土木、路橋、建筑畢業(yè)論文

1、XXXXXXXXXX公路路學(xué)院土木工程程專業(yè)畢畢業(yè)論文文低應(yīng)變力力波反射射法的樁樁基完整整性檢測(cè)測(cè)及應(yīng)用用的研究究作者姓名名：學(xué)號(hào)號(hào)：指導(dǎo)老師師:專業(yè)業(yè)：班級(jí)級(jí)：二九九年三月月目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc224917832 摘要 PAGEREF _Toc224917832 h 2 HYPERLINK l _Toc224917833 ABSTTRACCT PAGEREF _Toc224917833 h 3 HYPERLINK l _Toc224917834 第一章緒緒論 PAGEREF _Toc224917834 h 4 HYPERLINK l _Toc2

2、24917835 1.1立立題背景景和問(wèn)題題的提出出 PAGEREF _Toc224917835 h 4 HYPERLINK l _Toc224917836 1.2樁樁基礎(chǔ)的的發(fā)展歷歷程 PAGEREF _Toc224917836 h 7 HYPERLINK l _Toc224917837 1.3樁樁基動(dòng)測(cè)測(cè)技術(shù)國(guó)國(guó)內(nèi)外發(fā)發(fā)展?fàn)顩r況 PAGEREF _Toc224917837 h 7 HYPERLINK l _Toc224917838 1.4樁樁基動(dòng)測(cè)測(cè)的其它它方法綜綜述 PAGEREF _Toc224917838 h 8 HYPERLINK l _Toc224917839 1.5本本文主要要

3、研究工工作 PAGEREF _Toc224917839 h 100 HYPERLINK l _Toc224917840 第二章基基本原理理 PAGEREF _Toc224917840 h 12 HYPERLINK l _Toc224917841 2. 11波動(dòng)方方程及其其解的形形式 PAGEREF _Toc224917841 h 122 HYPERLINK l _Toc224917842 2.1.1波動(dòng)動(dòng)方程 PAGEREF _Toc224917842 h 112 HYPERLINK l _Toc224917843 2. 11. 22波動(dòng)方方程解的的形式 PAGEREF _Toc2249178

4、43 h 113 HYPERLINK l _Toc224917844 2. 22彈性波波的反射射與透射射 PAGEREF _Toc224917844 h 14 HYPERLINK l _Toc224917845 2.2.1在截截面不變變的樁中中波的傳傳播 PAGEREF _Toc224917845 h 144 HYPERLINK l _Toc224917846 2. 22. 22樁身截截面變化化時(shí)波的的傳播 PAGEREF _Toc224917846 h 116 HYPERLINK l _Toc224917847 2. 22. 33反射系系數(shù)與透透射系數(shù)數(shù) PAGEREF _Toc224917

5、847 h 17 HYPERLINK l _Toc224917848 2. 33端承樁樁瞬態(tài)動(dòng)動(dòng)測(cè)響應(yīng)應(yīng)的數(shù)學(xué)學(xué)模型 PAGEREF _Toc224917848 h 119 HYPERLINK l _Toc224917849 2. 33. 11完整端端承樁瞬瞬態(tài)動(dòng)測(cè)測(cè)響應(yīng)的的數(shù)學(xué)模模型 PAGEREF _Toc224917849 h 199 HYPERLINK l _Toc224917850 2. 55. 22缺陷端端承樁瞬瞬態(tài)動(dòng)測(cè)測(cè)響應(yīng)的的反射波波法數(shù)學(xué)學(xué)模型 PAGEREF _Toc224917850 h 223 HYPERLINK l _Toc224917851 第三章檢檢測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)中相關(guān)

6、關(guān)測(cè)試設(shè)設(shè)備和參參數(shù)的選選用 PAGEREF _Toc224917851 h 255 HYPERLINK l _Toc224917852 3. 11相關(guān)設(shè)設(shè)備的選選用 PAGEREF _Toc224917852 h 255 HYPERLINK l _Toc224917853 3.1.1激振振設(shè)備的的性能研研究 PAGEREF _Toc224917853 h 255 HYPERLINK l _Toc224917854 3.1.2傳感感器的選選用與安安裝 PAGEREF _Toc224917854 h 277 HYPERLINK l _Toc224917855 第四章采采用改進(jìn)進(jìn)的檢測(cè)測(cè)方法測(cè)測(cè)定

7、樁長(zhǎng)長(zhǎng)的研究究 PAGEREF _Toc224917855 h 30 HYPERLINK l _Toc224917856 4. 11在樁身身不同部部位拾振振測(cè)定樁樁長(zhǎng)的研研究 PAGEREF _Toc224917856 h 300 HYPERLINK l _Toc224917857 4.1.1不同同點(diǎn)拾振振的理論論波形及及樁長(zhǎng)確確定方法法 PAGEREF _Toc224917857 h 30 HYPERLINK l _Toc224917858 4. 11. 22測(cè)試系系統(tǒng)及操操作 PAGEREF _Toc224917858 h 333 HYPERLINK l _Toc224917859 4.1

8、.3現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)測(cè)試與與分析 PAGEREF _Toc224917859 h 334 HYPERLINK l _Toc224917860 4. 11. 44小結(jié) PAGEREF _Toc224917860 h 500 HYPERLINK l _Toc224917861 第五章結(jié)結(jié)論與展展望 PAGEREF _Toc224917861 h 522 HYPERLINK l _Toc224917862 5.1本本文的主主要結(jié)論論 PAGEREF _Toc224917862 h 52 HYPERLINK l _Toc224917863 5.2繼繼續(xù)研究究的建議議 PAGEREF _Toc224917863

9、h 53 HYPERLINK l _Toc224917864 參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc224917864 h 54 HYPERLINK l _Toc224917865 致謝 PAGEREF _Toc224917865 h 555摘要基樁動(dòng)力力檢測(cè)法法以其快快速、準(zhǔn)準(zhǔn)確、經(jīng)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)成為為基樁完完整性檢檢測(cè)的一一種重要要手段。隨著人人們研究究的深入入，基樁樁動(dòng)力檢檢測(cè)法也也在不斷斷的發(fā)展展。但就就目前而而言，動(dòng)動(dòng)力檢測(cè)測(cè)法仍然然存在一一些無(wú)法法克服的的缺點(diǎn)，以至于于影響到到檢測(cè)的的準(zhǔn)確性性。本文文通過(guò)對(duì)對(duì)低應(yīng)變變應(yīng)力波波反射法法在樁基基工程中中應(yīng)用的的理論分分析并根根據(jù)工程程質(zhì)量管

10、管理要求求，提出出了采用用低應(yīng)變變動(dòng)測(cè)基基樁質(zhì)量量的新試試驗(yàn)技術(shù)術(shù)方法雙峰峰法和時(shí)時(shí)差法。該方法在一一定程度度上改進(jìn)進(jìn)了傳統(tǒng)統(tǒng)測(cè)試方方法在獲獲得樁身身相關(guān)信信息方面面的局限限性，使使得在樁樁長(zhǎng)和波波速都未未知的情情況下，對(duì)于現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工工樁長(zhǎng)可可以獲得得較滿意意的確定定。提出出了分析析確定樁樁長(zhǎng)的計(jì)計(jì)算方法法，并通通過(guò)對(duì)預(yù)預(yù)制樁實(shí)實(shí)地的測(cè)測(cè)試，初初步驗(yàn)證證了此法法的可行行性。關(guān)鍵詞：低應(yīng)變變應(yīng)力樁基基雙峰法法時(shí)差法法樁長(zhǎng)應(yīng)力力波速ABSTTRACCTThe fouundaatioon ppilee poowerr exxamiinattionn laaw bby iits fasst, accc

11、uraate, thhe eeconnomiicall meeritt beecommes thee foounddatiion pille iinteegriity exaaminnatiion onee immporrtannt mmeanns. Thoorouugh whiich stuudiees aalonng wwithh thhe ppeopple, foounddatiion pille ppoweer eexamminaatioon llaw alsso iin uunceeasiing devveloopmeent. Buut iin tthe preesennt ccas

