8.1  一般规定

8.1.1  低应变反射波法适用于检测混凝土桩的桩身完整性和缺陷位置及程度。

条文说明 

    低应变反射波法是目前国内外使用泛的一种基桩无损检测方法，它籍一维弹性波动 理论对实测桩顶速度或加速度响应信号的时域、频域特征来分析判定被检桩的桩身完整性，其中包括桩身存在的缺陷部位及其影响程度、桩端与持力层的结合状况。

    根据一维弹性杆件波动理论，对由桩顶锤击产生的下行入射波来说，当桩身某处波阻抗 发生变化时将产生上行反射波：广义波阻抗在该截面上由大变小时，反射波与入射波的相位 相同，反之相位相反。如混凝土夹泥、离析、缩颈甚至断裂均使桩身截面的波阻抗降低，而 扩径和嵌岩良好时则波阻抗增大，仅仅通过反射波的相位特征来判定桩身缺陷的具体类型具 有一定的困难。因此，本方法在应用中尚需结合岩土工程地质和现场施工技术资料，通过综 合分析来对桩身和桩端存在的缺陷及其类型和影响程度作出较科学的定性和半定量判定。

8.1.2  被检桩的反射信号应能有效识别，当无法有效识别时，应采用其他方法检测。

条文说明

    低应变反射波法是在桩顶受到低能量锤击的作用下，低应变弹性波在桩中传播至桩端，  并反射回桩顶被传感器所接收。人们既可利用时域信号中的桩端反射时间来计算波在桩中的传播速度，也可利用该场地被检桩的平均波速来估算桩的长度。但由于被检桩的桩周土约束、 激振能量、桩身材料阻尼和桩身截面阻抗变化等因素的影响，应力波从桩顶传至桩底再从桩  底反射回桩顶的传播的能量将随着传播距离的增大而衰减，要想测得清晰易辨的深部桩身缺  陷和桩端反射波信号，除了要考虑激振材质、激振能量和传感器与桩顶的藕合条件外，仪器  与传感器的各式指示及品质因素也极为重要，检测人员必须考虑到检测时的各种因素，确保  采集到真实而较满意且包含桩底信息的标准曲线，才能对桩身完整性作出正确的判断，而对  于工程中的某些长大桩的确存在着难以取得有效地桩底信号的可能性，从而造成判别桩的完  整性及桩端状态将具有一定的困难，这就限制了本方法的检测范围。

    本规程没有规定有效检测桩长，因为我国各地的地质条件差异极大，而方法本身受桩土 刚度比的制约。对于有效检测深度小于实际桩长的超长桩检测，尽管测不到桩底反射信号，但若有效检测长度范围内存在缺陷，则实测信号中必有缺陷反射信号。因此，低应变方 法仍可用于查明有效检测长度范围内是否存在的缺陷。在实际工程桩检测中，有效桩长(长 径比L/d)     是通过现场试验来确定，一般情况长径比通常在30～50之间，检测的效果比较理 想。有些检测机构在当地有能力或曾经测过长达50多米甚至更长的的大直径桩，且桩底反射 也较明显，可能会有下列几种情况：其一，确实有的地区的工程桩能测到大直径超长桩桩底 信号，这说明桩身均质完整、桩强度较高，且均匀性较好，桩周土阻力很小，如有厚层的淤 泥质粘土地层，使用应力波对地层的损耗较小；其二，经指数放大后将被检桩桩底的微弱信 号得以突出；其三，也有可能是由于原带有尾部微小波动噪声经数十倍指数放大后的噪声峰 恰在桩底附近，而误判为桩底反射信号或者是桩身的浅部缺陷多次反射恰在桩底反射波附近 而误判为桩底反射波。因此，50m 以上的桩用低应变一般较难检测到桩底信号，而对于难以  取得有效地桩底信号的某些长大桩应采用如埋管超声波法和一定比例的钻孔取芯法来评判工 程桩的质量。

    对于嵌岩桩，由于桩端嵌入基岩之中，往往存在有桩材料与基岩的广义波阻抗相近的情 况，使得在时域曲线上桩端反射不明显或基本无法识别，这也常有的事，这时就需结合岩土工程勘察资料和实测时域曲线来综合判断桩端嵌岩状况。

