷位置的确定 -(12)式中：缺陷桩缺陷处反射波传播至桩顶的时间，缺陷桩纵波速度，确定方法详见后述。4) 桩身缺陷性质与反射波特征之间的关系a) 断裂 浅部（2
7、3m之内）锯齿状的波叠加在低频波上。 中浅部出现2次、甚至多次反射。 深部（见不到桩底反射）拟完整桩端反射，但实测纵波速度明显偏高，其原因见后述。b) 离淅反射波与入射波同相、反射波较杂乱、反射波幅值较小。 c) 变截面（缩扩颈）d) 桩顶松软2、桩身完整性频域检测方法(1) 桩轴向振动微分方程的建立1) 基本假定a) 假定桩为一根无阻尼的弹性直杆；b) 假定桩产生轴向变形后应力均匀分布。2) 计算图式图(10) 计算图式图中：Q(t)施加在桩顶的锤击力（kN）；Fd(t)桩侧土的动阻力（kN）；Pd(t)桩端土的动阻力（kN）；Co桩侧土的阻尼系数（kNS/m）；Ko桩侧土的抗剪刚度（kN/
8、m）；Cg桩端土的阻尼系数（kNS/m）；Kg桩端土的抗压刚度（kN/m）；Z端轴向动应力（MPa）；(Z+dz)端轴向动应力（MPa）；uZ端轴向动位移（m）；(Z+dz)端轴向动位移（m）；桩身材料的质量密度（kNS2/m4）；A桩的横截面积（m2）。3) 在单元体上的作用力：Z端的作用力（kN）；(Z+dz)端作用力（kN）；惯性力（kN）；Koudz桩侧土剪力（kN）；桩侧土阻尼力（kN）。4) 桩轴向振动微分方程 作用在单元体上力平衡方程：(13)整理上式，则得：(14)根据材料力学知识可知：(15)式中：E桩的弹性模量（MPa）对（15）式求导，则得：(16)将（16）式代入（14
9、）式，则得桩轴向振动微分方程：(17)若不考虑桩侧土影响，即：Co=0、Ko=0，则（17）式变成为下式：(18)式中：(19)分析(19)式可知：纵波在桩身内的传播速度C（简称纵波速度）与桩身弹性模量E的平方根成正比；与桩身质量密度的平方根成反比。(19)式在理论上表明了纵波速度C与桩身弹性模量E、质量密度之间的关系。然而，目前理论上还未得到纵波速度与强度之间的关系式。但是，从实践中发现纵波速度与强度之间存在正相关关系，即混凝土桩的纵波速度值大，其强度值高。表(1)中所列各种混凝土桩型纵波速度与强度之间的关系，是笔者根据多年实践取得的经验数据，仅供参考。表(1) 混凝土桩纵波速度(m/s)与
10、强度之间的关系混凝土强度桩型 C25C30C35C40C60C80灌注桩32003400340036003600380038004000实心预制方桩38004000空心预制方桩41004200高强度预应力管桩42004300实践中还发现影响混凝土桩纵波速度的因素除强度外，粗骨料的品种和粒径、含水率、添加剂的品种和数量、钢筋的排列、成桩工艺和养护方法等对其亦有不同程度的影响。同一强度的混凝土桩，在不同的工程中，由于上述各种因素相异，可能呈现不同的纵波速度值。既然如此，就不能用低应变实测所得的纵波速度值去推算桩身混凝土强度。(2) 桩轴向振动微分方程的求解1) 无桩侧土公式(18)即无桩侧土情况下
11、桩轴向振动微分方程。对于具有一定边界条件的有限长混凝土桩，可以用分离变量法求解(18)式，解可以写成如下三角函数的形式： (20)式中：u桩轴向振动位移（m），桩轴向振动位移幅值（m），桩轴向固有振动园频率（rad/S）,t时间（S），M、N待定常数。(20)式对t、Z分别作求导，则得： (21a) (21b) (21c) (21d)将式(21b)、(21d)代入(18)式，则得桩轴向振动的振型微分方程： (22)(22)式的解可以写成下式： (23)(23)式为桩轴向振动振型表达式，其中：M、N为与桩端边界条件有关的待定常数。a) 桩端固定（桩端嵌入坚固的岩层）、桩顶自由边界条件见图（11）