12、ee, tthe powwer exaaminnatiion laww sttilll haad tthe shoortccomiing whiich somme aare unaablee too ovverccomee, aaffeectss thhe eexamminaatioon aaccuuraccy. Thiis ppapeer ppressentts ttwo neww exxperrimeentaal mmethhodss一Douublee waave creestssmetthodd annd TTimee diiffeerenntiaal mmethhod, inn whh

13、ichh foor tthe tesstinng oof ppilee quualiity inddynaamicc loow sstraain metthodd，by anaalyzzingg thhe aappllicaatioon oof sstreess wavve ttheoory to theepilles andd onn thhe ddemaandss off prrojeect quaalitty cconttroll. TThiss meethood iimprrovees ttradditiionaalteestiing metthodd too a cerrtaiin

14、eexteent, thhus getttinng mmoree reelevvancce iinfoormaatioon oof ppilee,piile lenngthh inn-siite cann bee saatissfacctorry ddeteermiinedd wiithoout thee coonsttrucctioon ppilee leengtthannd wwavee veeloccityy. TThiss paaperr puuts forrwarrd aa caalcuulattionn meethood ffor thee piile lenngthh,annd

15、vveriifiees tthe feaasibbiliity of thiis mmethhod thrrouggh ttesttingg prre-ccastt cooncrretee piiless inn-siite. annd ffinaallyy acchieeve thee puurpoose of dettermminiing thee piile lenngthh. wwe ccan reaalizze tthiss meethoodannd vveriify by infformmatiion of a pprojjectt.Key Worrds: loow sstraai

16、n annd sstreess; piiless; ddoubble wavve ccressts metthodd; ttimee diiffeerenntiaal mmethhod;pille llenggth; sttresss wwavee veeloccityy; 第一章緒緒論1.1立立題背景景和問(wèn)題題的提出出樁基是通通過(guò)樁身身材料強(qiáng)強(qiáng)度或樁樁與土的的相互作作用將荷荷載傳遞遞給地基基土層的的。對(duì)于于承受較較高上部部荷載重重量的剛剛性樁基基礎(chǔ)，樁樁身質(zhì)量量及材料料強(qiáng)度的的優(yōu)劣直直接關(guān)系系到整個(gè)個(gè)建筑物物的安全全穩(wěn)定，如存在在問(wèn)題不不能及時(shí)時(shí)查出并并采取補(bǔ)補(bǔ)救措施施，將會(huì)會(huì)對(duì)整個(gè)個(gè)工程造

17、造成不可可估量的的損失，尤其目目前我國(guó)國(guó)樁基施施工隊(duì)伍伍龐雜，施工工工藝各異異，施工工機(jī)具良良秀不齊齊，樁基基施工質(zhì)質(zhì)量不穩(wěn)穩(wěn)定，甚甚至偷工工減料(例如澆澆筑混凝凝土強(qiáng)度度不足、樁長(zhǎng)縮縮減等)是較為為普遍的的現(xiàn)象。所以，對(duì)于剛剛性樁來(lái)來(lái)說(shuō)，樁樁身完整整性(質(zhì)量)檢測(cè)是是至關(guān)重重要的隱隱蔽工程程驗(yàn)收手手段，任任何情況況下都是是不容忽忽視的，否則就就有出現(xiàn)現(xiàn)安全事事故的隱隱患，威威脅到人人們的生生命和財(cái)財(cái)產(chǎn)安全全。目前，基基樁動(dòng)力力檢測(cè)法法以其快快速、準(zhǔn)準(zhǔn)確、經(jīng)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)成為為基樁完完整性檢檢測(cè)的一一種重要要手段。隨著人人們研究究的深入入，基樁樁動(dòng)力檢檢測(cè)法也也在不斷斷的發(fā)展展。就目目前而言言，

18、有以以下幾種種動(dòng)力試試樁方法法:動(dòng)力參參數(shù)法、共振法法、反射射波法、機(jī)械阻阻抗法、水電效效應(yīng)法、波動(dòng)方方程法、改進(jìn)的的動(dòng)力打打樁公式式法和靜靜動(dòng)法。這里將將主要介介紹以波波動(dòng)方程程法和反反射波法法為基礎(chǔ)礎(chǔ)的低應(yīng)應(yīng)變法和和高應(yīng)變變法。這這是因?yàn)闉榫湍壳扒皝?lái)看，在確定定樁基承承載力和和完整性性方面用用的最多多的還是是低應(yīng)變變法和高高應(yīng)變法法，而這這兩種方方法目前前國(guó)內(nèi)外外普遍采采用瞬態(tài)態(tài)沖擊方方式，通通過(guò)實(shí)測(cè)測(cè)樁頂加加速度或或速度響響應(yīng)時(shí)域域曲線，借一維維波動(dòng)理理論分析析來(lái)判定定基樁完完整性，也即反反射波法法。目前前幾乎所所有的有有關(guān)檢測(cè)測(cè)單位均均采用低低應(yīng)變激激振法來(lái)來(lái)檢驗(yàn)樁樁的完整整性。但是我

19、們們也要看看到低應(yīng)應(yīng)變法存存在的問(wèn)問(wèn)題:采用一一維桿波波動(dòng)理論論的前提提是激勵(lì)勵(lì)脈沖的的波長(zhǎng)與與樁的半半徑R之比應(yīng)應(yīng)足夠大大(=10)，否則則平截面面假設(shè)不不成立，即“一維縱縱波沿桿桿傳播”的問(wèn)題題轉(zhuǎn)換為為應(yīng)力波波沿具有有一定橫橫向尺寸寸柱體傳傳播的三三維問(wèn)題題。另一一方面，激勵(lì)脈脈沖波長(zhǎng)長(zhǎng)與樁長(zhǎng)長(zhǎng)相比又又必須比比較小，否則波波動(dòng)性狀狀不明顯顯，從而而對(duì)準(zhǔn)確確探測(cè)樁樁身缺陷陷位置產(chǎn)產(chǎn)生不利利影響。針對(duì)這這些問(wèn)題題有很多多學(xué)者提提出了許許多新的的改進(jìn)方方法，例例如，采采用小波波來(lái)過(guò)濾濾反射波波法反射射回來(lái)的的原始信信號(hào)，消消除環(huán)境境及電氣氣噪聲、土阻力力干擾、樁身淺淺部缺陷陷反射信信號(hào)等的的干擾

20、從從而達(dá)到到改善信信號(hào)質(zhì)量量、提高高樁基動(dòng)動(dòng)測(cè)資料料分析水水平。盡盡管如此此低應(yīng)變變法還是是存在著著一些局局限性，對(duì)于樁樁體變化化較大的的基樁，其得到到的波形形往往很很復(fù)雜很很容易產(chǎn)產(chǎn)生誤判判。特別別是在復(fù)復(fù)合地基基中的豎豎向增強(qiáng)強(qiáng)體的檢檢測(cè)問(wèn)題題，例如如對(duì)于水水泥土樁樁，樁身身施工質(zhì)質(zhì)量離散散性較大大，水泥泥土強(qiáng)度度變化范范圍大可可從零點(diǎn)點(diǎn)幾兆帕帕到幾兆兆帕，雖雖有低應(yīng)應(yīng)變法檢檢測(cè)其樁樁身完整整性的報(bào)報(bào)導(dǎo)，但但可靠性性和成熟熟性還有有待進(jìn)一一步探究究。與低應(yīng)變變法相比比，高應(yīng)應(yīng)變法檢檢測(cè)樁身身完整性性存在著著設(shè)備笨笨重、效效率低及及費(fèi)用高高等缺點(diǎn)點(diǎn)，但由由于激勵(lì)勵(lì)能量和和檢測(cè)有有效深度度大的

