基樁完整性定量分析

基樁完整性定量分析第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定量分析重要性在現(xiàn)行的基樁規(guī)范中對(duì)如何處理三類樁并沒有明確規(guī)定,只有知道樁的缺損程度及響應(yīng)的位置、范圍，設(shè)計(jì)部門才可能根據(jù)其對(duì)樁豎直向抗壓強(qiáng)度、水平向抗剪強(qiáng)度的影響，對(duì)樁進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行相應(yīng)的處理。但現(xiàn)行樁的缺損程度的確定方法有一定的局限性：（1）鉆孔取芯局部性，要客觀缺損處的缺損程度就必須有多處取芯，這導(dǎo)致樁如蜂窩煤，之后又需灌漿，耗時(shí)、耗力（2）高應(yīng)變完整性測(cè)量

高應(yīng)變是利用缺損處反射的拉力波對(duì)F、ZV曲線的影響來確定完整系數(shù)。但由于高應(yīng)變信號(hào)頻率成份較低，阻抗形式變化復(fù)雜（突變、漸變、范圍大?。?huì)導(dǎo)致反射波疊加，同時(shí)又要考慮土阻力的影響，分析精度不高。第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定量分析重要性（續(xù)）（3）聲波測(cè)試聲波測(cè)試可以提供CT圖，對(duì)測(cè)管區(qū)間進(jìn)行定量描述，但必須事先埋管;（4）高應(yīng)變承載力測(cè)試在很多情況下,設(shè)計(jì)方或業(yè)主會(huì)要求進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn):靜壓或高應(yīng)變承載力測(cè)試。由于靜壓對(duì)場(chǎng)地、試樁樁帽等有較高的要求，不僅成本高，而且耗時(shí)。高應(yīng)變承載力測(cè)試往往被作為首先的選擇。但目前高應(yīng)變承載力測(cè)試，無論是CASE法還是擬合法均沒有考慮樁材料的豎向抗壓強(qiáng)度及水平抗剪強(qiáng)度。這樣高應(yīng)變承載力測(cè)試無法反映出在樁土破壞（即提供常說的極限承載力）之前的樁材料的破壞。第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定量分析的定義在激振點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)及激振頻率滿足一定的要求時(shí)，樁的動(dòng)測(cè)信號(hào)可近似用一維應(yīng)力波理論來分析。對(duì)入射、反射波峰值分析或通過對(duì)實(shí)測(cè)波形分析進(jìn)行擬合分析，可確定波阻抗變化位置、程度、范圍，從而為樁的完整性分類提供科學(xué)定量化依據(jù)。第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定量分析的意義

通過對(duì)波形的擬合分析，不僅可定量分析波阻抗變化，而且還可幫助分析者了解波的多次反射、相互迭加及樁土相互作用對(duì)波傳播影響。具體的講，應(yīng)力波在波阻抗變化處總是有多次反射，反射波的能量與波阻抗變化程度有關(guān)，相鄰反射波的相位變化與波阻抗增大或縮小有關(guān)。通過波形擬合便可識(shí)別那些信號(hào)是波阻抗第二次反射甚至第三次反射，那些是首次反射。首次反射波對(duì)應(yīng)著波阻抗變化，而二次及二次以上的反射波會(huì)與其它反射波迭加，導(dǎo)致信號(hào)加強(qiáng)或信號(hào)削弱。第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一峰、峰值分析基本理論n=(1-α/2)/(1+α/2)α=VR/VIn=(1-α)/(1+α)第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一峰、峰值確定完整性的局限性

工程樁波阻抗變化是漸變的樁土相互作用會(huì)引起應(yīng)力波衰減當(dāng)阻抗變化是多處時(shí)，應(yīng)力波多次反射，反射波相互迭加第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一波阻抗?jié)u變