12、：Z=0=0Z=L 将Z=0、=0代入(23)式，则得：M=0，(23)式变成为： (24)(24)式对Z求导，则得： (25)将Z=L、代入(25)式，则得：因为(23)式有解，N0，且0，则： (26)若要使(26)式成立，则：，i=1，3，5. (27)Li=，i=1，3，5. (28)(27)、(28)式中：、Li分别为完整桩在无桩侧土条件下桩端固定、桩头自由时轴向振动固有园频率(rad/S)、固有周频率(Hz)。连续质量分布的桩，轴向有无限个固有频率。根据(28)式，可得完整桩轴向相邻固有周频率差值Li(Hz)：Li= (29)图(11) 桩顶、桩端边界条件（无桩侧土）b) 桩端自由
13、（桩端沉汙、脱空）、桩顶自由边界条件见图（11）：Z=0Z=L对(23)式求导则得： (30)将Z=0，代入（30）式，则得N=0，(30)式变成为： (31)将Z=L、代入（31）式，则得： (32)因为（23）式有解，M0，且，则： (33)若要使（33）式成立，则： ，i=1，2，3 (34) Li=，i=1，2，3 (35)(34)、(35)式中：、Li分别为完整桩在无桩侧土条件下桩端自由、桩顶自由时轴向振动固有园频率(rad/S)、固有周频率(Hz)。根据(35)式，可得完整桩相邻固有周频率差值Li：Li= (36)分析(29)、(36)式可知，在无侧土、桩顶自由条件下，不管桩端是嵌
14、固还是自由，桩轴向振动相邻固有周频率的差值Li均为C/2L。若将(29)、(36)式中桩长L改成为缺陷至桩顶的距离Lri，则(29)、(36)式就变为上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程（DGJ082182003）中(8.4.1-5)式，即：式中：缺陷至桩顶的距离(m)；缺陷桩相邻波峰之间的频率差平均值(Hz)；n根完整桩纵波速度的平均值(m/s)，n5。在这里应说明的是：注脚符号i，不是上面所指的i阶频率，而是指第i根桩，Lri意指第i根缺陷桩缺陷距桩顶的距离。2) 有桩侧土前述(17)式为有桩侧土时桩轴向振动微分方程。根据桩顶、桩端的边界条件，应用超越方程可求得轴向振动固有频率。a) 桩
15、顶、桩端的边界条件按受力机理，桩可以分成三种：纯摩擦桩、端承桩和摩擦桩，如图（12）所示。图(12) 三种桩型受力机理、边界条件 图中：Q桩顶轴向荷载(kN)；Qf桩侧土摩阻力(kN)；Qp桩端支承力(kN)；桩端刚度比（无量纲）；桩端刚度比按下式计算： (37)式中：Kg桩端土的抗压刚度(kN/m)；Kc桩身抗压刚度(kN/m), Kc=，E、A、L分别为桩的弹性模量、截面积、桩长。 纯摩擦桩由于，钻孔灌注桩桩端沉汙未清除或预制桩桩侧土上抬至使桩端脱空，桩顶荷载Q全部由桩侧摩阻力Q承担，即Q=Q，称这种桩为纯摩擦桩。纯摩擦桩的桩顶、桩端边界条件为：桩顶：Z=L，桩端：Z=0，。 端承桩桩端嵌