21、優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，特特別在判判定樁身身水平整整合型縫縫隙、預(yù)預(yù)制樁接接頭等缺缺陷時(shí)，能夠查查明這些些“缺陷”是否影影響豎向向抗壓承承載力的的基礎(chǔ)上上，合理理判定缺缺陷程度度，因而而可作為為低應(yīng)變變檢測(cè)這這類缺陷陷樁的一一種補(bǔ)充充驗(yàn)證手手段。但但是高應(yīng)應(yīng)變法同同樣存在在著很多多限制條條件，對(duì)對(duì)于嵌巖巖的大直直徑灌注注樁、擴(kuò)擴(kuò)底樁由由于尺寸寸效應(yīng)，端阻力力充分發(fā)發(fā)揮所需需的位移移很大，這時(shí)對(duì)對(duì)樁錘匹匹配能力力下降，而往往往高應(yīng)變變檢測(cè)所所用錘的的重量有有限，很很難在樁樁頂產(chǎn)生生較長(zhǎng)持持續(xù)時(shí)間間的高水水平作用用的荷載載，達(dá)不不到使土土阻力充充分發(fā)揮揮所需的的位移量量。遇到到這種情情況，高高應(yīng)變法法就顯得得不那

22、么么適用了了。另外，聲聲波透射射法也是是一種有有著鮮明明技術(shù)特特點(diǎn)的檢檢測(cè)方法法，它可可以覆蓋蓋全樁長(zhǎng)長(zhǎng)的各個(gè)個(gè)截面，信息量量相當(dāng)豐豐富，結(jié)結(jié)果準(zhǔn)確確可靠，且現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)操作簡(jiǎn)簡(jiǎn)便、迅迅速，不不受樁長(zhǎng)長(zhǎng)、長(zhǎng)徑徑比的限限制，一一般也不不受場(chǎng)地地限制。但是此此法需要要預(yù)埋聲聲管，指指定受檢檢樁，不不能做到到隨機(jī)抽抽檢從而而也起不不到監(jiān)控控的作用用。因此此當(dāng)沒(méi)有有預(yù)埋聲聲測(cè)管或或聲測(cè)管管堵塞無(wú)無(wú)法聲波波透射法法時(shí)，此此時(shí)用鉆鉆芯法就就能達(dá)到到檢測(cè)的的目的。鉆芯法法是一種種微破損損或局部部破損檢檢測(cè)方法法，具有有科學(xué)、直觀、實(shí)用等等特點(diǎn)，不僅可可以檢測(cè)測(cè)混凝土土灌注樁樁，而且且也可檢檢測(cè)地下下連續(xù)墻墻的施工

23、工質(zhì)量，但是此此法成本本非常高高，也無(wú)無(wú)法對(duì)預(yù)預(yù)制樁和和鋼樁的的成樁質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行行檢測(cè)。它和聲聲波透射射法一樣樣是樁基基動(dòng)測(cè)技技術(shù)的很很好的補(bǔ)補(bǔ)充。在樁基的的完整性性檢測(cè)中中，對(duì)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)的改進(jìn)進(jìn)也是一一種改善善動(dòng)測(cè)法法準(zhǔn)確度度的有效效手段，在傳統(tǒng)統(tǒng)的檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)無(wú)無(wú)法解決決基樁完完整性檢檢測(cè)中存存在的種種種問(wèn)題題的時(shí)候候，例如如，尺寸寸效應(yīng)及及無(wú)法獲獲得更多多的參考考信息等等等。改改進(jìn)測(cè)試試系統(tǒng)就就改進(jìn)了了傳統(tǒng)測(cè)測(cè)試手段段在這方方面的缺缺陷。有有學(xué)者就就在這方方面做了了研究，提出了了一種多多點(diǎn)檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)，采用多多傳感器器多點(diǎn)拾拾振，在在應(yīng)用多多次覆蓋蓋原理對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行處理理，可以以有效的的抑

24、制干干擾，提提高信號(hào)號(hào)的信噪噪比和測(cè)測(cè)試精度度。這也也為我們們提供了了一種新新的思路路，測(cè)試試手段上上的改進(jìn)進(jìn)也能取取得很好好的效果果，如果果能從測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)據(jù)中獲得得更多的的信息將將有助于于我們提提高樁基基檢測(cè)的的準(zhǔn)確度度。1.2樁樁基礎(chǔ)的的發(fā)展歷歷程樁基礎(chǔ)是是歷史悠悠久、應(yīng)應(yīng)用廣泛泛的一種種基礎(chǔ)形形式，在在距今1120000年歷歷史的智智利古文文化遺址址中就已已發(fā)現(xiàn)了了樁的雛雛形。我我國(guó)也在在70000年前前開(kāi)始采采用樁基基礎(chǔ)了，樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的發(fā)展展也經(jīng)歷歷了一個(gè)個(gè)漫長(zhǎng)的的過(guò)程。如今隨隨著樁基基礎(chǔ)應(yīng)用用領(lǐng)域的的擴(kuò)寬以以及我國(guó)國(guó)工程建建設(shè)事業(yè)業(yè)的蓬勃勃發(fā)展，機(jī)械設(shè)設(shè)備和施施工技術(shù)術(shù)不斷得得到改進(jìn)進(jìn)

25、與發(fā)展展，產(chǎn)生生了各種種新樁型型和新工工法，為為樁在復(fù)復(fù)雜地質(zhì)質(zhì)和環(huán)境境條件下下的應(yīng)用用注入了了勃勃生生機(jī)。因因此，在在高層建建筑、重重型廠房房、橋梁梁、港口口碼頭、海上采采油平臺(tái)臺(tái)以至核核電站等等工程中中，大量量采用樁樁基礎(chǔ)。這樣，樁基成成為我國(guó)國(guó)工程建建設(shè)中很很重要的的一種基基礎(chǔ)形式式，人們們對(duì)樁基基礎(chǔ)的要要求也越越來(lái)越高高，因而而對(duì)其本本身的質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)測(cè)就顯得得猶為重重要了。1.3樁樁基動(dòng)測(cè)測(cè)技術(shù)國(guó)國(guó)內(nèi)外發(fā)發(fā)展?fàn)顩r況自19660年Smiith提提出樁錘錘一樁一一土系統(tǒng)統(tǒng)的集中中質(zhì)量法法差分求求解模型型以來(lái)，在此基基礎(chǔ)上世世界上部部分國(guó)家家開(kāi)展了了一系列列動(dòng)力測(cè)測(cè)試樁承承載力的的研究工工作

26、，并并于200世紀(jì)800年代后后期形成成了實(shí)用用的高應(yīng)應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)測(cè)試和和室內(nèi)波波動(dòng)方程程分析方方法。與與此同時(shí)時(shí)低應(yīng)變變法檢測(cè)測(cè)樁身完完整性研研究工作作也在進(jìn)進(jìn)行，其其中機(jī)械械阻抗法法在200世紀(jì)700年代初初就已取取得了進(jìn)進(jìn)展;而低應(yīng)應(yīng)變反射射波法早早期的研研究也在在英、法法等國(guó)開(kāi)開(kāi)展并在在80年代代后進(jìn)入入快速發(fā)發(fā)展時(shí)期期，在國(guó)國(guó)際上基基本占據(jù)據(jù)了低應(yīng)應(yīng)變動(dòng)力力檢測(cè)樁樁身完整整性的主主導(dǎo)地位位。我國(guó)國(guó)的樁動(dòng)動(dòng)力檢測(cè)測(cè)理論研研究實(shí)踐踐始于220世紀(jì)紀(jì)70年代代，研究究開(kāi)發(fā)了了一些具具有我國(guó)國(guó)特色的的方法，如湖南南大學(xué)的的動(dòng)力參參數(shù)法、四川省省建筑科科學(xué)研究究院和中中國(guó)建筑筑科學(xué)研研究院共共同

