基桩完整性定量

基桩完整性定量分析

定量分析重要性在现行的基桩规范中对如何处理三类桩并没有明确规定,只有知道桩的缺损程度及响应的位置、范围，设计部门才可能根据其对桩竖直向抗压强度、水平向抗剪强度的影响，对桩进行进一步的实验或进行相应的处理。但现行桩的缺损程度的确定方法有一定的局限性：（1）钻孔取芯局部性，要客观缺损处的缺损程度就必须有多处取芯，这导致桩如蜂窝煤，之后又需灌浆，耗时、耗力（2）高应变完整性测量

高应变是利用缺损处反射的拉力波对F、ZV曲线的影响来确定完整系数。但由于高应变信号频率成份较低，阻抗形式变化复杂（突变、渐变、范围大小）会导致反射波叠加，同时又要考虑土阻力的影响，分析精度不高。定量分析重要性（续）（3）声波测试声波测试可以提供CT图，对测管区间进行定量描述，但必须事先埋管;（4）高应变承载力测试在很多情况下,设计方或业主会要求进行荷载实验:静压或高应变承载力测试。由于静压对场地、试桩桩帽等有较高的要求，不仅成本高，而且耗时。高应变承载力测试往往被作为首先的选择。

但目前高应变承载力测试，无论是CASE法还是拟合法均没有考虑桩材料的竖向抗压强度及水平抗剪强度。这样高应变承载力测试无法反映出在桩土破坏（即提供常说的极限承载力）之前的桩材料的破坏。定量分析的定义在激振点，测点及激振频率满足一定的要求时，桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。对入射、反射波峰值分析或通过对实测波形分析进行拟合分析，可确定波阻抗变化位置、程度、范围，从而为桩的完整性分类提供科学定量化依据。定量分析的意义

通过对波形的拟合分析，不仅可定量分析波阻抗变化，而且还可帮助分析者了解波的多次反射、相互迭加及桩土相互作用对波传播影响。具体的讲，应力波在波阻抗变化处总是有多次反射，反射波的能量与波阻抗变化程度有关，相邻反射波的相位变化与波阻抗增大或缩小有关。通过波形拟合便可识别那些信号是波阻抗第二次反射甚至第三次反射，那些是首次反射。首次反射波对应着波阻抗变化，而二次及二次以上的反射波会与其它反射波迭加，导致信号加强或信号削弱。峰、峰值分析基本理论n=(1-α/2)/(1+α/2)α=VR/VIn=(1-α)/(1+α)峰、峰值确定完整性的局限性

工程桩波阻抗变化是渐变的桩土相互作用会引起应力波衰减当阻抗变化是多处时，应力波多次反射，反射波相互迭加波阻抗渐变

渐变波阻抗反射波是连续的，波形状发生变化即使渐变波阻抗变化区域最大的波阻抗或最小波阻抗与突变相同，渐变波阻抗反射波峰明显偏小。突变渐变桩土相互作用1、同一位置、同一程度，桩土相互作用对幅值的影响无桩土作用先缩后扩有桩土作用先扩后缩2、同一程度、不同位置，幅值比较波阻抗变化距桩顶近波阻抗变化距桩顶远3、桩土相互作用会产生上行压力波

桩土相互作用产生上行压力波多次反射

应力波在波阻抗不同的介质交界面处会多次反射，反射波是等时距扩径缩径第一次反射第二次反射第三次反射拟合分析理论基础

一维近似条件实况分析合理布点及控制脉宽来达到一维近似

桩表面测点首波近似平面入射波

反射波近似平面反射波

信号要能反映出桩土相互作用产生的上行波

实况分析

应力波在激振点以球面波阵面向下传播，测点质点速度是直达纵波、横波及瑞利波质点速度，并不是向下传播波阵面的质点速度。不仅幅值不同，形状也不同

当波阻抗变化位置超过2D距离时，由此产生的反射波也是平面波。当反射波是平面波时，测点反射波信号强度与测点位置无关

桩土相互作用产生的上行波为压力波，其质点速度方向一般与首波质点速度方向相反

对阻抗增大情况，高估入射波能量会导致完整系数比实际偏小，反之，偏大。对阻抗减小情况，高估入射波能量会导致完整系数比实际偏大，反之，偏小。

测点、振源太近测点、振源太远平面波幅值桩身反射波合理布点及控制脉宽来达到一维近似

3/4R1/2R1/4R桩顶传感器桩中心激振桩侧传感器桩侧信号桩顶信号实验小结数值计算及以上实验表明：只要锤击脉冲各频率成份的波长与桩径比；传感器放置在距桩中心2/3R~3/4R的位置，测试的信号从某种程度可以近似用一维波动理论来分析，这为通过波形匹配来对桩身完整性定量分析提供的依据。拟合分析方法

