反射波法测桩中应力波的传播状态分析

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1、反射波法测桩中的应力波传播状态分析宜昌市建工质检站宜昌市一中作者罗成胡艳婷［摘要］本文旨在用图解方式，理解基桩动测相关原理。解决初学者理论方面数学基础不足的问题。【关键词】基桩；动测；反射波1引言基础是将建筑物本身的重量和作用在建筑物上的荷载传递给地基的那部分结构。而桩基作为深基础的一种，它是由钢筋混凝土、钢材或木材制作的埋入土中的杆件。近几年来，全国房地产市持续升温,桩基础的应用也越来越广泛。对于桩基础的检测也越来越受重视。但基桩动测技术涉及大量数学推导，检测人员需要一定的数学物理基础方可掌握基桩动测技术，同时各检测机构人员流动很频繁，导致检测人员素质参差齐。本文将从物理角度出发，避开大量

2、数学推导，从物理现象入手讲述基桩动测中反射波法检测原理。2应力波反射法测桩的基本原理应力波反射法主要被用来检验桩身结构完整性，桩身缺陷位置及程度判定，也可以对施工桩长校核等。用手锤或力锤敲击桩顶，由此产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗Z（Z二pcA）变化界面时，如缩颈、夹异物、混凝土离析或扩颈，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度曲线。从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长。3关于缺陷桩的理解为了便于分析，在这里我们将

3、桩分为两类：缩颈类桩和扩颈类桩。缺陷本身包含缩颈、夹泥、离析、裂缝、空洞等多种形式。我们用等效的观念来理解：凡是桩身阻抗Z二pcA变小的桩均理解为等效截面减小，为缩颈类桩，其桩底反射类同于自由端，仅表现为反射幅值较小。凡是桩身阻抗Z二pcA变大的桩均理解为等效截面增加，为扩颈类桩。其桩底反射类同于固定端，仅表现为反射幅值较小。4桩受锤击后的物理反应借用微积分的微元划分法，将桩沿桩身微分成n个单纯平面叠加。反射波法测桩对于完整桩而言仅只需考虑桩头和桩底两个面，故将桩身进一步简化为两个面，中间面的振动暂时不去考虑，因为在完整桩检测过程中，它只起到传递振动的作用。当桩顶面受锤击后，桩有什么反应呢？

4、桩会振动、桩身中的受力状态会发生变化。振动会传递形成波，在波动过程中，桩身各截面的受力状态也随之改变。当振动在传递过程中遇桩底或缺陷后会反射一部分回到桩头，引起桩顶面振动。如下图所示：运动状态（平面假设）：当桩头自由、桩端自由时如图原始状态0时初始L/C时2L/C时当桩头自由、桩端固定时如下图原始状态0时初始L/C时2L/C时原始状态：整个桩身无振动。0时初始：桩头受锤击，桩顶面偏离平衡位置。以一定的初速度vO开始向下传递。传感器捕捉到首波。其幅值为A。L/C时：振动传递至桩底。反射形成。2L/C时：振动反射至桩顶面。振动被传感器捕捉，此信号为桩底反射。其理论幅值为2Ao我们知道：一个锤击脉

5、冲指的是一个时间过程，它需要时间来完成。这段时间我们定义为t。桩头的振动过程沿桩身向下复制，直到桩底。那么到桩底后必然发生反射，下面我们图解反射的原理。6、当桩顶自由，桩端固定时,应力波在桩身中传播周期分析压应力，幅值为Ao压应力，幅值为(c)t=L/C时(d)L/C

6、时域信号中记录曲线为速度曲线，时间间隔为T的脉冲峰即为入射波，其幅值为V0。(a)振动在桩身中传递，由于桩身截面无变化，波阻抗Z恒定，桩顶面产生的力脉冲导致的振动保持原样向桩底传递，不反生反射，桩顶传感器无响应。保持原样。(b)应力波在固定端反射状态。图中所示当一个完整应力波至桩底后，由于时间效应，前半幅波率先被反射，反射向上压力波，与正向下运动未反射的下行压力波叠加，桩底面应力加倍，为压应力。此时，由于桩端为固定端，其运动被束缚，则桩底面运动速度为0。桩顶面无应力波到达，应力状态为0,速度为0。(a)应力波经桩底反射后沿桩身继续向桩顶传播，传播过程如(b)所示，此时应力状态为压应力。压应力

7、使桩身截面产生一向上的运动，运动方向向上，与入射波反向。但因应力波还未到达桩顶面，传感器无响应。(b)经桩底反射的应力波到达桩顶面，此时先到达的半幅应力波率先被反射，必将和后到达的半幅应力波产生叠加。由于桩顶为自由端,先期到达的半幅压力波反射为拉力波，其幅值变为A。拉力波与同时作用于桩顶面的半幅压力波叠加后，应力抵消。应力状态为0,处于无应力状态。其中，A幅值的压力波使桩顶产生一向上的速度为V0的运动，A幅值