27、研究究的錘擊擊貫入試試樁法、西安公公路研究究所的水水電效應(yīng)應(yīng)法、成成都市城城市建設(shè)設(shè)研究所所的機(jī)械械阻抗法法、冶金金部建筑筑研究總總院的共共振法等等。這些些都成為為我國(guó)主主要采用用的基樁樁動(dòng)測(cè)方方法。220世紀(jì)紀(jì)80年代代中至990年代代初，我我國(guó)在各各種低應(yīng)應(yīng)變法在在基本理理論、機(jī)機(jī)理、儀儀器開(kāi)發(fā)發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)測(cè)試和和信號(hào)處處理技術(shù)術(shù)、工程程樁或模模型樁驗(yàn)驗(yàn)證研究究、實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)積積累等方方面，取取得了許許多有價(jià)價(jià)值的成成果。220世紀(jì)紀(jì)90年代代中期，建工行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)基樁樁低應(yīng)變變動(dòng)力檢檢測(cè)規(guī)程程( JGJJ/T993-995)和和基樁樁高應(yīng)變變動(dòng)力檢檢測(cè)規(guī)程程( JGJJ 1006-997)的

28、的相繼頒頒布，標(biāo)標(biāo)志著我我國(guó)基樁樁動(dòng)測(cè)技技術(shù)發(fā)展展進(jìn)入了了相對(duì)成成熟期。在這把把與本文文密切相相關(guān)的反反射波法法的一些些研究成成果做一一些總結(jié)結(jié)。在信信號(hào)處理理方面，有學(xué)者者提出用用小波來(lái)來(lái)過(guò)濾樁樁中反射射回來(lái)的的原始信信號(hào)，消消除環(huán)境境及電氣氣噪聲、土阻力力干擾、樁身淺淺部缺陷陷反射信信號(hào)等的的干擾從從而達(dá)到到改善信信號(hào)質(zhì)量量、提高高樁基動(dòng)動(dòng)測(cè)資料料分析水水平的目目的。還還有學(xué)者者提出將將小波變變換和人人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩兩者結(jié)合合起來(lái)提提出了一一種全新新的樁身身缺陷診診斷方法法。在對(duì)對(duì)缺陷位位置及樁樁長(zhǎng)的確確定影響響較大的的波速問(wèn)問(wèn)題上，針對(duì)一一維波動(dòng)動(dòng)理論的的不足，有學(xué)者者提出用用乘系數(shù)數(shù)的

29、方法法來(lái)彌補(bǔ)補(bǔ)波速的的誤差。這些都都使得反反射波法法在實(shí)踐踐中的可可靠度得得到了一一定程度度的提高高。1.4樁樁基動(dòng)測(cè)測(cè)的其它它方法綜綜述 (11)超聲聲波法超聲波法法在檢測(cè)測(cè)灌注樁樁方面有有其獨(dú)到到的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，它不不受樁長(zhǎng)長(zhǎng)、長(zhǎng)徑徑比的限限制，一一般也不不受場(chǎng)地地限制，已成為為目前混混凝土灌灌注樁完完整性檢檢測(cè)的重重要手段段。其基基本方法法是：基樁成成孔后，灌注混混凝土之之前，在在樁內(nèi)預(yù)預(yù)埋若干干根聲測(cè)測(cè)管作為為聲波發(fā)發(fā)射和接接收換能能器的上上下通道道，在樁樁身混凝凝土灌注注若干天天后開(kāi)始始檢測(cè)，用聲波波檢測(cè)儀儀沿樁的的縱軸方方向以一一定的間間距逐點(diǎn)點(diǎn)檢測(cè)聲聲波穿過(guò)過(guò)樁身各各截面的的聲學(xué)參參數(shù)

30、，然然后對(duì)這這些檢測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行處理理、分析析和判斷斷，確定定樁身混混凝土缺缺陷位置置、范圍圍、程度度，從而而推斷樁樁身混凝凝土的連連續(xù)性、完整性性和均勻勻性狀況況，評(píng)定定樁身完完整性等等級(jí)。 (2)靜動(dòng)法法靜動(dòng)法是是最近發(fā)發(fā)展起來(lái)來(lái)的一種種大應(yīng)變變動(dòng)測(cè)樁樁承載力力的方法法。它克克服了波波動(dòng)方程程法要求求樁產(chǎn)生生教大的的貫入度度，難以以在灌注注樁上實(shí)實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)嚴(yán)重缺點(diǎn)點(diǎn)。它的的主要特特點(diǎn)就是是利用一一種特殊殊的加載載裝置使使作用在在樁頂?shù)牡牧γ}沖沖延續(xù)時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)長(zhǎng)，這樣樣可使樁樁產(chǎn)生很很大的貫貫入度，又不破破壞樁頂頂，且更更為重要要的是在在這種動(dòng)動(dòng)力作用用下，樁樁身的應(yīng)應(yīng)力和位位移都與與應(yīng)力波波

31、的傳播播無(wú)關(guān)，而接近近與靜態(tài)態(tài)承壓樁樁，因此此在分析析上比較較簡(jiǎn)單。由于靜靜動(dòng)法產(chǎn)產(chǎn)生的加加速度aa=100-200g，所所以平臺(tái)臺(tái)上的堆堆載只需需要靜載載時(shí)的550%-10%，大大大節(jié)省了了人力和和物力。靜動(dòng)法法確定樁樁承載力力的方法法是根據(jù)據(jù)實(shí)測(cè)的的靜動(dòng)力力F、位移移U、速度度V和加速速度a，按下下面的平平衡方程程求得樁樁的承載載力Puu也即土土的靜阻阻力Fuu : PPu= Fu=F-CCV-mma，當(dāng)當(dāng)U=UUmaxx時(shí)，V=0，即即可得樁樁的極限限荷載PPu = Fuu = F-mma。另另外在如如何從靜靜動(dòng)法的的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果F-U曲線線，求出出相應(yīng)的的靜載PP-S曲曲線，目目前有三三

32、種方法法:起始剛剛度法、修正起起始剛度度法和卸卸荷點(diǎn)法法。 (33)鉆芯芯法在實(shí)際工工程當(dāng)中中，可能能由于受受現(xiàn)場(chǎng)條條件、當(dāng)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)驗(yàn)設(shè)備能能力等條條件限制制無(wú)法進(jìn)進(jìn)行靜載載試驗(yàn)、高應(yīng)變變檢測(cè)和和低應(yīng)變變檢測(cè)，或是由由于沒(méi)有有預(yù)埋聲聲測(cè)管或或聲測(cè)管管堵塞無(wú)無(wú)法進(jìn)行行聲波透透射法試試驗(yàn)時(shí)，鉆芯法法便可以以用來(lái)作作為樁基基檢測(cè)的的方法。它對(duì)擬擬建工程程場(chǎng)地條條件要比比靜載和和高應(yīng)變變低得多多，故它它可以作作為特定定條件下下的檢測(cè)測(cè)手段。鉆芯法法是一種種微破損損或局部部破損檢檢測(cè)手法法，具有有科學(xué)、直觀、實(shí)用等等特點(diǎn)，不僅可可以檢測(cè)測(cè)混凝土土灌注樁樁，也可可檢測(cè)地地下連續(xù)續(xù)墻的施施工質(zhì)量量:同時(shí)，它

33、還可可以檢測(cè)測(cè)沉渣厚厚度、混混凝土與與持力層層的接觸觸情況，以及持持力層的的巖土性性狀、是是否存在在夾層等等，這也也是其它它檢測(cè)方方法無(wú)法法比擬的的。但它它也有局局限性，其檢測(cè)測(cè)能力受受樁的長(zhǎng)長(zhǎng)徑比制制約，它它也不能能對(duì)預(yù)制制樁和鋼鋼樁的成成樁質(zhì)量量進(jìn)行檢檢測(cè)，這這時(shí)低應(yīng)應(yīng)變法就就能體現(xiàn)現(xiàn)它的優(yōu)優(yōu)越性了了。所以以各種檢檢測(cè)手段段互相都都有互補(bǔ)補(bǔ)性，有有時(shí)運(yùn)用用時(shí)可以以將它們們聯(lián)合起起來(lái)綜合合使用。鉆芯法法借鑒了了地質(zhì)勘勘探技術(shù)術(shù)，在混混凝土中中鉆取芯芯樣，通通過(guò)芯樣樣表觀質(zhì)質(zhì)量和芯芯樣試件件抗壓強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果，綜合評(píng)評(píng)價(jià)混凝凝土的質(zhì)質(zhì)量是否否滿足設(shè)設(shè)計(jì)要求求。鉆芯芯法比較較適用于于混凝土土灌