拟合方法具体过程将桩体离散化，每个离散单元材料特性、截面认为是均匀的桩土相互作用用阻尼壶来模拟

基于一维波动理论，不断调整单元的波阻抗，使计算的桩表面响应与实测波形达到最佳匹配

阻尼壶模拟桩土作用桩单元定量分析结果通过定量分析我们可以得到以下一些结果：（1）损伤的范围（2）损伤的程度（3）得到桩身波阻抗（ρcA）与桩底土等效波阻抗的比值，同一场地，不同桩底该参数的比较可以了解沉渣相对情况。拟合分析方法

桩土的参数确定

对完整桩实测波形进行拟合分析得到阻尼壶阻尼系数，拟合时只须调整与各单元相连的阻尼壶阻尼系数；将阻尼壶阻尼系数与各单元所在土层土性参数相联系，阻尼壶阻尼与土性的剪切波速有关。实测信号或多或少有些失真，桩体波阻抗或多或少有变化，因此，第一种方法使用时可能会出现较大的误差，甚至与实际土层情况相反。将阻尼系数与土性参数结合起来，物理定义清晰，即桩周土越密实，桩土作用越强烈，应力波衰减越明显，它不受实测信号失真等影响。模型实验缩径扩径夹泥先缩径后扩缩颈桩戏计算与朋实际对恐比缩颈桩实际值计算值（未埋）相对误差计算值（埋入）相对误差最小等效直径(m)0.1150.1313%0.1313%范围(m)2.5～2.82.65

2.62

扩颈桩溪计算与车实际对消比扩颈桩实际值计算值（未埋）相对误差计算值（埋入）相对误差最大等效直径(m)0.2860.26-9%0.26-9%范围(m)2.5～2.82.65

2.63

先缩后扩骄桩计算与才实际对比先缩后扩实际值计算值（未埋）相对误差计算值（埋入）相对误差最小等效直径(m)0.1151.0313%0.11-4.3%范围(m)1.9～2.22.0

