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1、第20卷第4期华东地质学院学报Vol.20No.41997年12月JournalofEastChinaGeologicalInstituteSum60低应变反射波法桩基完整性检测波形分析曹俊昌(华东地质学院地球科学系,江西临川市,344000)摘 要 本文简述了反射波法检测波形的分析方法,并通过工程实例说明其应用效果。关键词 低应变;反射波法;桩基础;完整性;检测;波形分析分类号 P315.9;TU4351 概述随着建设事业的发展,作为一种有效、安全、可靠的基础形式——桩基础,得到了广泛的应用。桩基础是一种地下成桩
2、的工艺,难免会出现诸如:断裂、缩扩颈、混凝土离析等缺陷。这些缺陷不同程度地影响了桩基的质量,从而使桩基达不到设计要求。所以,检测桩基就成为人们日益关注的问题。而低应变反射波法是检测桩身完整性应用最广的一种方法。低应变反射波法,先是对桩身激励(用手锤敲击桩顶)产生弹性波,再由速度传感器接收(由初始信号和桩身缺陷或桩底)产生的反射信号,并作出时程(或称为波形)曲线,然后利用信号采集仪对记录的[1]波形进行处理和分析,最后结合地质资料和施工记录,对桩身的完整性作出判断。检测方法如图1所示。2 波形分析用低应变反射波法检测
3、桩基的完整性,是根据一维杆的波动理论进行检测的。设一维杆平面波沿桩身传播,当桩身缺陷部位及桩底存在阻抗界面时,都会产生波的反射和透射(图2)。根据入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征,判断桩基是否完整,用Ru和T表示反射波和透射波的振幅,其表达式为:Q1C1A1-Q2C2A22Q2C2A2Ru=,T=Q1C1A1+Q2C2A2Q1C1A1+Q2C2A2式中:C,A和Q分别表示弹性波波速、截面面积和介质密度。下面就几种类型桩基的波形特征进行分析。2.1 完整桩的波形特征完整桩无波阻抗变化界面,只
4、有当波传到桩底时才产生反射。完整桩中时域波形的规律收稿日期:1996210221第4期曹俊昌:低应变反射波法桩基完整性检测波形分析·359·手锤IR桩基分析仪传感器T土桩图2应力波反射与透射图1检测方法示意图Fig.2ReflectionandtransmissionFig.1Diagramoftestingmethodofstresswaves衰减,有一次或几次明显的桩底反射信号,反射信号相位与入射波相位相同,时间间隔相等,如图3a和3b所示。图3a中波形在5.9ms处桩底出现同向反射,而图3b中波形在3.6ms
5、处桩底出现一次同向反射,7.2ms处出现二次桩底反射。2.2 缩颈类桩基的波形特征缩颈类桩主要缺陷有缩颈、离析、夹泥、断裂等。缩颈类桩 当缩颈桩的缩颈处截面积变小时,即存在波阻抗变化界面,这时在时域波形图中能见到明显的缩颈反射和桩底反射信号(图4a)。在缩颈处有时还会出现几次反射信号(无底反射),其时间间隔基本相等,而反射信号相位与入射波相位相同(图4b)。如图4a中1.75ms处的缩颈反射,5.5ms处见到的桩底反射;图4b中1.75ms处的缩颈反射为等间距同相反射,波频不变,但未见桩底反射。图3 完整桩实测速度
6、波形Fig.3measuredVelocitywaveforintegritypile离析桩 在桩身离析处也存在波阻抗变化界面。在时域波形图中,有明显的离析反射特征,其波幅陡降,波频也有所降低。离析处的反射波波形不规则,相位与入射波相同,但一般情·360·华东地质学院学报1997年图4 缩颈桩实测速度波形Fig.4measuredVelocitywaveforshrunkpile况下反射不明显。如图5,在0.7ms处可见离析反射,而在5.35ms处有桩底反射。夹泥 在桩基的夹泥处有波阻抗变化界面,在时域波形图中,不
7、仅反射波相位与入射波相位相同,而且反射波还会出现等时间的同向反射,波幅会出现畸变(如图6),其波形以1.8ms等间距,为同向反射,波幅畸变。图5 离析桩实测速度波形图6 夹泥桩实测速度波形Fig.5measuredVelocitywaveforeductionpileFig.6measuredVelocitywaveforsoilbindpile 断裂桩 在断裂处,桩身混凝土不连续,波阻抗变小,在时域波形图中出现一次或几次明显的反射信号,其时间间隔相等,与完整的短桩相当(图7)。2.3 扩颈桩基波形特征在时域波形
8、图中,扩颈桩有波阻抗变化界面,在扩颈处反射波相位与入射波相位相反,波频不变(图8)。如图中2.1ms处有扩颈现象,在1.5ms处见桩底反射。第4期曹俊昌:低应变反射波法桩基完整性检测波形分析·361·图7 断裂桩实测速度波形图8 扩颈桩实测速度波形Fig.7measuredVelocitywaveforbrokepileFig.8measuredVeloci