34、注樁樁的特點(diǎn)點(diǎn)可彌補(bǔ)補(bǔ)低應(yīng)變變法在這這方面的的不足，同時(shí)鉆鉆芯法還還可以對(duì)對(duì)水泥土土攪拌樁樁進(jìn)行有有效的、直觀的的測(cè)試，這一點(diǎn)點(diǎn)也是低低應(yīng)變法法目前很很難做到到的。1.5本本文主要要研究工工作本文擬在在原有的的反射波波法測(cè)定定樁長(zhǎng)的的試驗(yàn)方方法上做做一些技技術(shù)上的的改進(jìn)，通過(guò)改改進(jìn)使得得樁長(zhǎng)的的測(cè)定得得到一定定程度的的提高。本文是對(duì)對(duì)反射波波法確定定樁長(zhǎng)的的一種新新的嘗試試，擬解解決的問(wèn)問(wèn)題和采采取的手手段。初步設(shè)想想為以下下幾個(gè)方方面: (1)通通過(guò)收集集工程中中已開(kāi)挖挖驗(yàn)證的的樁及相相關(guān)曲線線分析，找出理理論分析析曲線與與實(shí)際開(kāi)開(kāi)挖驗(yàn)證證曲線的的不符之之處，重重新進(jìn)行行時(shí)頻域域分析，找出在

35、在實(shí)際工工程中造造成誤判判的因素素。 (2)在實(shí)實(shí)際工程程中，對(duì)對(duì)所檢測(cè)測(cè)的樁采采用改進(jìn)進(jìn)的試驗(yàn)驗(yàn)方法反反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)，分析析時(shí)域特特征曲線線，得出出響應(yīng)特特征參數(shù)數(shù)。對(duì)比比改進(jìn)試試驗(yàn)與原原始方法法的試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出其其優(yōu)點(diǎn)。 (3)通過(guò)過(guò)設(shè)定不不同的參參數(shù)進(jìn)行行檢測(cè)，研究在在不同的的錘擊材材料下，對(duì)改進(jìn)進(jìn)試驗(yàn)的的影響，找出最最佳的錘錘擊材料料，使其其與改進(jìn)進(jìn)試驗(yàn)方方案相配配套。在進(jìn)行上上述工作作時(shí)可能能會(huì)遇到到下列問(wèn)問(wèn)題:在對(duì)改改進(jìn)的試試驗(yàn)方法法所測(cè)得得的時(shí)頻頻域曲線線可能會(huì)會(huì)有較大大的徑向向干擾波波，使得得在對(duì)曲曲線分析析時(shí)產(chǎn)生生嚴(yán)重的的誤判或或者看不不到樁底底反射?？梢钥伎紤]使用用數(shù)字濾濾波

36、手段段或者改改變拾振振點(diǎn)位置置來(lái)獲取取更多有有效信息息。第二章基基本原理理2. 11波動(dòng)方方程及其其解的形形式樁的動(dòng)測(cè)測(cè)技術(shù)以以一維波波動(dòng)理論論為理論論基礎(chǔ)。當(dāng)給樁樁頂施加加無(wú)論是是振動(dòng)還還是錘擊擊等激勵(lì)勵(lì)能量時(shí)時(shí)，都以以應(yīng)力波波形式沿沿樁身傳傳播，傳傳遞過(guò)程程是以一一維波動(dòng)動(dòng)方程為為數(shù)學(xué)模模型的。2.1.1波動(dòng)動(dòng)方程在建立應(yīng)應(yīng)力波沿沿樁身傳傳遞的一一維波動(dòng)動(dòng)方程的的時(shí)候，由于在在樁頂施施加的是是微小激激振力，作了以以下假定定:（1)樁樁身材料料是均勻勻和各向向同性的的; (2)位移假假設(shè)相當(dāng)當(dāng)微小以以至對(duì)動(dòng)動(dòng)力激發(fā)發(fā)的反應(yīng)應(yīng)總是線線彈性的的，服從從胡克定定律;(3)樁樁受激振振動(dòng)時(shí)，其橫截截

37、面保持持為平面面，而且且每個(gè)截截面上的的應(yīng)力是是均勻分分布的。有了以上上假定我我們便可可以建立立樁的一一維波動(dòng)動(dòng)方程(如圖2-1)取樁身的的縱向?yàn)闉閄軸，方方向如圖圖(2-1)所所示。設(shè)設(shè)樁長(zhǎng)為為L(zhǎng),截面面積為AA,密度度為P，彈性性模量為為E，受軸軸向力FF作用，將沿樁樁身縱向向產(chǎn)生位位移u，則質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度和和應(yīng)變，它們只只是x和時(shí)間間t的函數(shù)數(shù)。于t時(shí)刻刻在x處取一一微元ddx，受受力情況況如圖22-1所示示。由牛牛頓第二二定律建建立方程程:(2. 1 .1)其中F= A(其中。為軸向向應(yīng)力)，可得得平衡方方程:（2.11.2）又考慮一一般情況況下連續(xù)續(xù)可微，則有:（2.11.3）根據(jù)

38、胡克克定律有有將其代代入式(2. 1. 2), (22. 11.3)中便有:（2.11.4）令，并將將和代入到上上式中整整理得:（2.11.5）此式即為為一維波波動(dòng)方程程，c實(shí)際上上就是一一維桿件件中的應(yīng)應(yīng)力波傳傳播速度度。2. 11. 22波動(dòng)方方程解的的形式2. 11 .22. 11分離變變量法求求解波動(dòng)動(dòng)方程采用分離離變量法法求解波波動(dòng)方程程(2. 1. 5 )，令令其解有有如下形形式:（2.11.6）代入波動(dòng)動(dòng)方程得得：（2.11.7）令上式左左右兩邊邊等于一一個(gè)常數(shù)數(shù)并代入入上式，可得以以下兩個(gè)個(gè)常微分分方程:（2.11.8）（2.11.9）它們的通通解分別別為：（2.11.100）

39、（2.11.111）2.1.2.22采用行行波理論論求解波波動(dòng)方程程式(2. 1. 5)一維波波動(dòng)方程程為二階階偏微分分方程，可以采采用達(dá)朗朗貝爾通通解求解解此式，可得有有下列形形式的解解:（2.11.122）2. 22彈性波波的反射射與透射射2.2.1在截截面不變變的樁中中波的傳傳播首先研究究一維波波動(dòng)方程程的通解解，這里單單獨(dú)把下下行波拿拿出來(lái)研研究，下下行波的的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)速度度記作vv，其值值為:（2.22.1）下行波產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)變?yōu)椋海?.22.2）式中符號(hào)號(hào)表示以以壓縮變變形的壓壓力為正正。此時(shí)時(shí)下行波波的力為為:（2.22.3）將式(22. 22. 11)代入入式(22.2.3)中

40、中可得:（2.22.4）式中，為為樁的波波阻抗。同樣，對(duì)對(duì)于上行行波可以以得到類類似的式式子:（2.22.5）在一般情情況下，樁身上上任一截截面上測(cè)測(cè)到的質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度或或力都是是上行波波與下行行波的疊疊加的結(jié)結(jié)果（2.22.6）下面研究究?jī)煞N樁樁中常見(jiàn)見(jiàn)情況下下力和質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度度疊加的的情況:樁端為自自由端時(shí)時(shí)，邊界界條件為為，則:（2.22.7）將式( 2. 2. 4 )與( 2. 2. 5 )代入上上式可得得樁端質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度度:（2.22.8）公式(22.2.7)和和( 22. 22. 88)表示示應(yīng)力達(dá)達(dá)到自由由端后，將產(chǎn)生生一個(gè)符符號(hào)相反反、幅值值相同的的反射波波，即壓壓力波產(chǎn)產(chǎn)生拉力