16、固在坚固的岩层中，并可不计桩身的压缩变形产生的桩侧土阻力，桩顶荷载Q全部由桩端的支撑力Qp承担，即Q=Qp, 称这种桩为端承桩。端承桩的桩顶、桩端边界条件为： 桩顶：Z=L， 桩端：Z=0，。 摩擦桩桩端支承在中等坚硬的土层中，桩顶荷载Q由桩侧摩土阻力Q、桩端支承力Qp共同承担，即Q=Q+Qp，称这种桩为摩擦桩。Q、Qp在Q中所占的比例，受桩端土坚硬程度及桩身压缩变形大小的影响。上海地区所采用的钻孔灌注桩、预制桩属摩擦桩，Qp/Q之比约在25%左右，其桩顶、桩端边界条件为：桩顶：Z=L，；桩端：Z=0，。b) 桩轴向振动固有频率Li、相邻固有频率差Li见表（2）表(2) 桩轴向振动固有频率、相
17、邻固有频率差值桩型桩端边界条件桩侧边界条件Li(HZ)Li(HZ)纯摩擦桩Ko=0CO=0Ko0CO0端承桩Ko=0CO=0Ko0CO0摩擦桩Ko=0CO=0Ko0CO0由表（2）可知：纯摩擦桩、端承桩在有桩侧土（KO0、CO0）时，桩的轴向振动固频率fLi，不仅与E、A、L、C有关，而且受KO、CO影响，其表达式较复杂。对于摩擦桩，桩的轴向固有频率fLi、即使在无桩侧土（KO=0、CO=0）时，其表达式也相当复杂。当然，上述情况桩的轴向相邻固有频率的差值Li不可能恒为。由完整桩轴向相邻固有频率差值Li分析得到的缺陷桩缺陷段轴向相邻固有频率差值ri，也不可能恒为ri。为了根据实测分析计算所得的
18、频谱图取得缺陷桩缺陷距桩顶的距离Lri，上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程（DGJ08-218-2003）第（8.4.1-5）式中，ri定义为缺陷桩相邻波峰（即相邻固有频率）之间频差的平均值，由该式计算得到的Lri，仅为缺陷至桩顶的估算距离。(3) 实例例1：某混凝土预制桩，桩端进入岩层（可认为是固定端），桩长L=10m，桩截面尺寸F=300mm300mm，在有桩侧土和无桩侧土情况下，实测前五阶固有频率及其相邻固有频率差值，详见表（3）、表（4）：表(3) 桩周土对固有频率的影响 固有频率桩侧土类第1阶(HZ)第2阶(HZ)第3阶(HZ)第4阶(HZ)第5阶(HZ)无桩侧土66195324
19、451575软塑粘土86204330455576可塑粘土93207332456577表(4) 桩周土对相邻固有频率差的影响相邻固有频率差桩侧土类第1、2阶(HZ)第2、3阶(HZ)第3、4阶(HZ)第4、5阶(HZ)无桩侧土129129127124软塑粘土118126125121可塑粘土114125124121分析表(3)、表（4）可知：1) 有、无桩侧土，对桩的第1阶固有频率影响很大，有桩侧土的第1阶固有频率比无桩侧土高约30%40%，并因此影响第1、2阶相邻固有频率差值。2) 在无桩侧土时，各阶相邻固有频率差值基本相同。例2：桩型及尺寸完全与例1中的混凝土方桩相同，桩端进入硬塑粘土，桩侧土
20、分别为硬塑、可塑及软塑粘土时，实测前五阶固有频率、相邻固有频率差值，详见表（5）、表（6）。表(5) 桩周土对固有频率的影响固有频率桩侧土类第1阶(HZ)第2阶(HZ)第3阶(HZ)第4阶(HZ)第5阶(HZ)硬塑粘土101177293417540可塑粘土87169289414538软塑粘土61158281409534表(6) 桩周土对相邻固有频率差的影响相邻固有频率差桩侧土类第1、2阶(HZ)第2、3阶(HZ)第3、4阶(HZ)第4、5阶(HZ)硬塑粘土76116124123可塑粘土82120125124软塑粘土97123128125分析表（5）、表（6）可知：1）当桩端进入硬塑粘土时，桩侧