8.2  检测仪器设备

8.2.1 检测仪器设备应包括激振设备、传感器、信号采集及处理器和专用附件等。

8.2.2    检测仪器的主要技术性能指标不应低于现行《基桩动测仪》(JG/T    3055) 中规定的2 级标准要求，具有连续采集、快速自动存贮、显示实测信号和处理分析信号的功能。信号采 集系统应符合下列规定：

1    数据采集和处理器模/数(A/D)转换器的位数不宜低于16bit。

2  采样间隔宜为5~50μs。

3  单通道采样点不宜少于1024点。

4    动态范围宜大于60dB, 可调、线性度良好，其频响范围应满足10Hz～5kHz。

8.2.3  激振设备应包括能激发窄脉冲和宽脉冲的力棒、力锤和锤垫。

条文说明

    桩身材料有一定阻尼以及桩周土存在侧摩阻力，应力波沿桩身传播过程将产生衰减，衰 减快慢除了和桩、土阻尼有关外，还和应力波频率成分密切相关，频率高衰减快，频率低衰 减慢。振动振幅随距离的增加， 一般是按指数衰减规律而变化。

    瞬态激振通过改变锤的几何尺寸、重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频 率成分。锤头质量较重或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。锤头 较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量 较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。

    瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的不同材质的激振力锤，来取得宽脉冲获 取桩底或桩身下部缺陷反射信号或者取得窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。也可以采用锤垫材料，锤垫一般用1~2mm厚薄层加筋或不加筋橡胶带，试验时根据脉冲宽度增减，灵活方 便。另外，调整脉冲宽度也可通过更换软硬不同的锤头来实现。试验中可根据不同的要求加 以选择。为获得锤击力信号，可在手锤或力棒的锤头上安装压电式力传感器。

 8.2.4  传感器宜选用压电式加速度传感器，也可选用磁电式速度传感器，其频响曲线的有 效范围应覆盖整个测试信号的频率范围。

条文说明

    传感器是安装在被检桩顶面用以接收桩身和桩端反射波信号的重要器件，其性能的好坏 直接影响采集信号的可靠性，其性能评判的主要指标为频响特性、稳定性、量程、灵敏度等。 目前应用的有加速度型和速度型两种传感器。不同类型传感器的频率信号接收的效果不同。  选择时可选用量程范围宽，谐振频率较高，且阻尼特性好，频率相应范围宽，灵敏度较好的 传感器。目前基桩检测所使用的传感器主要是压电式加速度传感器，它灵敏度高，频率范围 宽，线性范围大，能够较为准确地判定出桩身的缺陷位置，无论从频响还是输出特性方面均  有较大的优点，更适合于低应变反射波法测桩。而磁电式速度传感器由于生产工艺等方面的 原因，其高频响应受到限制，检测时传感器的安装刚度会导致强烈的谐振，使传感器的可测 范围变窄而影响检测效果。

 8.3 现场检测技术

8.3.1 检测前准备工作应符合下列规定：

1  传感器安装位置应平整，混凝土灌注桩桩头应凿至新鲜混凝土面，各测试点和激振点 宜用砂轮机磨平。

2  应测量并记录桩头截面尺寸。

3  预制桩的检测应在相邻桩施工完成后再进行。

4  根据现场情况，应合理选择合适的激振设备和传感器，并确认整个测试系统处于正常 的工作状态。

条文说明

被检桩顶面条件的好坏直接影响着测试信号的质量和对桩身完整性判定的准确性，因此， 要求被检桩顶面的混凝土质量、截面尺寸与桩身设计条件基本相同。如果混凝土灌注桩的桩  顶存在一些低强度的浮浆，将直接影响到传感器的安装以及锤击所产生的弹性波在桩顶部位  的传播，因此检测前予以清理干净，以露出坚硬的新鲜混凝土表面为准。

对于混凝土预制桩沉桩时，会对周围产生不同程度的产生挤土效应，严重时将会引起土 体隆起或接桩部位脱焊错位现象，因此，测试时间需在基桩施工完工后再进行检测。

8.3.2  测试参数设置应符合下列规定：

1  时域信号记录的时间段长度应不小于2L/c 时刻后延5ms, 频域信号分析的频率范围 上限应不小于2000Hz。

2  设定桩长应为被检桩顶至桩底的实际施工长度。

3  采样间隔应根据桩长合理选择，采样点数不宜少于1024点。

条文说明

    从时域波形中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据△T=2L/c,        只  有已知桩长L 才能计算波速c,    或已知波速c 计算桩长L 。因此，设置桩长参数以实际记录的 施工桩长为依据，按测点至桩底的距离设定。测试前桩身波速可根据本地区同类桩型的测试 值初步设定，实际分析时按桩长计算的波速重新设定或按本规范第8.4.2条确定的波速平均值 cm 设定。