41、力反射波波，在樁樁端處疊疊加，使使樁端力力為0，而樁樁端質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速速度增加加一倍。樁端為固固定端時(shí)時(shí)，邊界界條件，則:（2.22.9）將式(22. 22. 44 )與與(2. 2. 5 )代入入上式得得:（2.22.100）上兩式表表示應(yīng)力力波達(dá)到到固定端端后，產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)與入射射波相同同的反射射波，即即入射壓壓力波產(chǎn)產(chǎn)生壓力力反射波波，在樁樁端處由由于波的的疊加使使樁端反反力增加加一倍，樁端速速度為00。2. 22. 22樁身截截面變化化時(shí)波的的傳播當(dāng)樁身截截面發(fā)生生突然變變化時(shí)(見(jiàn)圖2-2 ),此時(shí)波阻阻抗由變變?yōu)椋鶕?jù)變截截面處的的平衡條條件與連連續(xù)條件件，可有有:（2.22.111

42、）將式(22. 22. 44 ), ( 2. 2. 5 )代入上上式中，整理后后可得:（2.22.122）當(dāng)剛開(kāi)始始傳播時(shí)時(shí)只有下下行波PP變截面面，上式式變?yōu)? (2.22.133)同理，當(dāng)當(dāng)截面上上只有上上行波PP變截面面時(shí)，式式(2. 2. 122)變?yōu)闉? (2.22.144)式( 22. 22. 113 ), ( 2. 2. 144)表明明當(dāng)原有有的下行行波及上上行波通通過(guò)變截截面時(shí)，都會(huì)分分成透射射波與反反射波兩兩部分。透射波波的性質(zhì)質(zhì)與入射射波一致致，幅值值為原入入射波的的2Z22/(ZZ1+ZZ2)倍倍;反射波波的幅值值為倍，根據(jù)的的正負(fù)號(hào)號(hào)來(lái)決定定反射波波的性質(zhì)質(zhì)是否發(fā)發(fā)生變

43、化化。2. 22. 33反射系系數(shù)與透透射系數(shù)數(shù)根據(jù)以上上的討論論我們可可以得出出反射波波法測(cè)定定樁身質(zhì)質(zhì)量的基基本原理理，當(dāng)樁樁身阻抗抗發(fā)生變變化時(shí)，可以用用波在樁樁身的傳傳播規(guī)律律進(jìn)行分分析，此此時(shí)根據(jù)據(jù)式(22. 22. 113 ),( 2. 2. 14 )，定定義反射射系數(shù)RRr、透透射系數(shù)數(shù)Rt，分別別為: (22.2.15) ( 22.2.16)其中n=Z1/Z2為為阻抗比比。式(2.22.155), (2.2.116)便便為低應(yīng)應(yīng)變反射射波法對(duì)對(duì)樁身缺缺陷或樁樁反射信信號(hào)進(jìn)行行分析判判斷的重重要依據(jù)據(jù)，由上上兩式可可得出以以下結(jié)論論:(1)當(dāng)當(dāng)n=11時(shí)，Rrr=0，說(shuō)說(shuō)明界面面

44、處不存存在阻抗抗不同或或截面不不同的材材料，無(wú)無(wú)反射波波信號(hào)。 (2)當(dāng)n11時(shí)，Z11Z22, R, 0，反射波波與入射射波同號(hào)號(hào)。說(shuō)明明界面是是由高阻阻抗硬材材料進(jìn)入入低阻抗抗軟材料料或大截截面進(jìn)入入小截面面。這在在工程實(shí)實(shí)際中對(duì)對(duì)應(yīng)于樁樁身存在在縮頸、斷裂、混凝土土離析、夾泥等等之中的的某種或或幾種情情況。 (33)當(dāng)n11時(shí)，Z11Z22, Rr=10就就能滿足足假設(shè)要要求。2. 33. 11完整端端承樁瞬瞬態(tài)動(dòng)測(cè)測(cè)響應(yīng)的的數(shù)學(xué)模模型基于以上上所做的的假設(shè)可可以建立立起以下下阻尼波波動(dòng)方程程(如圖): (22.3.1)式中，為樁側(cè)側(cè)土的等等效粘滯滯作用阻阻尼系數(shù)數(shù);其它參參數(shù)與式式(2

45、. 1. 5)一一致。對(duì)(2. 3. 1)采用分分離變量量法，令令,可得: (2.3.22)v是分離離常數(shù);Y(xx)為波波動(dòng)函數(shù)數(shù)，它與與時(shí)間tt無(wú)關(guān);ZZ(t)為振動(dòng)動(dòng)函數(shù)，它與坐坐標(biāo)x無(wú)關(guān)。求解可得得: (2.3.33)由上式可可知就是是應(yīng)力波波的圓波波數(shù)。解方程( 22. 33. 22 eq oac(,2)并消去去時(shí)的大大阻尼和和臨界阻阻尼這兩兩種不屬屬于振動(dòng)動(dòng)的解的的情況，只取時(shí)時(shí)的小阻阻尼情況況，可得得其振動(dòng)動(dòng)型解: (2.3.44)式中，就是樁樁阻尼振振動(dòng)圓頻頻率。于于是便可可得位移移函數(shù):(2.33.5)a, bb, cc0, d0為為待定系系數(shù)，它它們由初初始條件件和邊界界條

46、件所所決定。初始條件件:當(dāng)樁頂頂面(xx=L)受一瞬瞬時(shí)沖擊擊力作用用時(shí)，在在沖擊力力作用的的末時(shí)刻刻( tt=0)，樁頂頂獲得的的初速度度為: (22.3.6)邊界條件件:指在to的任任何時(shí)刻刻，應(yīng)力力波在樁樁的邊界界截面(樁頂、樁底)上的狀狀態(tài)，有有:樁底剛性性固定: (2.33.7)樁頂面自自由: (2.3.88)由于低應(yīng)應(yīng)變的瞬瞬態(tài)激振振施加的的激振力力不可能能使端承承樁振動(dòng)動(dòng)起來(lái)，于是便便有: (2.3.99)把初始條條件和邊邊界條件件分別代代入到位位移函數(shù)數(shù)(2.3.55)可得得到相對(duì)對(duì)應(yīng)的待待定系數(shù)數(shù)的值。由邊界界條件(2. 3. 7)可可得: ，在t0時(shí)Z (t)不不為零，因而

47、只只有Y (0) =00，從而而a=OO。干是是便有: (2.3.110)又由邊界界條件(2. 3. 8 )有,必有再將將()代入入其中，有:,又v, b均均不為零零，所以以就有下下式: (2.33.111)上式就是是應(yīng)力波波圓波數(shù)數(shù)v必須滿滿足的方方程，稱稱為波數(shù)數(shù)方程。由此可可得到圓圓波數(shù)的的一個(gè)序序列: (2.33.122)因而樁的的自振圓圓頻率的的一個(gè)序序列為: (2.33.133)相應(yīng)可得得到樁阻阻尼自振振頻率的的一個(gè)序序列為: (2.3.114)則可得到到下面兩兩個(gè)函數(shù)數(shù)序列: (2.3.115)因而位移移函數(shù)為為:(2.33.166)這里已將將bn并入Cnn和dn中構(gòu)成成了兩個(gè)個(gè)