漸變波阻抗反射波是連續(xù)的，波形狀發(fā)生變化即使?jié)u變波阻抗變化區(qū)域最大的波阻抗或最小波阻抗與突變相同，漸變波阻抗反射波峰明顯偏小。突變漸變第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁土相互作用1、同一位置、同一程度，樁土相互作用對(duì)幅值的影響無樁土作用先縮后擴(kuò)有樁土作用先擴(kuò)后縮第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2、同一程度、不同位置，幅值比較波阻抗變化距樁頂近波阻抗變化距樁頂遠(yuǎn)第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3、樁土相互作用會(huì)產(chǎn)生上行壓力波

樁土相互作用產(chǎn)生上行壓力波第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一多次反射

應(yīng)力波在波阻抗不同的介質(zhì)交界面處會(huì)多次反射，反射波是等時(shí)距擴(kuò)徑縮徑第一次反射第二次反射第三次反射第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一擬合分析理論基礎(chǔ)

一維近似條件實(shí)況分析合理布點(diǎn)及控制脈寬來達(dá)到一維近似

樁表面測(cè)點(diǎn)首波近似平面入射波

反射波近似平面反射波

信號(hào)要能反映出樁土相互作用產(chǎn)生的上行波

第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)況分析

應(yīng)力波在激振點(diǎn)以球面波陣面向下傳播，測(cè)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度是直達(dá)縱波、橫波及瑞利波質(zhì)點(diǎn)速度，并不是向下傳播波陣面的質(zhì)點(diǎn)速度。不僅幅值不同，形狀也不同

當(dāng)波阻抗變化位置超過2D距離時(shí)，由此產(chǎn)生的反射波也是平面波。當(dāng)反射波是平面波時(shí)，測(cè)點(diǎn)反射波信號(hào)強(qiáng)度與測(cè)點(diǎn)位置無關(guān)

樁土相互作用產(chǎn)生的上行波為壓力波，其質(zhì)點(diǎn)速度方向一般與首波質(zhì)點(diǎn)速度方向相反

對(duì)阻抗增大情況，高估入射波能量會(huì)導(dǎo)致完整系數(shù)比實(shí)際偏小，反之，偏大。對(duì)阻抗減小情況，高估入射波能量會(huì)導(dǎo)致完整系數(shù)比實(shí)際偏大，反之，偏小。

測(cè)點(diǎn)、振源太近測(cè)點(diǎn)、振源太遠(yuǎn)平面波幅值樁身反射波第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一合理布點(diǎn)及控制脈寬來達(dá)到一維近似

3/4R1/2R1/4R樁頂傳感器樁中心激振樁側(cè)傳感器樁側(cè)信號(hào)樁頂信號(hào)第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)小結(jié)數(shù)值計(jì)算及以上實(shí)驗(yàn)表明：只要錘擊脈沖各頻率成份的波長與樁徑比；傳感器放置在距樁中心2/3R~3/4R的位置，測(cè)試的信號(hào)從某種程度可以近似用一維波動(dòng)理論來分析，這為通過波形匹配來對(duì)樁身完整性定量分析提供的依據(jù)。第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一擬合分析方法

擬合方法具體過程將樁體離散化，每個(gè)離散單元材料特性、截面認(rèn)為是均勻的樁土相互作用用阻尼壺來模擬

基于一維波動(dòng)理論，不斷調(diào)整單元的波阻抗，使計(jì)算的樁表面響應(yīng)與實(shí)測(cè)波形達(dá)到最佳匹配

阻尼壺模擬樁土作用樁單元第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一定量分析結(jié)果通過定量分析我們可以得到以下一些結(jié)果：（1）損傷的范圍（2）損傷的程度（3）得到樁身波阻抗（ρcA）與樁底土等效波阻抗的比值，同一場(chǎng)地，不同樁底該參數(shù)的比較可以了解沉渣相對(duì)情況。第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一擬合分析方法