21、土性质对第1阶固有频率影响亦很大，并且第1、2阶相邻固有频率差值远小于其它相邻各阶的差值。2）在应用上海市工程建设规范建筑基桩检测技术规程（DGJ082182003）中(8.4.1-5)式，确定缺陷距桩顶的距离Lri时，缺陷桩相邻固有频率的差值，宜取第1、2阶以后的相邻固有频率差值ri的平均值。(4) 完整桩轴向振动幅频曲线的特征 1) 有桩端反射波信号有桩端反射波信号时幅频曲线图, 如图(13)所示。图中： 质点振动速度(mm/s), 完整桩轴向振动固有频率（Hz）， 完整桩轴向振动相邻固有频率的差值()；C为纵波速度（，L为完整桩长(m)，图(13) 有桩端反射波信号的幅频曲线2) 无桩端
22、反射波信号无桩端反射波信号时幅频曲线图，如图(14)所示，图中符号含义同图(13)。图(14) 无桩端反射信号的幅频曲线(5) 缺陷桩轴向振动幅频曲线的特征不同缺陷程度的缺陷桩，其轴向振动幅频曲线图，如图（15）所示，它们分别有如下特征：轻度缺陷桩：幅频曲线呈轻度峰谷状起伏；明显缺陷桩：幅频曲线呈明显峰谷状起伏；严重缺陷桩：幅频曲线呈十分深凹峰谷状起伏。图中：桩身缺陷距桩顶的距离(m);缺陷桩缺陷段的轴向振动固有频率（Hz）；缺陷桩缺陷段相邻固有频率之间的差值（Hz）；，为同一工程根桩纵波速度的平均值，且，为第i根完整桩纵波速度。图(15) 缺陷桩的幅频曲线3、桩身完整性的时域、频域特征联合判
23、断类型桩端反射时域信号特征频域信号特征I有2L/C时刻前无缺陷反射波信号，桩端反射明显、波形规则、波列清晰、完整桩之间波形特征相似。谐振峰排列基本等间距，峰谷明显，相邻峰之间频率差基本相等，Li=C/2L，幅频曲线正常。无既无缺陷反射波信号、亦无桩端反射波信号。幅频曲线正常，呈连续状。II有2L/C时刻前有轻度缺陷反射波信号，桩端反射波较明显，桩端反射波受轻度缺陷反射波干涉，反射波规律性不如完整桩。桩端谐振峰排列基本等间距，Li=C/2L。轻度缺陷段产生谐振峰之间频率差ri=C/2Lri峰谷均不深无仅有轻度缺陷反射波信号。仅有轻度缺陷段产生的谐振峰，ri=C/2Lri。有2L/C 时刻前有明显
24、缺陷反射波信号，桩端反射不明显桩端谐振峰微弱，峰谷不明显。明显缺陷段产生的谐振峰峰谷明显。Li=C/2L，ri=C/2Lri无2L/C时刻前有明显缺陷反射波信号，无桩端反射波信号。仅有明显缺陷产生的谐振峰，峰谷明显。无2L/C时刻前缺陷反射强烈，且有二次、甚至多次反射波信号。无桩端谐振峰。严重缺陷段谐振峰十分明显，有多次深凹的峰谷状起伏。ri=C/2Lri4、若干问题的探讨 (1) 用弹性波反射法检测混凝土预制桩接桩质量的可行性探讨混凝土多节预制桩，由于接桩面不平整、焊接质量不高和桩间土上抬、侧向挤压等，将造成上、下节桩接触面不密贴，甚至松脱、局部错位、完全错开等，如图(16)所示。用弹性波反
25、射法检测混凝土预制桩接桩质量，主要根据接桩面、桩端反射波信号强弱来进行判别。接桩面密贴的混凝土预制桩，无接桩面反射波信号，一般情况下桩端反射波信号可见。接桩面欠密贴的混凝土预制桩，桩面反射波信号较弱，有时可见桩端反射波信号。接桩面松脱、局部错位、完全错开的混凝土预制桩，均有接桩面反射波信号强烈，甚至有二次、多次反射波信号可见，及无桩端反射波信号的共同特征。用弹性波反射法无法检测上、下节桩脱开的距离、错开的程度。若要了解上、下节桩脱开的距离、错开的程度，必须辅之其它检测方法，如：1) 用水准仪、经纬仪测定桩顶上抬、下沉和偏位量；2) 在桩顶施加静载，并测定下沉量；3) 在桩顶施加上拔荷载，并测定