48、新的系系數(shù)序列列An和Bn。將將上式代代入到(2.33.9)中可得得An=0,，從而而得到:(2.33.177)式中I代代表瞬時(shí)時(shí)沖擊力力對(duì)樁的的沖量，pA為單單位長(zhǎng)度度的質(zhì)量量。由于于在實(shí)際際樁基檢檢測(cè)時(shí)，傳感器器放置在在樁頂面面上，既既僅僅觀觀測(cè)樁頂頂面的振振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)。故令令x=LL代入到到(2. 3. 177)中，便可得得到完整整端承樁樁瞬態(tài)動(dòng)動(dòng)測(cè)振動(dòng)動(dòng)位移響響應(yīng)的數(shù)數(shù)學(xué)模型型: (2.33.188)對(duì)上式分分別求一一階導(dǎo)和和二階導(dǎo)導(dǎo)可得到到相應(yīng)的的動(dòng)測(cè)振振動(dòng)速度度和振動(dòng)動(dòng)加速度度響應(yīng)，它們的的數(shù)學(xué)模模型分別別為:(2.33.199) (2.3.220)式中，MM= AL為樁樁身的質(zhì)質(zhì)量

49、。2. 55. 22缺陷端端承樁瞬瞬態(tài)動(dòng)測(cè)測(cè)響應(yīng)的的反射波波法數(shù)學(xué)學(xué)模型缺陷端承承樁，泛泛指樁體體材料的的楊氏模模量E、密度度P和截面面A3個(gè)參參數(shù)存在在間斷的的端承樁樁?？梢砸圆捎脙蓛煞N方法法建立正正演模型型，一種種就是如如前所述述求解波波動(dòng)方程程導(dǎo)出振振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)的數(shù)學(xué)學(xué)模型;另一種種就是利利用應(yīng)力力波在樁樁身缺陷陷處產(chǎn)生生反射波波并在該該處疊加加，通過(guò)過(guò)疊加原原理來(lái)建建立振動(dòng)動(dòng)的響應(yīng)應(yīng)的數(shù)學(xué)學(xué)模型。在前面面的論述述中已具具體提過(guò)過(guò)應(yīng)力波波的反射射和投射射問(wèn)題，這里利利用它來(lái)來(lái)建立反反射波法法的數(shù)學(xué)學(xué)模型。其原理就就是利用用端承樁樁缺陷處處的應(yīng)力力波回到到樁頂面面與頂面面的應(yīng)力力波疊加加起來(lái)

50、，便產(chǎn)生生了疊加加現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)對(duì)疊加現(xiàn)現(xiàn)象的分分析研究究，可以以給出缺缺陷端承承樁瞬態(tài)態(tài)動(dòng)測(cè)響響應(yīng)模型型。假設(shè)設(shè)距離樁樁底X0處有一一缺陷，樁頂響響應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)時(shí)間tt0后達(dá)達(dá)到缺陷陷處，反反射回樁樁頂?shù)臅r(shí)時(shí)間為tt1=22t0，當(dāng)樁頂頂?shù)捻憫?yīng)應(yīng)時(shí)間大大于2tt0時(shí)，則在時(shí)時(shí)刻t11時(shí)在樁樁頂處形形成疊加加現(xiàn)象，其性質(zhì)質(zhì)和強(qiáng)弱弱取決于于缺陷的的類型及及嚴(yán)重程程度(如圖2-5 ):反射波法法的解析析解是在在完整端端承樁的的瞬態(tài)動(dòng)動(dòng)測(cè)位移移響應(yīng)數(shù)數(shù)學(xué)模型型中變化化而來(lái):設(shè)式(22. 33. 118)中中則振動(dòng)動(dòng)響應(yīng)方方程為: (22.3.21)式中A為為振動(dòng)響響應(yīng)初始始幅值，在整個(gè)個(gè)振動(dòng)的的持續(xù)時(shí)時(shí)間

51、T內(nèi)，若若(2tt0TT2(n+ll)t，此時(shí)時(shí)有n次反射射的振動(dòng)動(dòng)響應(yīng)，其序列列為，由由疊加原原理可知知，在樁樁頂處觀觀測(cè)的缺缺陷端承承樁瞬態(tài)態(tài)振動(dòng)響響應(yīng)的疊疊加形式式為: (2.3.222)從上式可可知，振振動(dòng)反射射疊加部部分的極極性取決決于反射射系數(shù)1的符號(hào)號(hào)，它是是缺陷類類型識(shí)別別的重要要標(biāo)志。第三章檢檢測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)中相關(guān)關(guān)測(cè)試設(shè)設(shè)備和參參數(shù)的選選用3. 11相關(guān)設(shè)設(shè)備的選選用在一個(gè)完完整的動(dòng)動(dòng)測(cè)樁基基的測(cè)試試系統(tǒng)中中，觀測(cè)測(cè)系統(tǒng)和和分析系系統(tǒng)的共共性非常常明顯，而被測(cè)測(cè)系統(tǒng)千千差萬(wàn)別別，對(duì)動(dòng)動(dòng)測(cè)相關(guān)關(guān)設(shè)備的的研究正正是要?jiǎng)儎冸x觀測(cè)測(cè)系統(tǒng)和和分析系系統(tǒng)的共共性部分分，突顯顯被測(cè)對(duì)對(duì)象，為為

52、準(zhǔn)確分分析研究究被測(cè)對(duì)對(duì)象創(chuàng)造造條件。反射波現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試儀器布布置如圖圖(3-1)所所示:3.1.1激振振設(shè)備的的性能研研究激振器是是一個(gè)產(chǎn)產(chǎn)生瞬時(shí)時(shí)沖擊力力的器件件。對(duì)激激振器的的要求就就是要使使產(chǎn)生的的瞬時(shí)沖沖擊力應(yīng)應(yīng)符合以以下條件件.(1)盡盡可能是是沿樁軸軸方向;(2)盡盡可能使使所激發(fā)發(fā)出的應(yīng)應(yīng)力波，對(duì)于完完整樁而而言，具具有從樁樁頂傳播播到樁底底，再?gòu)膹臉兜追捶瓷浠氐降綐俄敚辽儆杏?2個(gè)回程程的能量量:(3)具具有較低低的頻帶帶范圍。在反射波波法中所所用的激激振設(shè)備備通常有有手錘或或力棒，錘頭或或棒頭的的材料可可以更換換(如鋼、鋁、硬硬塑料、橡皮等等)。棒和和錘的重重量也可可以變

53、更更。振源源力的大大小和材材料對(duì)測(cè)測(cè)試樁土土體系各各參數(shù)的的有效性性起著重重要作用用，可以以說(shuō)能否否獲得正正確的樁樁頂振動(dòng)動(dòng)曲線，與激振振的好壞壞有很大大關(guān)系。應(yīng)根據(jù)據(jù)實(shí)際情情況選擇擇錘頭的的材質(zhì)。對(duì)于淺淺部的缺缺陷，要要求激振振力的高高頻成分分豐富，故采用用硬質(zhì)錘錘頭和質(zhì)質(zhì)量小的的錘;而對(duì)于于深部缺缺陷，要要求激振振力的低低頻成分分豐富，故采用用重量大大的錘或或力棒，棒頭材材料選用用軟質(zhì)的的為宜。在基樁樁反射波波法檢測(cè)測(cè)中，激激振設(shè)備備就是通通過(guò)在樁樁頂施加加一個(gè)激激勵(lì)脈沖沖，使樁樁產(chǎn)生縱縱向振動(dòng)動(dòng)，通過(guò)過(guò)安裝在在樁頂處處的傳感感器獲得得樁的縱縱向振動(dòng)動(dòng)規(guī)律，從而推推斷樁身身的完整整性狀況況