    对于时域信号，采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置 的准确判断。 一般需在保证测得完整信号(时段2L/c+5ms,1024       个采样点)的前提下，选 用较高的采样频率或较小的采样时间间隔。但是，若要兼顾频域分辨率，通常要降低采样频 率或增加采样点数。

8.3.3  测量传感器及激振设备的操作应符合下列规定：

1  传感器应安装在桩头平整面上，对灌注桩应安装在新鲜混凝土面上，并应与桩顶面垂 直；确保传感器粘结稳固、耦合良好。

2  激振设备应进行现场对比试验选定，短桩或分辨浅部缺陷桩时，宜采用窄脉冲低能量 激振，长桩或深部缺陷宜采用宽脉冲大能量激振，选用不同重量和材质的力锤(棒),也可采 用软硬适宜的锤垫。

3  采用力锤(棒)激振时，其作用力方向应与桩顶面保持垂直。

条文说明

为了取得被检桩高质量的检测信号，传感器的安装及与桩头的耦合十分关键，传感器与 被检桩安装耦合得越好，接触刚度越大，所测得的振动信号越接近于被检桩表面的质点振动 信号，因此，传感器的正确安装及粘合剂的合理选择在现场检测工作中至关重要。试验证明 高品质的黄油和牙膏较之橡皮泥、口香糖检测效果要好。

在使用各类力棒检测时，通常采用不同高度的自由落体形式。

8.3.4 信号采集应符合下列要求：

1  对混凝土灌注桩，激振点宜选择在桩中心，传感器宜安装在距桩中心2/3半径处，且 距离桩的主筋不小于50mm;   当桩径小于1000mm 时，不宜少于2个测点；当桩径大于或等于 1000mm时应设置3~4个测点；测点宜以桩心为中心对称布置。

2  对混凝土预制桩，当边长或桩径小于600mm 时，不宜少于2个测点；当边长或桩径大 于或等于600mm 时，不宜少于3个测点。

3  对预应力混凝土管桩，激振点、检测点和桩中心连线形成的夹角宜为90°,且不应少 于2个测点。

4  各测点记录的有效信号数不应少于3次，且检测波形应具有良好的一致性。

5  当检测环境存在干扰时，宜采用信号叠加增强技术进行重复激振，提高信噪比，当时 域信号一致性较差时，应分析原因，排除人为和检测仪器等干扰因素，重新检测或增加检测 点数量。

条文说明

    对于直径大且桩身短的混凝土灌注桩，在距桩中心激振点约2/3半径处安装传感器时，往 往因其初始接收桩顶表面波而导致桩端反射时间偏短。规定测点数随被检桩直径的增大而增多，主要是为了避免桩顶面材料不均匀所产生的不利影响及桩身可能存在局部缺陷的遗漏。

    随着桩径的增大，桩身混凝土在截面和深度方向上的不均匀性均会增加，桩浅部的阻抗  变化往往表现出明显的方向性，增加桩顶测点的数量，可以使检测结果更全面地反映出桩身完整性的整体情况；本规程规定在每个测点重复检测次数不少于3次，旨在确认检测信号的一 致性并提高有效信号的信噪比；现场检测时，需合理选择测试系统尤其是传感器的量程范围， 避免其过载削波而影响检测分析结果。

    对于混凝土预应力管桩，根据实践经验，传感器安装点和激振点与桩顶面中心的连线央 角不小于45°,以减少桩顶局部高频振动对桩身缺陷和桩端反射信号的影响程度。

    对于混凝土预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可以不进行处理，若 有损裂现象，则需用电锯或电砂轮将其截除磨平，将传感器安置于预应管桩管壁中间部位方能进行检测。

     对倾斜桩进行测试时，要求在桩头布设以桩中心为准的等角度的8个传感器，所测得的8 条时域曲线中与入射波反向的即是桩倾斜的方向，同时可以采用桩底反射系数计算其倾角，这方法以及有关成果在许多文献中已有记载可供参考使用。

