反射波法检测的基本原理..docx

1　FDP-204PDF型低应变检测仪的基本原理基桩完整性反射波法测试技术是以一维波动理论为基础的[ 2, 3 ]. 假定基桩作为均匀细长的线弹性杆件, 当桩顶受到纵向冲击力作用时, 激起桩纵向应力波沿桩身传播. 根据波动方程的解, 桩的应力波传播规律为:　　U R = RU 1, (1)　　U T = TU 1. (2)式(1) 和式(2) 中,U I、U R 和U T 分别表示入射波、反射波和透射波, R 和T 分别表示反射系数和透射系数.当桩身波阻抗有明显变化时, 就会有反射波回到桩顶引起基波振幅和相位发生变化, 由记录分析仪所接收到的波形数据, 就可以判断桩身的完整性, 其检测如图1 所示.图1　低应变反射波法检测桩身完整性示意图2　桩身不同缺陷理论与实测波形分析根据反射波法的原理, 当桩身波阻抗(QcA ) 发生变化时, 会产生反射波和透射波, 其中反射波传回桩顶, 被传感器接收. 根据接收到的波形信号, 可以分析桩身的完整性. 现场检测时, 常见的桩身缺陷类型主要有: 扩径、缩径、断裂、离析、夹泥、胶结不良以及桩底浮渣较多等.2. 1　完整桩的波形曲线当桩身完整时, 仅存在唯一的反射界面, 即桩底反射面, 其理论曲线如图2 所示.在条件较好的情况下, 可以得到明显的桩底反射波(如图3 所示) , 该曲线是用高阻尼传感器通过橡皮泥粘结, 用力棒激振在某工地工程桩上测得的. 此时, 可以利用波速c、反射时间t 和桩长L 三者之间的关系(即L = ct?2) 来估算桩长或波速. 进而根据波速与砼强度的关系来评估桩身混凝土的强度[ 4 ].图2　完整桩理论波形曲线图3　完整桩实测波形曲线2. 2　扩径桩的波形曲线在桩身扩径处有Q1 = Q2, c1= c2,A 1 A 2, 因此其反射系数R 0, 故扩径处反射波与入射波反相(如图4 所示). 根据平均纵波波速和反射波走时差t′, 可以估算扩径的位置L ′, 即有L ′= ct′? 2. 对于实际工程桩, 由于受扩径处反射波的影响, 桩底反射往往不是很明显(如图5 所示).图4　扩径桩理论波形曲线图5　扩径桩实测波形曲线2. 3　缩径桩的波形曲线在桩身缩径处有Q1 = Q2, c1= c2,A 1 A 2, 因此其反射系数R 0, 故缩径处反射波与入射波同相(如图6 所示). 同样根据平均纵波波速c 和反射波走时差t′, 可以估算缩径的位置L ′, 即有L ′= ct′? 2. 实际的工程桩的实测波形曲线如图7 所示.图6　缩径桩理论波形曲线e图7　缩径桩实测波形曲线e2. 4　断裂桩的波形曲线在桩身断裂处, 其反射系数R = 1, 即在桩身断裂处发生全反射, 这时往往可以见到多次反射波, 桩底反射信号很难见到. 图8 所示为某工地工程桩, 该桩在2. 7 m 处断裂, 在图8 中可以见到多次反射.2. 5　离析、胶结不良桩的波形曲线在桩身离析和胶结不良处有Q1 = Q2 , c1= c2, A 1= A 2, 其反射系数R 0, 故反射波与入射波理论上应该同相, 但由于波速发生改变, 使得波的频率也发生变化, 其高频成分衰减较快, 使得波形变得平坦(如图9 所示).至于是由离析还是胶结不良引起的, 则要结合施工时的情况和地质报告等辅助资料来加以区分.图8　断裂桩实测波形曲线图9　离析桩实测波形曲线图10　嵌岩桩实测波形曲线2. 6　嵌岩桩的波形曲线对嵌岩桩, 如果桩底没有浮渣或浮渣比较少, 桩和基岩接触良好, 则桩底反射信号不明显, 但经过指数放大等技术处理, 有时可以见到一反相反射信号. 如果桩底浮渣较多, 有时可以看到一同相反射波出现, 由于浮渣对波的吸收较强, 有时也很难见到反射信号(如图10 所示).3　数据分析方法动态测试与静态测试最大的区别在于动态测试包含了对多种频率成分的动态信号记录问题. 在分析桩身完整性时, 通常只利用了时域波形, 通过对时域曲线的分析来判断桩身的完整性, 而没有利用所测曲线的频谱特性, 这实际上是浪费了一半的资源. 事实上, 频谱分析是研究动态测试系统频响问题的主要手段. 研究波形曲线的频谱特性, 可以更好地指导现场测试和对桩身完整性作出辅助性分析. 如图11 所示为某工地的一根工程桩, 从时域曲线可以看出, 在1. 7 m s 处有一微小的反射波, 可能此处存在缺陷, 但由其频谱曲线可以看到, 各共振峰间距基本相等, 该桩应为完整桩. 图12 所示为同一工地的另一根缩径桩, 由其频谱曲线可以看到, 各共振峰间距不相等. 同时, 在选择传感器的安装方法时, 利用频谱分析各自的安装谐振频率, 然后选择谐振频率最高的安装方法是很有必要的, 因为它将充分延拓系统的测试范围. 大家都知道, 尼龙锤测试效果比铁锤好, 长大桩时用力棒检测效果