26、上拔荷载、上拔位移量；4) 在桩顶施加锤击力，测定桩顶下沉量，并同时进行高应变检测分析。图(16) 接桩面接触情况示意图(2) 桩身完整性的内涵上海市工程建设规范“建筑基桩检测技术规程（DGJ082182003）”第3.0.7条明确规定，通过桩身完整性检测将桩身质量分成 、四类，如下表(7)所示。通俗地说，类桩为桩身结构完好的优良桩；类桩为桩身存在轻度不利缺陷的合格桩；类桩为桩身存在明显不利缺陷的不合格桩；类桩为桩身存在严重缺陷的废桩。表(7) 桩身完整性判定表类别分类原则I无任何不利缺陷，桩身结构完整；II有轻度不利缺陷，但不影响或基本不影响原设计的桩身结构承载力；III有明显不利缺陷，影响
27、原设计的桩身结构承载力；IV有严重不利缺陷，严重影响原设计的桩身结构承载力；暨决定于桩身结构强度，又同时决定于桩周土的支承力，设计承载力取其二者的小值。在按表（7）对桩身结构承载力受损程度进行分类时，不仅应考虑轴向抗压承载力，还应考虑抗拔、抗水平和抗弯曲承载力。不同类型的桩，其缺陷的内含是不相同的。对于混凝土预制桩，缺陷将包含裂缝、接桩质量等；对于钻孔灌注桩，缺陷将包含缩颈、夹泥等。如何根据裂缝开展宽度、接桩面紧密程度、缩颈大小、夹泥面积对桩身完整性进行半定量、定量分析和类别判别，笔者根据经验，简述于表(8)中，仅供参考。表(8) 桩身完整性的内涵桩型判别内容桩身完整性IIIIIIIV完整轻度
28、缺陷明显缺陷严重缺陷砼预制桩裂缝无裂缝细裂缝，又称微裂、发裂，裂缝宽度0.2mm，且未贯通裂缝，又称明显裂缝，0.2mm，未贯通断裂0.2mm，贯通接桩密贴又称无间隙欠密贴，又称局部有间隙，局部接触脱开，又称松脱错位又称错开灌注桩缩颈桩径没计直径轻度缩颈又称微缩颈，桩径设计直径，但不露筋明显缩颈，桩径设计直径，且局部露筋严重缩颈，桩径设计直径，全部露筋夹泥无夹泥局部夹泥，夹泥面积FO30%F(3) 用弹性波反射法检测钻孔灌注桩沉渣厚度、混凝土预制桩端脱开距离可行性探讨当钻孔灌注桩桩端沉渣未清、混凝土预制桩桩侧土上抬而至使桩端脱空时，则桩端处于自由和作用力、刚度比-为零的边界状态。根据行波理论可
29、知：由锤击桩顶产生的向下传播的压力波在桩端处引起的质点运动速度，与反射波产生的质点运动相叠加（符号相同）而得到增强，此时在桩顶检测到的质点振动速度反射波信号特别强烈，且与向下传播的压力波引起的质点振动速度同相（即同相起跳）。但是，现在从理论、实践上尚未证明桩顶检测到的质点振动速度反射波信号强弱程度，与桩端沉渣厚度、脱空距离之间存在相关关系。因此，目前用弹性波反射法仅能检测桩端是否存在沉渣、脱空，而无法测定沉渣厚度、脱空距离。(4) 用弹性波反射法检测桩长可行性探讨 用弹性波反射法检测桩长，似乎很简单，只要按（38）、（39）式便可计算得到： （38） （39） 式中： L 完整桩长（m）， t
30、 完整桩端反射波传递时间（s）， 完整桩轴向振动相邻固有频率差平均值（Hz）， C 桩身纵波速度（m/s）。 并将t、C代入（38）式, 、C代入（39）式，即可计算得到桩长L。t、可分别从实测时域反射波信号图、频谱图中得到。 用弹性波反射法能否检测桩长？关键在于能否正确确定纵波速度C值。采用同一工程（）根完整桩实测所得的平均纵波速度值或纵波速度与桩身混凝土强度之间经验关系所得的纵波速度C值来确定，由于P13所述的原因，具有很大的不确定性，据此纵波速度值用(38)、（39）式计算所得的桩长，亦很不可靠，故用弹性波反射法检测桩长不可行。在此，笔者还将介绍一个基桩完整性检测中有时会碰到的短桩问题：
