低应变反射波法波形曲线分析及工程应用.doc
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低应变反射波法波形曲线的分析及工程应用
摘 要：介绍了低应变反射波法的原理，结合实际工程的应用，对桩身的各种缺陷所引起的波的变化特征进行了分析, 比较了理论曲线与实测曲线的差异, 并对基桩低应变完整性检测中要注意的事项进行分析和总结。 同时指出, 频域分析是时域分析的一种必要的、有益的补充, 能够更好地指导现场测试, 帮助选择更好的安装方法.
关键词：低应变; 反射波法; 基桩; 完整性
1. 基本概念及检测原理
1.1 基本概念
应力波：当介质的某个地方突然受 到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。
波阻抗：
式中：：密度
C：应力波速
A：桩横截面积。
一维直杆：d1D-2D），波振面才近似为平面。此时手锤锤击桩端认为是应力波在一维杆件中竖直方向传播
一维杆应力波波动方程
其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度。
1.2 检测原理
利用应力波在桩中传播时，当桩身的波阻抗发生变化会产生反射的原理，通过分析反射波的幅值、相位、到达时间，得出桩缺陷的大小、性质、位置等信息，最终对桩基的完整性给予评价。
引起反射波的原因
桩底
截面发生变化
夹泥
离析
混凝土质量变化
土层变化
1）低应变所能检测到的现象：桩底反射；夹泥、空洞；断裂；离析；扩（缩）径；土层变化及材料变化。
2）低应变不能检测到的现象：渐细（粗）；弯曲；小缺陷及桩底沉渣。
3）低应变检测的优点
快速检测方法（60-200根/天）
准备简便
操作简单
经验丰富低应变检测的局限
不能提供单桩承载力
对小缺陷灵敏度不高
无法检测桩底沉渣
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???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1 所示。 在条件较好的情况下，可以得到明显的桩底反射波。
图1
2.2 缺陷桩的波形曲线
分析缺陷桩信号相对完整桩要复杂些，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不连续面产生的，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，底层硬夹层影响等。典型的缺陷桩波形曲线如图2所示。
图2
2.3 工程实例
2.3.1昆明某工程：完整的预制管桩波形曲线（图3）
2.3.1昆明某工程：有缺陷的预制管桩波形曲线（图4）
图4
3. 数据分析处理
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。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。
很多情况下， 由于各种干扰成分的存在， 时域里如不进行滤波处理则难以进行分析， 这时滤波成为一种重要的手段，但有时候，滤波容易导致波形畸变以至影响分析判断； 相反， 在频域里，各种频率成分一目了然，只要对所用测试系统进行认真分析，极易排除干扰成分。 当时域信号一致性较差或干扰太严重时，利用频域分析比较各信号的共同点(共振峰)， 分析这些共振峰所对应的缺陷，然后再反过来在时域里进行验证， 这是相当好的一个办法， 有时候时域里难于发现桩底反射， 频域里反而可以找到，时域里难于检测的浅部缺陷， 频域里也较易发现。当然， 频域分析只能成为时域分析的一个必不可少的补充，因为频域分析本身尚有许多不足之处，如缺陷性质难于确定， 缺陷位置计算偏差较大以及对于同一缺陷引起的相邻共振峰难于识别等。这些影响了频域分析的效果，也是频域分析没有广泛应用起来的主要原因。 不过， 频域分析是时域分析的一种有效补充，这一点是不容置疑的[1]。
4. 现场检测中的注意事项
4.1. 激振问题
在
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