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1、第3卷 第2期本溪冶金高等专科学校学报Vol.3No.22001年6月JOURNALOFBENXICOLLEGEOFMETALLURGYJun.2001文章编号:1008-3723(2001)02-0046-04低应变基桩检测中传感器及激振技术王东青(辽宁本溪本钢工程建设监理公司,辽宁本溪117000)摘 要:基桩低应变检测中传感器的选择及安装技术、激振技术直接关系到测试结果准确与否。本文根据波动理论及从事桩检测的实践经验,重点探讨低应变基桩检测中传感器技术及激振技术。关键词:基桩;传感器;低应变反射波法;波形中图分类号
2、:TU473文献标识码:B 近年来,随着高层建筑的迅猛增加,工程中普遍波在变截面处的反射与透射。采用桩基以提高承载力。据有关部门统计,目前我国PT/PI=2Z1/(Z1+Z2)每年用桩量达百万根以上。由于工程地质及施工技PR/PI=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)(2)术等方面的原因,部分桩常出现断裂、离析、夹泥、缩VT/VI=2Z1/(Z1+Z2)颈,严重影响基桩的承载力。为了保证工程质量,需VR/VI=-(Z2-Z1)/(Z1+Z2)(3)要对基桩进行检测。本文根据波动理论及多年来的式中下脚标I,R,T分别代表入射、
3、反射、透射;P,V表实践经验,就反射波法检测基桩缺陷原理、传感器特示应力与速度,由式(1)～(3)可得:性及安装工艺、锤击方式对检测波形的影响等问题进(1)当Z1=Z2时,则有行分析探讨,以供参考。PT=PIVT=VIPR=0VR=0(4)1 低应变反射波法原理表示桩截面均匀、无缺陷,桩身中不存在界面,入射波以不变的速度、应力幅值、方向向下传播,不产生反 桩完整性的低应变反射波法诊断技术是以一维射。弹性杆平面应力波波动理论为基础的,由一维波动力(2)当下行压缩波遇到Z减小的界面时,即Z1>理论可知,桩身波阻抗(特性阻抗
4、)是其横截面积、材Z2,则产生反射波和透射波,由式(2)可见,PR与PI异料密度和弹性模量的函数号,表明反射应力为上行拉力波,其相位与入射波相Z=EA/C=ρCA(1)反,由式(3)可见,VT与VI符号一致,表示反射波的式中,Z为桩的广义波阻抗(Ns/m);速度信号与入射波的速度信号相位相同,此速度信号C为桩中声波传播速度(m/s);可用速度传感器在桩顶检测出。2E为桩材的弹性模量(N/m);总之,当在桩顶检测出的反射波速度信号与入射3ρ为桩材的质量密度(kg/m);波速度信号相位一致时,表明在相应位置存在截面缩2ρC为
5、桩的特性声阻抗(kg/ms)。小或砼质量较差等缺陷;反之,当反射波速度信号与将一维波动力理论用于线弹性桩(桩长m直径,入射波初始信号相位相反时,表明在相应位置存在扩入射波长λ>桩直径),在桩顶锤击力作用下,产生一颈。压缩波,此波以波速C沿桩身向下传播;当波阻抗Z(3)变截面处反射波幅值(速度波与应力波幅值)发生在任何变化的介面处,入射波将产生反射与透与波阻抗的变化差值(Z1-Z2)成正比,波阻抗变化越射,反射波和透射波的幅值大小及方向由一维波动力大,反射波信号越强。理论确定。暂不考虑桩周阻尼的影响,研究桩顶入射(4)透射
6、的速度波或应力波在缩颈或扩颈处均不收稿时间:2000-11-08作者简介:王东青(1966-),男,辽宁本溪人,本钢工程建设监理公司工程师.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第2期 王东青.低应变基桩检测中传感器及激振技术47改变方向或符号,且缩颈处透射波的幅值大于入射波,而扩颈处则相反。(5)自锤击压缩波出现时刻起,变截面处所产生的反射波信号到达桩顶的总时差为Δt=2Lx/C(5)式中,Lx为变截面到桩顶
7、端传感器安装点的距离;图3 桩身出现离析的波形C为桩身弹性波传播速度。对于桩尖处的反射波与入射波的符号和幅值,同样可以判断。当桩身阻抗大于土阻抗时,在桩尖处的反射波和入射波的应力异号,即反射波为上行拉力波,而反射波的速度信号与入射波速度信号符号相同图4 括颈桩的波形,若在桩的顶端观测,则反射波的速度信号与锤击下行波符号一致,应力则相反,这和缩颈处的反射波符号相同。桩尖处的反射波的应力PR和速度VR的幅值,随土质变软(或土声阻抗变小)幅值变大,当桩-土的声阻抗相差很悬殊,桩可近似看成自由端时PR=-PI,VR=VI,即反射
8、波幅值近似与入射波幅值相等,此图5 桩身出现断裂时的波形时桩尖处的应力为零,而速度加倍。当然,实际由于桩内阻尼的存在,反射波速度要稍小些。 反之,随着桩尖处阻抗的增加,反射波的幅度变小,特别是当桩尖处土阻抗与桩身阻抗接近时,桩尖反射信号很弱,导致桩底反射波判断很困难。因此,在用反射波法检测桩身完整性时,桩尖附图6
