[发明专利]一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法

说明书

本发明公开了一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,在桩顶距桩中心2/3R(R为桩截面半径)处布置加速度传感器,在桩侧距桩顶h(h≥2D,D＝2R为桩直径)处布置另一加速度传感器,敲击桩顶,由传感器获取桩顶及桩侧测试点的质点速度响应测试曲线；由桩侧实测质点速度响应测试曲线及桩土相互作用阻尼壶参数,利用一维波动方程特征线现有求解方法得到桩顶质点速度响应计算曲线；由桩顶质点速度响应测试曲线和所述桩顶质点速度响应计算曲线构建目标函数,当目标函数值小于设定误差时得到桩体波阻抗剖面。本发明可避免传统波形拟合分析方法一维波动理论近似条件不足问题,提高分析精度。

技术领域

本发明涉及基桩结构完整性测试及分析领域,具体涉及基桩波阻抗变化程度及范围分析,适用于城市建筑、桥梁、码头等含有基桩的基础工程。

背景技术

城市建筑、桥梁、码头等工程基础一般要采用基桩,其中钻孔灌注桩是常见的一种。基桩往往会出现骨料与混凝土分离、夹泥、缩径、裂隙、断裂等缺损，这些缺损导致桩截面波阻抗发生变化。基桩属于掩蔽工程,目前对基桩质量检测有钻孔取芯、声波测试及敲击—回波法。相对于钻孔取芯、声波测试这些破损测试方法,敲击回波法是一种无损测试方法,该方法在桩顶敲击,激发的应力波会沿桩体向下传播,当桩体波阻抗发生相对变化,波会在波阻抗变化交界面处发生反射,在桩顶用传感器接收反射波质点速度响应,得到质点速度响应测试曲线,通过对反射波质点速度响应曲线相位及峰值分析,确定基桩缺损位置及程度,这种方法具有测试快捷、分析简单特点。然而,这种分析方法易受以下因素影响:(1)桩周土分层结构变化与桩体波阻抗变化产生反射波质点速度响应变化特征具有很高的相关性,这样,难以区分反射波质点速度响应异常是桩周土层结构变化引起还是由桩体波阻抗变化产生的；(2)在桩土相互作用下,应力波在桩体上下传播过程会衰减,桩顶反射波质点速度响应测试曲线峰值没有考虑到应力波的衰减,会低估缺损程度；(3)桩体波阻抗复杂变化产生反射波相互叠加,这种叠加或相互加强或相互削弱,导致首个反射波相位及峰值发生变化。

为了克服根据桩顶质点速度响应测试曲线反射波相位及峰值分析不足,基于一维波动理论,由冲击力脉冲及桩土相互作用模型,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析得到桩体波阻抗相对变化程度及范围。目前拟合分析方法常采用力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力脉冲作为力边界条件,然而,受敲击源影响,桩顶及以下附近波场是三维的,不符合一维波动分析条件,以力锤测量冲击力脉冲或以首波质点速度响应与桩顶波阻抗乘积的等效力不能代表距桩顶较远处下行应力波截面作用力,这样,以实测冲击力脉冲或等效力脉冲为力边界条件得到的质点速度响应计算曲线没有考虑到波场的三维效应,影响计算与实测曲线拟合分析得到结果精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,避免桩顶三维波场影响,以距桩顶较远的桩侧测点质点速度响应测试曲线为速度边界条件,得到桩顶质点速度响应计算曲线,通过桩顶质点速度响应计算曲线与测试曲线拟合分析,得到桩体波阻抗相对变化程度及范围,由于桩侧测点质点速度响应近似满足一维波动分析条件,本发明可提高分析精度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下:

一种基于双速度信号的基桩完整性定量拟合分析方法,包括以下步骤:

S1:获取基桩的桩顶测试点的质点速度响应测试曲线和距离所述桩顶h处的桩侧测试点的质点速度响应测试曲线并分别进行预处理；

S2:计算应力波在所述桩侧测试点到桩底传播的平均速度

S3:将所述桩顶与所述桩侧测试点之间的基桩划分n个等长桩单元,桩单元长度ΔL为:

ΔL＝h/n

桩单元总数量:M＝int(L/ΔL)

其中,L为基桩长度,符号int()表示对计算值向下取整,桩单元内波阻抗均匀,计算每个桩单元的桩土相互作用阻尼壶参数,计算过程如下: