大能量激振提高反射波讯噪比加深测试桩长

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摘要：

大能量激振，激发入射波提升反射波能量，提高反射波讯噪比，加深检测桩长。

关键词：低应变法、瞬态激振、大能量激振、讯噪比、检测桩长

当前瞬态激振低应变法基桩检测中，多是以小锤激振，激发入射波，其最大测试桩长一般在50米左右，当深度继续加深时，难度将增大。其影响因素固然诸多，但是反射波的能量低弱是其主要原因。

一、瞬态激振低应变法的检测依据

瞬态激振低应变法检测的主要依据是根据激发的应力波在桩身传播的过程中，当桩身存在有波阻抗界面，如离析、断裂、变径等应力波即产生反射，反射波传至桩顶由设置在桩顶的传感器所接收。根据反射波所发生的时间和波形的相位特性来判断桩身的完好性。其主要参数是反射界面的应力波的反射系数K

Z1－Z2

Z1＋Z2

其中，Z1=ρ1V 1 A 1反射界面上部桩身波阻抗

Z2=ρ2V 2 A 2反射界面下部桩身波阻抗

ρ1、ρ2 为界面上、下桩身砼的密度

V 1、V 2为界面上、下桩身砼的应力波速

A 1、A 2为界面上、下桩身截面

该式成立的假设条件：其一，应力波应垂直入射到界面；其二，应力波是平面波或类似平面波。

在现场实际操作中，一般是垂直锤击桩顶激发应力波，基本上满足垂直入射的条件；锤击桩顶所激发的应力波属点震源，点震源的应力波在传播的过程中是以近似球面波的方式向四周扩散传播。当传播到与震源的距离足够大时，球面波可近似视为平面波。因此上述的反射系数的式子在基桩瞬态低应变检测中是成立的。

二、瞬态激振低应变法检测中应力波存在几何发散

瞬态激振低应变法检测中应力波的产生多是以锤击激振，由于锤击是在一个点上进行，这样激振所产生的应力波是以激发点为原点以近似球面的方式向四周发散传播，也称为几何发散。该现象使得应力波在传播的过程中不论是入射还是反射的应力波其能量是随着传播的路程的增加而逐渐减弱，即使在基桩中也一样。桩身越长，其桩底部的反射波的能量也就越弱，所采集的讯号也越弱。

三、小应变检测仪

当今使用的小应变检测仪是浮点式反射波法检测仪。其浮点放大有8位，放大器的放大倍数为255倍，增益为约48分贝（db）其模数转换有12位其动态范围有72分贝（db），这样增益和动态范围在低应变基桩检测中是可以满足检测的需求。放大器增益再高些更好。

四、大锤重、大力度激振提高反射波的讯噪比

现今低应变法检测中通常是以不同的锤质的小锤头加不同材质的锤垫，锤击桩顶激发不同宽度和高度的脉冲波作为检测的入射波。由于所激发的入射波的能量不是很大，在不很长或不很深的基桩中这样的入射波还是可行的。但是在长桩或超长桩中由于波传播过程中的发散等原因，致使深部的反射波传播到桩顶其能量是很微弱的。经传感器的接收，其讯噪比就比较低。虽经高倍的放大，但也难把它从噪音的背景中区分出来。因此要测到长桩或超长桩其下部或桩底信号，提高反射波的能量来提高其讯噪比，让反射波讯号便于被采集达到检测的目的。在反射波法检测中，比较常用的提高反射波的讯噪比的方法是加大入射波的能量，即使在传播过程中存在各种减弱能量的现象，也可以提高反射波的能量达到提高反射波的讯噪比。曾有人利用增大力棒的重量激振桩顶提高入射波的能量来达到加大检测深度。在路桥的灌注桩的检测中收到了一定的效果。

下面是早期用改装的工程地震仪测得桩长为72m的某工程的两根试桩的瞬态激振小应变检测（当时称反射波法）曲线，上部为原始曲线未经任何修饰处理，中部为经过滤波处理后的发射波曲线，下部为滤波后的频谱曲线。（附图）

该资料是于1993年前测得，当时有关部门尚未颁布相关的检测规程和法规，所用仪器为改装后数字工程地震仪，传感器为地震检波器，仪器生产商为日本。

数据的采集是利用8磅大锤重击桩顶激发入射波，用类似直达初至波的峰值触发仪器进行的。从曲线上看，原始曲线上存在有高频、低频的噪音背景，尤其在直达的初至之后的低频干扰讯号，不是检测所需的有效波信号。通过滤波处理可以将非有效信号滤除达到突出有效的检测信号。由于传感器为地震检波器，其阻尼设置在临界阻尼状态，信号的延续相位稍有点长，不如现用的高阻尼传感器所采集的信号简洁。

该试桩为钻孔灌注桩属摩擦端承桩，桩周为较厚的淤泥层或淤泥质粘土层，桩底为砂层，从曲线上看桩底信号明显，其中有一根桩还有明显的桩间反射信号，可能是成孔时孔壁塌落形成的扩径。

结论

综上所述，用大能量激振是可以提高桩底发射波信号的讯噪比，可以测到长桩及超长桩的下部或桩底信号，当然这也存在度的问题。由于各工程桩类型不同，又由于桩周土和桩底土层的差异，在检测中还应通过试验比对才能有所收效。

参考文献：

中华人民共和国行业标准：《建筑基桩检测技术规范》（北京中国建筑工业出版社2003）

陈 凡 等：《基桩质量检测技术》（北京中国建筑工业出版社2003）

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