54、。所以以在選擇擇激振設(shè)設(shè)備的時(shí)時(shí)候，要要使其激激發(fā)的激激勵(lì)脈沖沖包含有有樁的前前幾階主主振型的的頻率，以便使使應(yīng)力波波信號(hào)能能真實(shí)的的體現(xiàn)樁樁的縱向向振動(dòng)規(guī)規(guī)律。而而影響激激勵(lì)脈沖沖的因素素就是錘錘擊材料料的質(zhì)量量和材質(zhì)質(zhì)。國(guó)外外有一種種說(shuō)法，即可探探測(cè)的缺缺陷為長(zhǎng)長(zhǎng)度為11/4脈脈沖長(zhǎng)度度。通過(guò)過(guò)理論分分析可以以得到激激勵(lì)的脈脈沖寬度度式子： (3.1.11)其中mhh:錘體質(zhì)質(zhì)量;Lh:沖擊墊墊的厚度度:Ahh:沖擊墊墊的面積積;Ehh:沖擊擊墊的彈彈性模量量。事實(shí)上，只要力力脈沖能能激起樁樁的頭四四階主頻頻諧振，樁頂傳傳感器就就能獲得得準(zhǔn)確體體現(xiàn)樁的的縱向振振動(dòng)規(guī)律律的信號(hào)號(hào)。而樁樁的縱

55、向向振動(dòng)主主頻頻寬寬為: (3.11.2)應(yīng)力波的的衰減快快慢除和和樁、土土阻尼有有關(guān)外，還和應(yīng)應(yīng)力波本本身的頻頻率成分分密切相相關(guān)，頻頻率高衰衰減快，頻率底底衰減慢慢。衰減減系數(shù)和頻率率f的關(guān)系系為: (3.11.3)上式也說(shuō)說(shuō)明，頻頻率越高高，衰減減越快。因此在在檢測(cè)樁樁身深層層缺陷或或需要突突現(xiàn)樁底底反射信信號(hào)時(shí)，從激發(fā)發(fā)效果表表中可以以看出選選擇低頻頻的重錘錘最為合合適;當(dāng)需要要檢測(cè)樁樁身淺部部缺陷時(shí)時(shí)，則需需要力譜譜高頻成成分豐富富的錘擊擊材料，這樣的的波長(zhǎng)小小，判斷斷淺部缺缺陷的精精度也越越高。3.1.2傳感感器的選選用與安安裝振動(dòng)傳感感器是一一個(gè)感受受樁的振振動(dòng)大小小和時(shí)間間變化

56、的的器件。又可分分為速度度傳感器器和加速速度傳感感器。不不同類型型的傳感感器接受受的頻率率信號(hào)是是不同的的，現(xiàn)對(duì)對(duì)兩種傳傳感器作作一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的介介紹:1.速度度傳感器器速度傳感感器通常常采用的的是電磁磁感應(yīng)動(dòng)動(dòng)感式傳傳感器，這種傳傳感器又又包括線線速度傳傳感器和和角速度度傳感器器兩種。動(dòng)力測(cè)測(cè)樁中采采用的是是線速度度傳感器器。速度度傳感器器是觀測(cè)測(cè)系統(tǒng)的的關(guān)鍵部部分，它它的質(zhì)量量好壞將將直接影影響所觀觀測(cè)的振振動(dòng)速度度響應(yīng)精精度，因因此對(duì)速速度傳感感器有較較嚴(yán)格的的要求.具有良好好的頻率率響應(yīng)特特性，尤尤其是對(duì)對(duì)幅頻特特性要求求較高，必須在在較寬的的頻帶范范圍內(nèi)有有平直特特性;對(duì)于樁樁身的完完

57、整性而而言，如如果想正正確感知知最淺位位置b處的缺缺陷和樁樁長(zhǎng)L的樁底底，速度度傳感器器的頻帶帶寬度必必須大致致滿足以以下要求求: (33.1.4)(2)輸輸出電壓壓與輸入入的振動(dòng)動(dòng)速度是是成嚴(yán)格格的正比比關(guān)系: (33)具有有較低的的固有頻頻率，不不會(huì)引起起共振現(xiàn)現(xiàn)象; (44)有足足夠的靈靈敏度; (55)溫度度變化影影響小。2.加速速度傳感感器加速度傳傳感器常常采用的的是壓電電式加速速度傳感感器。在在外力作作用下，某些物物質(zhì)變形形后其表表面會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生電荷荷，從而而實(shí)現(xiàn)非非電量電電測(cè)的目目的。一一般來(lái)說(shuō)說(shuō)，石英英晶體加加速度傳傳感器有有較佳的的技術(shù)性性能。對(duì)對(duì)其的具具體要求求和速度度傳感器器

58、相同?？傊?，傳傳感器的的頻率響響應(yīng)特性性應(yīng)能滿滿足不同同測(cè)試對(duì)對(duì)象、不不同測(cè)試試目的的的需要。根據(jù)上面面對(duì)頻帶帶寬度要要求的討討論可知知:當(dāng)檢測(cè)測(cè)長(zhǎng)樁的的樁端反反射信息息或深部部缺陷時(shí)時(shí)，應(yīng)選選擇低頻頻性能較較好的傳傳感器;當(dāng)檢測(cè)測(cè)短樁或或樁的淺淺部缺陷陷時(shí)，應(yīng)應(yīng)選擇加加速度傳傳感器或或?qū)掝l帶帶的速度度傳感器器。3.傳感感器的安安裝傳感器的的安裝好好壞將直直接影響響能否采采集到好好的信號(hào)號(hào)。傳感感器的安安裝應(yīng)用用化學(xué)粘粘結(jié)劑或或石膏等等粘結(jié)，粘結(jié)層層盡量薄薄，不應(yīng)應(yīng)采用手手扶式;必要時(shí)時(shí)可采用用沖擊鉆鉆打孔安安裝方式式，但傳傳感器與與樁頂緊緊密接觸觸。安裝裝時(shí)必須須保證傳傳感器與與樁頂面面垂直

59、。從理論論上講，傳感器器與被測(cè)測(cè)樁之間間應(yīng)該為為剛性接接觸為一一體，這這樣傳遞遞特性最最佳，測(cè)測(cè)試的信信號(hào)也越越接近樁樁體表面面的質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動(dòng)，即所謂謂的固定定安裝。但是在在實(shí)際操操作中要要真正達(dá)達(dá)到上述述要求是是很困難難的，在在工程實(shí)實(shí)踐中往往往用的的最多的的是黃油油粘結(jié)、石膏粘粘結(jié)等所所謂的彈彈性安裝裝。彈性性安裝必必然會(huì)出出現(xiàn)安裝裝諧振的的影響。此外傳感感器安裝裝點(diǎn)的布布置應(yīng)考考慮以下下幾點(diǎn):(1)傳傳感器按按安裝點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離離鋼筋籠籠的主筋筋，其目目的就是是減少外外露主筋筋振動(dòng)對(duì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)產(chǎn)生干擾擾信號(hào)。(2)根根據(jù)前面面的論述述，傳感感器安裝裝點(diǎn)與激激振點(diǎn)距距離和位位置不同同，所受受干擾的

60、的程度各各異。研研究表明明實(shí)心樁樁安裝點(diǎn)點(diǎn)在距樁樁中心約約2/33半徑時(shí)時(shí)，所受受干擾較較小:空心樁樁安裝點(diǎn)點(diǎn)與激振振點(diǎn)平面面夾角等等于或略略大于990時(shí)也也有類似似效果。第四章采采用改進(jìn)進(jìn)的檢測(cè)測(cè)方法測(cè)測(cè)定樁長(zhǎng)長(zhǎng)的研究究傳統(tǒng)的反反射波法法在確定定樁身長(zhǎng)長(zhǎng)度時(shí)往往往會(huì)遇遇到很多多問(wèn)題，在樁長(zhǎng)長(zhǎng)和應(yīng)力力波速都都未知的的情況下下很難通通過(guò)時(shí)域域內(nèi)的反反射波曲曲線來(lái)確確定出樁樁身的具具體長(zhǎng)度度，還有有前面所所提到的的存在的的一維縱縱波波速速測(cè)不準(zhǔn)準(zhǔn)的現(xiàn)象象。這些些都成為為通常的的反射波波法檢測(cè)測(cè)中需要要解決的的問(wèn)題，這里擬擬從改進(jìn)進(jìn)檢測(cè)手手段的試試驗(yàn)方法法入手對(duì)對(duì)樁長(zhǎng)的的核定做做一種嘗嘗試，以以達(dá)到