31、由于诸种原因，在接近桩端部位存在缺陷（即深部缺陷），如图（17）所示，其实测时域图、频谱图中，深部缺陷反射波信号可见，而无桩端反射波信号。由于，深部缺陷接近桩端，检测人员误将深部缺陷反射波信号当作桩端反射波信号。在分析计算桩身纵波速度时，将理应按（40）式计算桩身纵波速度C，误用了按（41）式计算桩身纵波速度，得到了C值。因L（设计桩长）（深部缺陷至桩顶距离），C值必然大于C值，且C值明显高于正常值（C值超出5000m/s，甚至更大），而判其为短桩（明显小于设计桩长）。 (40) (41)工程中，由于事故、人为原因，会出现短桩现象。但鉴于P13所述原因和无法区别深部缺陷反射波信号与桩端反射波信
32、号之间差别，故用弹性波反射法无法判别短桩。只不过从高于正常值范围的C值中获取了可能出现短桩的信息，若要正确判别短桩，必须同时采用其它方法。图(17) 深部缺陷反射波信号示意图5、工程实例(1) 某某大厦1) 工程概况 基础采用钻孔灌注桩，直径，桩长L46.5m，桩身混凝土强度C30，总桩数N=406根。 2) 有代表性检测实例 a) 6#号桩：完整桩。 b) 64#号桩： 11.3m附近明显扩颈，时域图不很明显，频域图很清楚， = c) 155#号桩： 3.8m附近明显扩颈， =d) 295#号桩： 5.6m附近明显缩颈， =e) 332#号桩： 9.0m附近断裂，多次反射（时域图），深凹(频
33、域图)，=f) 354#号桩：4.4m附近明显缩颈，= g) 369#号桩： 12.1m附近明显扩颈， = h) 375#号桩： 5.1m附近明显扩颈， =(2) 某饲料厂筒仓1) 工程概况基础采用钢筋混凝土预制桩，截面积F350x350mm2，桩长L25.0(12+13)m，桩身砼强度C40。2) 有代表性检测实例a) 70#号桩： 接桩密贴， =b) 109#号桩： 松脱或局部错位或全部错位，出现二次反射、幅频曲线深凹， =c) 94#号桩：欠密贴，无二次反射、幅频曲线峰谷不明显， =6、小结根据一维弹性波在基桩内的传播理论可知：桩顶受锤击后产生的应力波（或应变波）在桩身内向下传播的过程中
34、，当遇到阻抗发生变化的界面（如：缩颈、扩颈、离析、裂缝、断裂等缺陷和接桩面、桩底）时，将产生反射波，反射波信号的强弱、幅频曲线的起伏程度与界面处的波阻抗差异（即界面上、下桩身阻抗之差）成正比。若桩身内存在严重缩颈或断裂面时，则不但反射波幅值大，而且将出现二次、甚至多次反射，幅频曲线有十分深凹的多次起伏。当界面之上的桩身阻抗大于界面之下桩身阻抗，亦即阻抗比大于1时，反射波相位与入射波相位“同相”，反之反射波相位与入射波相位“反相”。上海地区基岩埋深很大，桩端不可能支承在基岩上，不可能形成阻抗比小于1的界面，所以除扩颈桩外，基桩完整性检测中，获取的反射波均与入射波同相。由上可知，根据反射波相位难于
35、识别桩身缺陷是缩颈、夹泥离析，还是裂缝、断裂。为了识别桩身缺陷性质，应仔细观察反射波特征。若距桩顶约23m之内出现断裂，反射波往往具有锯齿状波叠加在低频波上的特征，若距桩顶7、8m左右出现断裂，反射波往往具有波宽较窄的二次，甚至多次反射；若桩身深部出现严重缺陷，反射波似完整桩端反射，实测计算得到的波速肯定偏高。若桩身存在离淅，反射波往往较杂乱，且波幅较小。若桩端有沉渣，则桩端反射波信号既强又杂乱。钢筋砼桩的接桩面也是一个界面，若接桩面不密贴，则反射波信号明显可见；若上、下节桩已脱开、错位，那末反射波必然很强烈，而且将出现二次、甚至多次反射，幅频曲线有多次深凹的峰谷状起伏，然而，弹性波反射法，无
