基樁完整性定量分析

基樁完整性定量分析第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月定量分析的定義在激振點(diǎn)，測點(diǎn)及激振頻率滿足一定的要求時，樁的動測信號可近似用一維應(yīng)力波理論來分析。對入射、反射波峰值分析或通過對實(shí)測波形分析進(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2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月定量分析的意義

通過對波形的擬合分析，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別那些信號是波阻抗第二次反射甚至第三次反射，那些是首次反射。首次反射波對應(yīng)著波阻抗變化，而二次及二次以上的反射波會與其它反射波迭加，導(dǎo)致信號加強(qiáng)或信號削弱。第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月峰、峰值分析基本理論n=(1-α/2)/(1+α/2)α=VR/VIn=(1-α)/(1+α)第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月峰、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引起應(yīng)力波衰減當(dāng)阻抗變化是多處時，應(yīng)力波多次反射，反射波相互迭加第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月波阻抗?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6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月樁土相互作用1、同一位置、同一程度，樁土相互作用對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7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月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8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、樁土相互作用會產(chǎn)生上行壓力波

樁土相互作用產(chǎn)生上行壓力波第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月多次反射

應(yīng)力波在波阻抗不同的介質(zhì)交界面處會多次反射，反射波是等時距擴(kuò)徑縮徑第一次反射第二次反射第三次反射第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月擬合分析理論基礎(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

樁表面測點(diǎn)首波近似平面入射波

反射波近似平面反射波

信號要能反映出樁土相互作用產(chǎn)生的上行波

第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月實(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，由此產(chǎn)生的反射波也是平面波。當(dāng)反射波是平面波時，測點(diǎn)反射波信號強(qiáng)度與測點(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

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

測點(diǎn)、振源太近測點(diǎn)、振源太遠(yuǎn)平面波幅值樁身反射波第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月合理布點(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)信號樁頂信號第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月擬合分析方法

擬合方法具體過程將樁體離散化，每個離散單元材料特性、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)測波形達(dá)到最佳匹配

阻尼壺模擬樁土作用樁單元第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月擬合分析方法

樁土的參數(shù)確定

對完整樁實(shí)測波形進(jìn)行擬合分析得到阻尼壺阻尼系數(shù)，擬合時只須調(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)測信號或多或少有些失真，樁體波阻抗或多或少有變化，因此，第一種方法使用時可能會出現(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)測信號失真等影響。第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月模型實(shí)驗(yàn)縮徑擴(kuò)徑夾泥先縮徑后擴(kuò)第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月縮頸樁計(jì)算與實(shí)際對比縮頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對誤差計(jì)算值（埋入）相對誤差最小等效直徑(m)0.1150.1313%0.1313%范圍(m)2.5～2.82.65

2.62

第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)頸樁計(jì)算與實(shí)際對比擴(kuò)頸樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對誤差計(jì)算值（埋入）相對誤差最大等效直徑(m)0.2860.26-9%0.26-9%范圍(m)2.5～2.82.65

2.63

第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月先縮后擴(kuò)樁計(jì)算與實(shí)際對比先縮后擴(kuò)實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對誤差計(jì)算值（埋入）相對誤差最小等效直徑(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19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月夾泥樁計(jì)算與實(shí)際對比夾泥樁實(shí)際值計(jì)算值（未埋）相對誤差計(jì)算值（埋入）相對誤差最小等效直徑(m)0.1380.1-27.50.12-8.7%范圍(m)2.5～2.82.4-4%2.4-4%第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月完整性分類

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21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月場地測試分析

樁帽影響第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月缺損部位距樁頂較遠(yuǎn),受樁土作用影響反射微弱第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月基樁完整性分析有關(guān)問題基樁完整性分類及樁的評價(jià)；樁體的檢測長度；阻抗變化類別區(qū)分（離析、夾泥或縮徑）;樁長度檢測。樁底反射波與波阻抗檢測第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月基樁完整性分類及樁的評價(jià)樁的完整性分類并不代表對樁的評價(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25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月樁體的檢測長度樁周土性：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，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難度；樁身材料粘性：即使沒有樁土相互作用，應(yīng)力波也會衰減的激振頻率、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)測第一個波至峰值就越大，這樣，樁底反射波相對于第一個波至幅值就越小。綜上所述，我們不應(yīng)孤立地談樁的檢測長度，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26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月阻抗變化類別區(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)變完整性檢測方法，只能對波阻抗變化作出分析，即對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27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月樁底反射波走時、砼平均縱波速、樁長三參數(shù)中的任二個參數(shù)便可確定另外一個參數(shù)。要估算樁長，必須已知樁底反射波走時、砼平均縱波速。樁底反射波時間可從記錄信號中得到，而砼平均縱波速可從砼抗壓強(qiáng)度等級估算或參數(shù)該場地其它樁的波速，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%左右相對誤差，因而，估算的樁長也有10%左右的相對誤差，隨著樁的長度增加，絕對誤差也會增加。樁長度檢測

第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月樁底反射波與波阻抗檢測當(dāng)樁底土的等效波阻抗與樁身波阻抗接近時，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。這并不意味無樁底反射就無法檢測深部的完整性，因?yàn)椋瑯兜赘浇休^明顯的阻抗變化時，應(yīng)力波仍會發(fā)生反射。因此，檢測不出樁底反射波仍有可能檢測出樁底附近的缺損第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月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30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月文件選擇

文件夾、文件類型文件預(yù)覽有關(guān)描述第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月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)對應(yīng)參數(shù)波形處理文件欄第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月樁土相互作用參數(shù)設(shè)置剪切波速分布樁側(cè)反射波第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月波形定性、峰值分析反射波峰定完整系數(shù)第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月波形擬合分析以上波形是經(jīng)過指數(shù)放大的擬合三方式計(jì)算與實(shí)測匹配波阻抗分布圖單元波阻抗值第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月相關(guān)資料

高應(yīng)變擬合分析軟件PSP_WAP&低應(yīng)變擬合分析軟件CPSA’2001輔導(dǎo)手冊

高應(yīng)變擬合分析軟件PSP_WAP用戶手冊

低應(yīng)變完整性定量分析軟件CPSA’2001用戶手冊

反射波特征分析

完整性定量分析實(shí)例匯編

瑞利波采集軟件RSM_RWT操作手冊

瑞利波分析方法及其在工程中的應(yīng)用

瑞利波分析處理軟件SWCT操作手冊第36頁，課件共38頁，創(chuàng)