8.4 检测数据分析与评判

8.4.1  桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合岩土工程勘察资料、桩 型、施工记录和波形特征等因素进行综合分析评判。

条文说明

    目前用本方法判别桩身完整桩，主要是以时域波形为主、频域分析为辅。解释时域波形 的先决条件是其含有桩身以及桩端质量信息的响应，这样才能正确地分析桩身的缺陷、求取桩身的波速。

    由于多种干扰成份的存在，时域信号通常须采用滤波和平滑处理来突出其中的有效信息， 而不恰当的滤波往往会导致漏判和波形畸变。当时域信号一致性差或干扰严重时，通常结合  频域曲线中相邻谐振峰所对应的频率差来进行缺陷估判。

 8.4.2  桩身波速平均值的确定应符合下列要求：

1  当桩长已知，桩底反射信号明显时，应选取相同条件下不少于5根I类桩的桩身波速值 按式(8.4.2-1)~式(8.4.2-3)计算波速平均值：

c;=2L×△f                                                                    (8.4.2-3)

 式中：cm—— 桩身波速平均值 (m/s);

 c,—— 第i 根桩的桩身波速计算值 (m/s);

 L—- 测点以下桩长 (m);

 △T—— 时域信号峰与桩端反射波峰间的时间差 (ms);

△f——幅频曲线上桩端相邻谐振峰间的频差 (Hz),   不宜取峰与第二峰进行计 算；

n—— 参加波速平均值计算的基桩数量(n≥5)。

2  对某些长大桩无法取得明确的桩底反射时，波速平均值可根据相邻工程相同桩型与 成桩工艺，并结合混凝土的骨料性状和强度等级等因素综合考虑决定。

 8.4.3 桩身缺陷位置应按式(8.4.3-1)、式(8.4.3-2)计算：

式中：x—    — 测点至桩身缺陷之间的距离 (m);

△t.——时域信号峰与缺陷反射波峰间的时间差 (ms);

 △f——  幅频曲线上对应于缺陷的相邻谐振峰间的频差 (Hz); c——  桩身波速 (m/s),    无法确定时用cm 值替代。

条文说明

为了判断被检桩的质量和推算缺陷的位置，首先利用一定数量完整桩的反射波波形获取 同一工地的桩身波速平均值cm。虽然桩身波速与混凝土强度等级之间有一定的相关性(混凝 土强度高，则其波速相对也高),但由于混凝土的骨料、砂粒成分、粒径、水灰比以及成桩工艺等多种影响因素，其规律各不相同，至今仍未找出混凝土强度与波速二者之间普遍适用旦 可靠的定量关系。

在桩的时域曲线上出现于桩底反射前并与入射波同向的反射信号时并非均为桩的缺陷部 位反映，有时桩侧土的软硬土层变化的界面上，也会产生类拟的同相反射；而且在被检桩的 完整性用实测信号的频谱曲线辅助分析时，当桩侧土与桩身材料的弹性模量或波速比差别较 大时，会使桩端与第二谐振峰的频率差明显地比后续的偏小，从而导致所计算出的桩身 波速与时域法的结果不一致。因此，式(8.4.3)中的△f  一般不能由桩端与第二谐振峰的 频率来计算，而尽可能地采用更高阶的相邻谐振峰频率。

8.4.4  桩身完整性类别评判应结合时域或频域曲线的完整性，并结合场地的岩土工程特征、 成桩工艺、施工记录和设计桩型等因素，按表8.4.4综合分析评判。

                                                           表8.4.4桩身完整性类别评判表

条文说明

    完整桩分析判定，据时域信号或频域曲线特征判定相对来说较简单直观，而分析缺陷桩  信号则复杂些，有的信号的确是因施工质量缺陷产生的，但也有是因设计构造或成桩工艺本身局限导致的，例如预制打入桩的接缝，灌注桩的逐渐扩径再缩回原桩径的变截面，池层硬  夹层影响等。因此，在分析测试信号时，仔细分清哪些是缺陷波或缺陷谐振峰，哪些是因桩  身构造、成桩工艺、不同地层影响造成的类似缺陷信号特征。另外，根据测试信号幅值大小  判定缺陷程度，除受缺陷程度影响外，还受桩周土阻力(阻尼)大小及缺陷所处深度的影响。 相同程度的缺陷因桩周土性不同或缺陷埋深不同，在测试信号中其幅值大小各异。因此，如  何正确判定缺陷程度，特别是缺陷十分明显时，如何区分是Ⅲ类桩还是IV类桩，要仔细对照  桩型、地基条件、施工情况结合当地经验综合分析判断。