36、法检测上、下节桩脱开的距离，也无法判别是脱开、还是错开。总之，为提高基桩完整性判别结果的正确性，应对反射波特征、幅值、相位以及幅频曲线形状进行综合分析。大量实践证明，反射波特征、幅值和幅频曲线形状，不仅与桩身界面上、下阻抗差异、界面距桩顶的距离大小、桩身材料的阻尼、成桩工艺等有关，而且与基桩周围土层性质、桩土耦合程度等因素密切相关。因此，用弹性波反射法检测基桩完整性，目前尚处于定性阶段，判别桩的4条标准，实属定性描述。鉴于上述，从事基桩弹性波反射法检测工作的技术人员，应多积累经验、开展科学研究，将这门检测技术逐步提高到新的水平。三、机械阻抗法简介1、机械阻抗法的一些基本概念(1) 何谓机械阻抗
37、法？ 机械阻抗法是指根据桩顶激振力及速度响应实测数据计算分析得到的基桩共振频率、波速、导纳、动刚度等参数识别桩身完整性的一种动测方法。它分稳定机械阻抗法、瞬态机械阻抗法。(2) 机械阻抗、导纳的含义 机械阻抗、导纳反应了桩土系统在频率域上的动态特性，有加速度阻抗、速度阻抗、位移阻抗之分。其倒数分别称之为加速度导纳、速度导纳、位移导纳。1) 加速度机械阻抗、加速度导纳 (42) 式中：F(f)施加在桩顶的激振力； a(f)实测的桩顶加速度响应； f 激振力的周频率。2) 速度机械阻抗、速度导纳 (43)式中：实测的桩顶速度响应。3) 位移机械阻抗、位移导纳 (44)式中：A(f)实测的桩顶位移响
38、应。4) A(f)、V(f)、a(f)之间存在下列关系 (45) 式中：施加在桩顶上激振力的园频率（弧度/秒）。2、桩顶的速度导纳曲线(1) 桩顶位移阻抗Z (17)对(17)式作符利叶变换，并应用超越方程求解，则得： （45）式中：、分别为桩顶、桩端位移阻抗()， ，图(18) 基桩示意图 ， ， 桩端土抗压刚度(), 桩侧土抗剪刚度(), 桩端土的阻尼系数(), 桩侧土阻尼系数(),(2) 桩顶速度导纳 （46）(3) 桩顶的速度导纳曲线1) 桩顶的速度导纳曲线根据（46）式可绘出桩顶的速度导纳随频率的变化曲线。 图中： P 导纳曲线中的极大值(); Q 导纳曲线中的极小值(); N 导纳
39、的几何平均值(), ; m 速度导纳曲线初始直线段的终点; 对应于m点的频率(); V(f)对应于m点的桩顶振动速度响应(); F(f)施加于桩顶的激振力();导纳曲线中两个相邻峰值频率之差()。2）理论导纳 （47）式中：A 桩的横截面积() 桩的质量密度();C 桩的纵波速度()。3）动刚度动刚度即位移机械阻抗，亦即桩顶产生单位位移所需的力。它可以根据实测的速度导纳曲线初始直线段终点m处速度导纳值求得。 （48） 4） （49）3、基桩完整性判别(1) 完整桩纵波速度C确定 （50）(2) 缺陷位置的确定 （51） 式中：缺陷桩实测速度导纳曲线相邻峰值频率之差； n根完整桩实测纵波速度平均值。(3) 桩身完整性判别标准表(9) 桩身完整性评定表桩身完整性类别缺陷程度特征I无缺陷动刚度Kd大于全桩区动刚度的均值；导纳几何平均值N小于导纳理论值Nc且小于全桩区的均值；纵波波速C大于全桩区纵波波速的均值；导纳曲线谱形状特征正常，导纳曲线谱中只有完整桩振动特性峰反映。II轻度缺陷动刚度Kd大于等于全桩区动刚度的均值；导纳几何平均值N小于等于导纳理论值Nc且小于等于全桩区的均值；纵波波速C大于等于全桩区纵波波速的均值；导纳曲线谱形状特征比较正常，导纳曲线谱中有轻度缺陷桩振动特性峰反映。I