樁土的參數(shù)確定

對(duì)完整樁實(shí)測(cè)波形進(jìn)行擬合分析得到阻尼壺阻尼系數(shù)，擬合時(shí)只須調(diào)整與各單元相連的阻尼壺阻尼系數(shù)；將阻尼壺阻尼系數(shù)與各單元所在土層土性參數(shù)相聯(lián)系，阻尼壺阻尼與土性的剪切波速有關(guān)。實(shí)測(cè)信號(hào)或多或少有些失真，樁體波阻抗或多或少有變化，因此，第一種方法使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，甚至與實(shí)際土層情況相反。將阻尼系數(shù)與土性參數(shù)結(jié)合起來，物理定義清晰，即樁周土越密實(shí)，樁土作用越強(qiáng)烈，應(yīng)力波衰減越明顯，它不受實(shí)測(cè)信號(hào)失真等影響。第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一模型實(shí)驗(yàn)縮徑擴(kuò)徑夾泥先縮徑后擴(kuò)第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一縮頸樁計(jì)算與實(shí)際對(duì)比縮頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1150.1313%0.1313%范圍(m)2.5～2.82.65

2.62

第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一擴(kuò)頸樁計(jì)算與實(shí)際對(duì)比擴(kuò)頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最大等效直徑(m)0.2860.26-9%0.26-9%范圍(m)2.5～2.82.65

2.63

第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一先縮后擴(kuò)樁計(jì)算與實(shí)際對(duì)比先縮后擴(kuò)實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1151.0313%0.11-4.3%范圍(m)1.9～2.22.0

1.88

最大等效直徑(m)0.2860.26-9%0.26-9%范圍(m)2.5～2.82.7

2.76

第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一夾泥樁計(jì)算與實(shí)際對(duì)比夾泥樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對(duì)誤差計(jì)算值（埋入）相對(duì)誤差最小等效直徑(m)0.1380.1-27.50.12-8.7%范圍(m)2.5～2.82.4-4%2.4-4%第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一完整性分類

根據(jù)缺損處最小波阻抗與正常部分波阻抗之比β值，工程樁的完整性可大致分為四類：

β=1屬完整樁β=0.8～1.0，輕微破損β=0.6～0.8中等程度破損β<0.6斷裂。

第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一場(chǎng)地測(cè)試分析

樁帽影響第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一缺損部位距樁頂較遠(yuǎn),受樁土作用影響反射微弱第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基樁完整性分析有關(guān)問題基樁完整性分類及樁的評(píng)價(jià)；樁體的檢測(cè)長度；阻抗變化類別區(qū)分（離析、夾泥或縮徑）;樁長度檢測(cè)。樁底反射波與波阻抗檢測(cè)樁底沉渣及厚度檢測(cè)問題帶平臺(tái)單樁或群樁檢測(cè)第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一基樁完整性分類及樁的評(píng)價(jià)樁的完整性分類并不代表對(duì)樁的評(píng)價(jià)，樁是否合格最重要的參數(shù)是其水平及豎向承載力同樣程度的缺損，位置不同，影響也不同由于反射波的強(qiáng)度受樁土相互作用、波阻抗變化位置、變化形式、范圍、多次反射波疊加等影響。根據(jù)波速及波形變化分類并不很科學(xué)。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁體的檢測(cè)長度樁周土性：傳播過程中不斷衰減，衰減程度與樁周土性有關(guān)樁長徑比：同樣的土層，應(yīng)力波在傳播過程還受樁的長徑比影響，樁的長徑比越大，樁底反射波檢測(cè)難度越大。樁底土性：樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時(shí)，即使樁長徑比不大，大部分能量在樁底向土體輻射，從而增加樁底反射波檢測(cè)難度；樁身材料粘性：即使沒有樁土相互作用，應(yīng)力波也會(huì)衰減的激振頻率、激振能量：激振頻率越低、激振能量越大，樁底反射就越明顯。激振點(diǎn)及傳感器安裝位置：激振點(diǎn)與傳感器安裝點(diǎn)越近，實(shí)測(cè)第一個(gè)波至峰值就越大，這樣，樁底反射波相對(duì)于第一個(gè)波至幅值就越小。綜上所述，我們不應(yīng)孤立地談樁的檢測(cè)長度，而應(yīng)與樁周土層、樁的長徑比、樁底持力層等因素結(jié)合起來第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一阻抗變化類別區(qū)分反射波的相位、幅值與樁身波阻抗變化有關(guān)，即與樁材料的密度ρ波速c及橫截面積A有關(guān)。低應(yīng)變完整性檢測(cè)方法，只能對(duì)波阻抗變化作出分析，即對(duì)樁橫截面的平均情況作出分析。至于詳細(xì)區(qū)分要借助于其它手段，如聲波等方法。第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速、樁長三參數(shù)中的任二個(gè)參數(shù)便可確定另外一個(gè)參數(shù)。要估算樁長，必須已知樁底反射波走時(shí)、砼平均縱波速。樁底反射波時(shí)間可從記錄信號(hào)中得到，而砼平均縱波速可從砼抗壓強(qiáng)度等級(jí)估算或參數(shù)該場(chǎng)地其它樁的波速，也可用聲波方法得到的樁端附近砼的縱波速作為樁身砼平均縱波速。用以上三種方法得到的波速與實(shí)際可能有10%左右相對(duì)誤差，因而，估算的樁長也有10%左右的相對(duì)誤差，隨著樁的長度增加，絕對(duì)誤差也會(huì)增加。樁長度檢測(cè)