    反射波法是利用桩身阻抗变化产生波的反射原理来判断桩身质量。但实际情况除了桩身 阻抗变化会影响信号曲线的因素以外，对基桩测试曲线进行分析时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。桩周土阻力对波形曲线的影响表现为：①导致应力波迅速衰减，  检测时有效测试深度减少；②影响缺陷反射波的幅值，使缺陷分析时的误差加大：③在软硬  土层交界处及附近产生土阻力波，干扰桩身反射波，土阻力反射波与桩身缺陷反射波易混淆， 从而造成误判，同时需重视地层的软厚地层界面而引起在该夹层深度曲线的与入射波同相或  反相反射。

8.4.5  桩身完整性分析中出现下列情况时，应结合其他检测方法综合评判：

1  超过有效检测长度的超长桩，其测试信号不能反映桩身下部和桩底情况。

2  因地层和施工工艺原因引起的桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注 桩。

3  当桩长的推算值明显与实际提供桩长不符，且缺乏相关资料加以解释或验证。

4 实测曲线复杂，无规律或呈现低频大振幅衰减振动，无法对其进行准确的桩身完整性 分析与评判。

5  对预制桩，时域曲线在接头处有明确的同相反射，无法对其判定断裂错位或接桩不良。

条文说明

对桩身时域反射信号进行分析时，位于浅部、中部桩身截面阻抗突变型的断桩、严重离 析和缩颈等缺陷是容易识别的。而实际工程中，往往由于工程地质如软硬地层的交界处、夹 层处和施工工艺的原因，桩身某段截面沿深度会逐渐缓慢地增大或缩小，在某一深度处又以 突变的方式恢复到设计尺寸。实测信号对缓变型截面变化反应不甚敏感，而对突变型截面变 化反应敏感，因此容易将突变特征信号造成对桩身的质量类别的误判，对此需加以防范。

8.4.6  对嵌岩桩，桩底反射信号与入射波信号同相时，应结合桩底基岩的属性、成桩工艺 等因素综合分析其原因，必要时应进行钻孔取芯验证。

条文说明

对于公路工程中大量使用的嵌岩灌注桩，从理论上讲可以用低应变反射波法有效地检测 出桩端的嵌岩质量，即在桩端波形呈反相反射，则认为嵌岩状况良好，反之则认为桩端存在 低劣混凝土或沉渣的可能性较大，但实际情况往往是要结合基岩的硬度、有否存在断裂破碎 或者在桩端处存在软弱夹层或岩溶孔洞的可能等因素综合考虑嵌岩的质量。实际检测中，需充分了解地质资料情况下，分析嵌入基岩的力学特性， 一般当桩由土层入岩时，由于桩侧地  层的影响，在入岩后应力波在桩侧向基岩透射的增大，在曲线上表现为与入射波同相的子波， 利用它可以分析桩入岩的部位，而对于桩端的相位分析，要了解基岩的强度、桩端基岩的完  整性以及沉渣来分别判断嵌岩的效果。

8.4.7  预制桩在正常的桩底反射前出现与入射波同相异常反射时，应分析是否在接桩部位， 当无法对其进行准确判断评判时，应结合其他检测方法综合评判桩身完整性。

条文说明

对预制桩的完整性检测，在分析时程曲线时需重视接桩部位的工艺，如焊接、机械连接 及环氧树脂胶等，在检测中那怕是正常接头也会有不同程度会在时域曲线上有所反映，还有 的是由于桩侧土层的影响，在对曲线进行分析时要重视结合打桩与接桩工艺、场地及周边的 地质条件及环境和桩底持力层属性来正确评判，以免出现误判，对某些接桩处出现明显同相 反射而不能确定完整性类别的桩， 一般采用井中电视或其他检测方法综合评判。

 8.4.8  检测报告除应符合本规程第3.6节规定外，还应包括下列内容：

1  桩身完整性实测的时域曲线。

2  桩身波速取值。

3  桩身完整性描述，缺陷的位置及完整性类别。