低应变动测原理2

1第三部分低应变法测桩技术一、应力波反射法测桩的基本原理是什么？答：（1）用手锤或力锤，力棒敲击桩顶（2）由此产生的应力波沿桩身以速度C向下传播，应力波通过桩阻抗I（I=ρAC）变化界面时，如缩颈，夹异物砼离析或扩颈，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射（3）由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩器进行信号放大等处理后，得到速度或加速度时程曲线（4）从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核校长，由平均波速大小可以估计砼的强度等级2二、用反射波的相位判断桩身阻抗变化答：由波动方程的波动解：用脚码I、R、T分别表示入射波，反射波和透射波入射下行波满足：FI=-VIZ1反射上行波满足：FR=VRZ1透射下行波满足：FT=-VTZ2由桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移、速度方程和力的平衡方程:位移：u1=u2uI+uR=uT速度：V1=V2VI+VR=VT力：F1=F2FI+FR=FT)()(),(ctzctztzgfu3结合桩身阻抗变化界面处的连续条件得位移，速度和力的平衡方程：得：反射系数RF和RV0(压力波)性质相同的反射波0(拉力波)性质相反的反射波0同相位的反射波0反相位的反射波透射系数IF和IV=0自由端（Z=0）=2固定端（Z=∞）=0固定端（Z=∞）=2自由端（Z=∞）1212ZZZZFFRIRF1221ZZZZVVRIRV1222ZZZFFIITF1212ZZZVVIITV4当入射波为压力波时，沿桩身遇有缩颈，断裂，砼离析和夹泥等阻抗变小时（Z2Z1）,Rv0即入射波与反射波同相位RF0即入射波与反射波性质相反，为拉伸波极端情况：自由桩端处:Z2=0:Rv=1RF=-1IF=0IV=2固定桩端处：Z2=∞：RV=-1RF=1IV=0IF=25三、各种桩身阻抗变化的应力波反射法的时域曲线67891011121314四、应力波反射法的浅层缺陷波形特征答：对于浅层缺陷，当敲击脉冲较宽，使波长λ=L时（L缺陷深度），应力波传播不满足波动理论，而是质一弹体学的刚性振动，其频率比应力反射波低得多，因此浅层缺陷的反射波常为频率低，振幅大，周期长的信号，或高，低频信号混叠的波形，同时看不到桩底反射.15五、什么是测桩盲区:答：桩顶受点振源锤击扰动后，最初形成的波动区，最近桩顶部分形成半球面波，传播不满足平石假定，同时下行压力波会掩盖上行的波，使得反映桩身缺陷或扩颈的上行波不易识别，桩顶呈现这种现象的区段称为盲区（一般桩顶下1—1.5D）16六、检测不到桩身缺陷的原因及解决？答：除检测桩盲区外，还有：（1）激振力频率f低：不产生波动现象将测不到浅部缺陷的反射波。解决：用小锤，减少锤击时间，增大脉冲力中的高频率成分。（2）桩身和桩测土阻尼大使应力波衰减，不易看到缺陷。解决：加大锤击能量，加锤垫增大锤击时间，降低脉冲力中的高频率成分。17七、用压力波反射法检测大直径桩应注意哪些问题？答：桩动测技术是建立在一维应力波理论基础上，并做了平截面假定，而大直径桩桩顶附近各截面每一质点运动速度并不一致，三维效应严重，瑞利波，剪切波，压缩波中前两者从周边反射将使测试信号产生高频成分。这种高频干扰波会掩盖桩身反射波，尤其是较弱的桩底反射。据理论计算，当锤击点在桩中心处时在2/3R处这种干扰力最小，是传感器的理想安装处。当敲击力脉冲过窄，也易产生高频干扰信号，所以应用尼犬头或加大锤垫厚度增大锤击力脉冲宽度18八、如何把握激振技术？（1）桩顶处理：凿去浮浆层是新鲜砼，无积水，平整干净桩顶，安装激振器或敲击点的桩中心部位和安装量测响应传感器位置要磨削平整光滑，避免锤击时产生寄生共振。（2）敲击力要集中，铅直，使振动模式单一。采用力棒或自由落锤，激振能量和信号重复性都比用锤敲击效果好（榔头）（3）激振能量要适当，激振能量以能看到桩底反射的前提下尽可能小，使桩周参加振动的土体尽量少，以减少对波形的干扰。桩长土好用大锤。桩短土差用小锤。（土好，吸收能力强）19（4）敲击脉冲力宽度要适中：改变锤头的材料，锤垫，不同桩长用不同的脉冲宽度：桩长脉冲宽度L10m=0.7~1.0ms10L20m=1.0~2.0ms20L30m=2.0~3.0msL30m=3.0~4.0ms如要做频谱分析，脉冲宽度则掌握在使频谱图上出现2~3阶谐振频率，这样才能得两个频差。20（5）激振点位置：（测桩的目的是激励桩纵向振动振型），相对于桩顶横截面尺寸而言，激振点处为集中力作用，在桩顶部位可能出现与桩的横向振型相应的高频干扰。当锤击脉冲变窄或桩直径增加时，这种由三维尺寸效应引起的干扰加剧，传感器与激振点距离和位置不同，所受干扰的程度各异。理论分析表明:当锤击点在桩中心处时在2/3R处这种干扰力最小，另外注意加大安装与激振点距离将增大锤击点与安装点响应信号时间差，造成波速或缺陷定位误差。（6）激振点与传感器安装点位置应远离钢筋笼的主筋，其目的是减少外露主筋对测试产生干扰信号，若主筋过长影响正常测试时应将其割短。21（7）检测点数应随着桩径的增大而增加桩径增大，桩截面各部位的运动的不均匀性也会增加，桩浅部的阻抗变化往往表现出明显的方向性，故应增加检测点数，使检测结果能全面反映桩身结构完整性情况。每个检测点有效信号数不宜少于3个。（8）传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄，但传感器底安装面应与桩顶面紧密接触，传感器安装应沿着桩的轴线方向22九、如何判定应力波反射波形的优劣？答：（1）多次锤击的波形重复性好。（2）波形真实反映桩的实际情况，完好桩桩底反射明确（3）波形光滑，不应含毛刺或振荡波形（4）波形最终回归基线。十、土层厚度对速度响应波形影响答：土层由淤泥进入砂层，二层交界处有反相位反射波，桩底同相位反射波。土层由好变差交界处产生同相位反射波。23十一、桩长参数及波速参数的设定答：从时域波中找到桩底反射位置，仅仅是确定了桩底反射的时间，根据ΔT=2L/C，只有已知桩长L才能计算波速C，或已知波速C，计算桩长L。桩长参数应以实际记录的施工桩长为依据，按测点到桩底的距离设定。而测试前波速可根据本地区同类型桩的测试值结合桩身砼的骨料和强度初步设定，实际分析中应按由桩长计算的波速重新设定。当桩长已知，桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型或成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根I类桩的桩身波速值，按下式计算：%)5||(11mniniimCCCCnC24十二、采样频率的设定：答：采样频率是对信号离散采样时，每秒的采样点数。采样时间T，又称为采样长度，是一次采样N个点数据所需要的时间。对于时域信号，采样频率越高，则采集的数字信号越接近模拟信号，越有利于缺陷位置的准确判断，一般应在保证测得完整信号（时段2L/C+5ms）的前提下，选用较高的采样频率或较小的时间间隔Δt。对于频域信号，频率分辨率Δf=1/T∴T↓Δf↑若要兼顾频域则采样间隔Δt不易太小或增加N，即为了提高频域分辨率，根据实际情况，采用较低的采样频率。2526谢谢!