1.88

最大等效直径(m)0.2860.26-9%0.26-9%范围(m)2.5～2.82.7

2.76

夹泥桩蜓计算与用实际对心比夹泥桩实际值计算值（未埋）相对误差计算值（埋入）相对误差最小等效直径(m)0.1380.1-27.50.12-8.7%范围(m)2.5～2.82.4-4%2.4-4%完整性分浇类根据缺损尺处最小波届阻抗与正苦常部分波蕉阻抗之比β值，工关程桩的跟完整性吸可大致认分为四丛类：β=1属完整廉桩β=0腾.8～从1.0，轻微破损β=0捕.6～0.8中等程膊度破损β<0历.6断裂。场地测试分厨析桩帽影袜响缺损部位距桩顶较远慎,受桩土防作用影响反射伸微弱基桩完亦整性分挠析有蚁关问题基桩完采整性分海类及桩荒的评价量；桩体的检边测长度；阻抗变化量类别区分好（离析、淹夹泥或缩弊径）;桩长度检拒测。桩底反射擦波与波阻交抗检测桩底沉渣妈及厚度检饶测问题带平台政单桩或脖群桩检判测基桩完整默性分类及缸桩的评价桩的完整镇性分类并糕不代表对钉桩的评价纺，桩是否界合格最重洋要的参数古是其水平稀及竖向承物载力同样程度根的缺损，旬位置不同犹，影响也巴不同由于反射垂波的强度发受桩土相禁互作用、椅波阻抗变咸化位置、勾变化形式庙、范围、睁多次反射躺波叠加等复影响。根勤据波速及津波形变化鸦分类并不糠很科学。桩体的米检测长亚度桩周土按性：传播丽过程中泳不断衰腾减，衰妙减程度逮与桩周串土性有懂关桩长径比：同样的甚土层，应毁力波在传改播过程还系受桩的长泄径比影响弹，桩的长奥径比越大搂，桩底反求射波检测筒难度越大寺。桩底土性：桩底居土的等蚕效波阻据抗与桩突身波阻域抗接近铅时，即老使桩长晨径比不包大，大田部分能熄量在桩序底向土圈体辐射论，从而菌增加桩纱底反射哈波检测鸣难度；桩身材五料粘性：即使没熔有桩土相敞互作用，绢应力波也怜会衰减的激振频率粗、激振能拉量：激振频麦率越低、限激振能量津越大，桩辫底反射就垒越明显。激振点碑及传感狠器安装乱位置：激振猛点与传希感器安眠装点越诞近，实吐测第一诸个波至惩峰值就杯越大，广这样，章桩底反衫射波相灿对于第惊一个波窗至幅值沃就越小翼。综上所述量，我们不月应孤立地辣谈桩的检巷测长度，苍而应与桩盾周土层、度桩的长径愤比、桩底录持力层等巾因素结合露起来阻抗变化观类别区分反射波的迁相位、幅局值与桩身棉波阻抗变庆化有关，喇即与桩材弄料的密度ρ波速c及横截面凤积A有关。低应变完棒整性检测暮方法，只细能对波阻柱抗变化作穗出分析，肢即对桩横嫂截面的平层均情况作框出分析。塌至于详细钟区分要借获助于其它险手段，如雕声波等方异法。桩底反射圈波走时、割砼平均纵牙波速、桩短长三参数渐中的任二栽个参数便卷可确定另尚外一个参自数。要估装算桩长，胶必须已知恳桩底反射下波走时、男砼平均纵须波速。桩裙底反射波泻时间可从摇记录信号绳中得到，党而砼平均句纵波速可盗从砼抗压蜡强度等级柳估算或参学数该场地聪其它桩的流波速，也派可用声波快方法得到累的桩端附疗近砼的纵住波速作为镰桩身砼平脊均纵波速岭。用以上扶三种方法贿得到的波耕速与实际青可能有1包0%左右柱相对误差恰，因而，罚估算的桩外长也有1技0%左右俩的相对误滥差，随着桥桩的长度宫增加，绝诞对误差也墓会增加。桩长度检们测桩底反预射波与专波阻抗胃检测当桩底土讨的等效波垮阻抗与桩尤身波阻抗容接近时，欢即使桩长略径比不大萄，大部分插能量在桩奇底向土体笨辐射，桩闷底反射波妹很难检测抛。这并不拦意味无桩棍底反射就衔无法检测纪深部的完呆整性，因篮为，桩底枪附近有较竿明显的阻肠抗变化时浸，应力波挑仍会发生待反射。因税此，检测酷不出桩底货反射波仍求有可能检眨测出桩底权附近的缺侵损桩底沉响渣及厚贤度检测县问题桩底土阻孟尼/桩身波达阻抗比平台对波镇反射、透漆射的影响锤击平金台波在断平台表桶面及平止台与桩期的交界掏面之间炸会多次路反射，换在交界翁面反射捆过程中沙还会不剧断透射端，形成殊一波列蚀，由于交界面五反射波药与桩身威反射回绍波的不傍断叠加念，使反纵射回波跨的识别软变得困疗难。平台交界澡面反射波谢影响由于平台姐交界面反胃射波及附仗近边坡桩吉的挤压影羞响，测试酱波形异常破处与事实哗上的位置晕并不对应制，异常处批可能是由舱这些因素躬造成，或趋为了识别绍反射滤波州造成。桩—平台系建统反射使回波识时别方法诊（I）桩—平台系统痛中异常桩与完整粪桩信号趋比较桩—平台系调统反射伞回波识肺别方法搅（II）在平台表采面及桩侧帆安装传感笛器，通过检回波在两染测点的不同走时匪来识别。桩—平台系统房诚反射回波摧识别方法都（II）回波在构两测点肤的不同亭走时，易若是桩蛙体回波装，则桩堂侧测点清接收回波信号和超前于表障面测点。香而对交界接面处的波山对两测点来说，蹲则时间俗接近。桩—平台系次统反射误回波识叔别方法耀（III）由于平至台界面旱波经多遵次反射晶、透射罗会衰减繁，深部够的反射夕或桩底截反射相松对容易艇识别。椅通过滤革波消除危界面间三高频反月射。CPSA全’200染1简介文件选择波形处理桩土相互时作用参数萍设置波形定孔性、峰劣值分析波形拟道合分析文件选择文件夹、筹文件类型文件预泰览有关描杏述波形处徒理波形选择波形平送均滤波设置分析波形桩参数分析结相果光标对龙应参数波形处涌理文件栏桩土相卸互作用端参数设护置剪切波速婶分布桩侧反射淡波波形定性银、