基樁完整性定量分析

基樁完整性定量分析

定量分析重要性在現(xiàn)行的基樁規(guī)范中對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)計部門才可能根據(jù)其對樁豎直向抗壓強度、水平向抗剪強度的影響，對樁進行進一步的實驗或進行相應(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，這導致樁如蜂窩煤，之后又需灌漿，耗時、耗力（2）高應(yīng)變完整性測量

高應(yīng)變是利用缺損處反射的拉力波對F、ZV曲線的影響來確定完整系數(shù)。但由于高應(yīng)變信號頻率成份較低，阻抗形式變化復雜（突變、漸變、范圍大小）會導致反射波疊加，同時又要考慮土阻力的影響，分析精度不高。定量分析重要性（續(xù)）（3）聲波測試聲波測試可以提供CT圖，對測管區(qū)間進行定量描述，但必須事先埋管;（4）高應(yīng)變承載力測試在很多情況下,設(shè)計方或業(yè)主會要求進行荷載實驗:靜壓或高應(yīng)變承載力測試。由于靜壓對場地、試樁樁帽等有較高的要求，不僅成本高，而且耗時。高應(yīng)變承載力測試往往被作為首先的選擇。

但目前高應(yīng)變承載力測試，無論是CASE法還是擬合法均沒有考慮樁材料的豎向抗壓強度及水平抗剪強度。這樣高應(yīng)變承載力測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。定量分析的定義在激振點，測點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測波形分析進行擬合分析，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定量化依據(jù)。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，導致信號加強或信號削弱。峰、峰值分析基本理論n=(1-α/2)/(1+α/2)α=VR/VIn=(1-α)/(1+α)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)力波衰減當阻抗變化是多處時，應(yīng)力波多次反射，反射波相互迭加波阻抗?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有樁土作用先擴后縮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，反射波是等時距擴徑縮徑第一次反射第二次反射第三次反射擬合分析理論基礎(chǔ)

一維近似條件實況分析合理布點及控制脈寬來達到一維近似

樁表面測點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

實況分析

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

當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。當反射波是平面波時，測點反射波信號強度與測點位置無關(guān)

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

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

測點、振源太近測點、振源太遠平面波幅值樁身反射波合理布點及控制脈寬來達到一維近似

3/4R1/2R1/4R樁頂傳感器樁中心激振樁側(cè)傳感器樁側(cè)信號樁頂信號實驗小結(jié)數(shù)值計算及以上實驗表明：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，測試的信號從某種程度可以近似用一維波動理論來分析，這為通過波形匹配來對樁身完整性定量分析提供的依據(jù)。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，使計算的樁表面響應(yīng)與實測波形達到最佳匹配

阻尼壺模擬樁土作用樁單元定量分析結(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，同一場地，不同樁底該參數(shù)的比較可以了解沉渣相對情況。擬合分析方法

樁土的參數(shù)確定

對完整樁實測波形進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，樁土作用越強烈，應(yīng)力波衰減越明顯，它不受實測信號失真等影響。模型實驗縮徑擴徑夾泥先縮徑后擴縮頸樁計算與實際對比縮頸樁實際值計算值（未埋）相對誤差計算值（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

擴頸樁計算與實際對比擴頸樁實際值計算值（未埋）相對誤差計算值（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

先縮后擴樁計算與實際對比先縮后擴實際值計算值（未埋）相對誤差計算值（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

夾泥樁計算與實際對比夾泥樁實際值計算值（未埋）相對誤差計算值（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%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。

場地測試分析

樁帽影響缺損部位距樁頂較遠,受樁土作用影響反射微弱基樁完整性分析有關(guān)問題基樁完整性分類及樁的評價；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樁底沉渣及厚度檢測問題帶平臺單樁或群樁檢測基樁完整性分類及樁的評價樁的完整性分類并不代表對樁的評價，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。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。激振點及傳感器安裝位置：激振點與傳感器安裝點越近，實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。至于詳細區(qū)分要借助于其它手段，如聲波等方法。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

樁底反射波與波阻抗檢測當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，因為，樁底附近有較明顯的阻抗變化時，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樁底沉渣及厚度檢測問題樁底土阻尼/樁身波阻抗比平臺對波反射、透射的影響錘擊平臺波在平臺表面及平臺與樁的交界面之間會多次反射，在交界面反射過程中還會不斷透射，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，使反射回波的識別變得困難。平臺交界面反射波影響由于平臺交界面反射波及附近邊坡樁的擠壓影響，測試波形異常處與事實上的位置并不對應(yīng)，異常處可能是由這些因素造成，或為了識別反射濾波造成。樁—平臺系統(tǒng)反射回波識別方法（I）樁—平臺系統(tǒng)中異常樁與完整樁信號比較樁—平臺系統(tǒng)反射回波識別方法（II）在平臺表面及樁側(cè)安裝傳感器，通過回波在兩測點的不同走時來識別。樁—平臺系統(tǒng)反射回波識別方法（II）回波在兩測點的不同走時，若是樁體回波，則樁側(cè)測點接收回波信號超前于表面測點。而對交界面處的波對兩測點來說，則時間接近。樁—平臺系統(tǒng)反射回波識別方法（III）由于平臺界面波經(jīng)多次反射、透射會衰減，深部的反射或樁底反射相對容易識別。通過濾波消除界面間高頻反射。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

文件選擇

文件夾、文件類型文件預覽有關(guān)描述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)果光標對應(yīng)參數(shù)波形處理文件欄樁土相互作用參數(shù)設(shè)置剪切波速分布樁側(cè)反射波波形定性、峰值分析反射波峰定完整系數(shù)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算與實測匹配波阻抗分布圖單元波阻抗值相關(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