第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁底反射波與波阻抗檢測(cè)當(dāng)樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時(shí)，即使樁長徑比不大，大部分能量在樁底向土體輻射，樁底反射波很難檢測(cè)。這并不意味無樁底反射就無法檢測(cè)深部的完整性，因?yàn)?，樁底附近有較明顯的阻抗變化時(shí)，應(yīng)力波仍會(huì)發(fā)生反射。因此，檢測(cè)不出樁底反射波仍有可能檢測(cè)出樁底附近的缺損第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁底沉渣及厚度檢測(cè)問題樁底土阻尼/樁身波阻抗比第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一平臺(tái)對(duì)波反射、透射的影響錘擊平臺(tái)波在平臺(tái)表面及平臺(tái)與樁的交界面之間會(huì)多次反射，在交界面反射過程中還會(huì)不斷透射，形成一波列，由于交界面反射波與樁身反射回波的不斷疊加，使反射回波的識(shí)別變得困難。第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一平臺(tái)交界面反射波影響由于平臺(tái)交界面反射波及附近邊坡樁的擠壓影響，測(cè)試波形異常處與事實(shí)上的位置并不對(duì)應(yīng)，異常處可能是由這些因素造成，或?yàn)榱俗R(shí)別反射濾波造成。第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁—平臺(tái)系統(tǒng)反射回波識(shí)別方法（I）樁—平臺(tái)系統(tǒng)中異常樁與完整樁信號(hào)比較第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁—平臺(tái)系統(tǒng)反射回波識(shí)別方法（II）在平臺(tái)表面及樁側(cè)安裝傳感器，通過回波在兩測(cè)點(diǎn)的不同走時(shí)來識(shí)別。第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁—平臺(tái)系統(tǒng)反射回波識(shí)別方法（II）回波在兩測(cè)點(diǎn)的不同走時(shí)，若是樁體回波，則樁側(cè)測(cè)點(diǎn)接收回波信號(hào)超前于表面測(cè)點(diǎn)。而對(duì)交界面處的波對(duì)兩測(cè)點(diǎn)來說，則時(shí)間接近。第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一樁—平臺(tái)系統(tǒng)反射回波識(shí)別方法（III）由于平臺(tái)界面波經(jīng)多次反射、透射會(huì)衰減，深部的反射或樁底反射相對(duì)容易識(shí)別。通過濾波消除界面間高頻反射。第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一CPSA’2001簡介文件選擇

波形處理

樁土相互作用參數(shù)設(shè)置

波形定性、峰值分析

波形擬合分析

第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一文件選擇

文件夾、文件類型文件預(yù)覽有關(guān)描述第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一波形處理波形選擇波形平均濾波設(shè)置分析波形樁參數(shù)分析結(jié)果光標(biāo)對(duì)應(yīng)參數(shù)波形處理文件欄第43頁，