频谱分析在旁孔透射波法中的应用探讨

频谱分析在旁孔透射波法中的应用探讨

武新军

淮安市建筑工程质量检测中心有限公司

摘要：在基桩检测的过程中，我们经常会遇到基础顶部不能进入或者桩太长、太细（即桩的长径比过大），以及既有建筑下基桩的长度及完整性，无法应用低应变反射波法进行测试。此时，可考虑利用旁孔透射波法进行检测。旁孔传输方式检测桩身完整性或长度需要一整套测试设备，作为严格现场测试工作方法的一部分进行。与此同时，需要有理论依据来分析桩身的完整性和长度，并从具体应用案例的有效应用中吸取经验教训。为此，本文探讨了旁孔透射波法在基桩检测中的应用方法，现做如下分析。

关键词：旁孔透射波法；首波初至时；频谱分析；频率响应

引言

由于既有建筑的桩已承受荷载，因此无法使用实际检测现有建筑基桩的方法。低应变法由于受波的传播距离限制，很难收到桩底有效反射信号，钻芯法受垂直度的影响，很难钻取到桩底。旁孔透射波法利用的是直达透射波属于单程时间而且是在桩侧打孔，可以成功钻到桩底之下。

1旁孔透射波法简述

旁孔透射波法可用于检测多种桩型，例如钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩、预钻孔打入预制桩、打入预制桩等。其实测信号是经桩身传播透射到相邻旁孔的直达波，对既有建筑下的桩，其首波到达时间不因与桩顶相连的基础和上部结构反射的下行波的影响。对于桩顶面露在外的基桩，其传播路径比低应变反射波法的短且能量消散小。在试验桩基础附近钻孔并放置孔底深度大于估算的桩底深度的塑料套筒后，用干净的水填充管，在管内使用探头检测从地基外部冲击产生的每个p波深度的终点旁孔透射波法测试分析对象是首个通过桩身向侧孔传播的波，与桩身完整性、长度等质量因素密切相关，不受求和产生的反射波影响。

2技术特点

旁孔透射法是在桩顶面（或与桩顶联结的承台、桩帽等上部结构）上用手锤（力棒）垂直方向敲击产生应力波，并沿着桩身向下传播，遇到周围土层进行透射，在桩旁边事先钻好的孔内放置传感器来接收透射波信号，由此读取不同深度的波时并绘制初至时间一深度关系图。当传感器低于桩底时，则声速将会改变，会在时间一深度图上显示一个拐点，

旁孔透射波检测系统，采用瞬时浮点放大技术和全浮点放大技术。同时，高信噪比电路设计结构也满足了复杂工作状态的检测要求，主要考虑了强、弱信号无失真的数据采集要求。旁孔透射波检测系统同时配有旁孔检测探头，可直接安装在塑料管壁上进行连续信号检测采集，对桩长、桩平均波速和桩底力层波速等数据的综合分析与确定。

3工程实例

某3层房屋建筑，原基础采用的是Φ426沉管灌注桩，桩长大约15m左右，桩端持力层为砂质粉土层。该房屋在使用多年后，西南角处地基下沉，并导致承重墙体开裂，设计单位在对该房屋出具设计加固方案前，要求查明该房屋西南角处原基础质量情况。根据现场情况，在西南角的基础外地面处布设-20m深的测试孔，按0.2m的测试点距开展了旁孔透射波法测试，激振点选择在该房屋半层地下室的底板上（按原设计图纸对被检测桩进行了平面投影）。

4频谱分析在旁孔透射波法中的应用探讨

4.1桩身缺陷测算方法

通过将堆体缺陷顶点深度设置为Z0，缺陷长度设置为l，缺陷严重性设置为α，来确定堆体缺陷的影响。在继续进行测量和分析时，应观察在相邻孔中测量的点的变化特征，特别是确定第一波和第一波之间的深度关系是否发生变化。当桩深度在长度值范围内时，预测值可以控制对两条平行线之一的拟合，这意味着桩的p波速度仍在合理范围内，且可以初步确定桩的完整性。假设两条平行线中的一条没有修剪，并且需要过渡来确定修剪条件，则表示堆栈主体已损坏，并且存在固有或既得缺陷。假设桩身存在明显缺陷，则需要进一步细化两个平行分段的倾角和p Vpp波速表示的拟合条件，以确定平行分段上的情景截距之间的α差。测量间隔是根据线段两端之间的实际距离计算的，并通过保留深度中的Zun和ZD值进行测量。两个z测量值之间的差异(表示时间差异的总和)可以通过使用简化公式测量值范围中是否存在偏差以及确定读取数据的错误值来再次确认堆栈主体的缺陷。

4.2桩身底深度计算

两种作业条件下三种不同孔深度的计算结果。调整计算的数值结果，并根据数值分析结果计算曲线的交点和平滑点。对两种运行模式下的数值模拟结果进行分析后发现，当孔深度足够(H-L≥5D)且孔深度不足(h-l < 5d)时，测得的桩底下沉深度随桩孔距离的增大而逐渐增大；当孔深度不足时，从三种桩的距离测量的结果小于从相应孔深度测量的桩底深度；对于深度变化曲线-在不同的平台距离条件下对应于不同平台距离的时间，调整后的前变化曲线在两种工作条件下往往平行，其时间变化规律与平台距离无关；对于通过拟合得到的下行连接变化曲线，两种操作条件有很大的不同:当孔深度足够时，与不同模穴距离相对应的变化曲线基本平行，不同模穴距离基本相同，且孔深度不足 不同桩孔距离的变化曲线差异较大，当孔深度不足时，下行连接变化曲线的坡度较大。因此，当孔深度足够时测量的桩深度略高于当孔深度不足时测量的桩深度。数据可用于两种工作条件下的桩身VPP值(ppbobo速度至桩身尺寸)和桩侧土VPP值(通过传递桩身p波获得的土体三维ppbobo速度)，当孔为时，桩侧土VPP变化较小。

4.3桩底位置判定方法

(1)确定桩底位置的常用方法是拐点法和拐点改正法，如图2所示。平滑点方法是在t-z关系图的每个顶部和底部区域组合一条直线(L1和L2)，然后通过交点确定桩底的深度。平滑控制点是通过坐标原点(0，0)获得直线L1相对于直线L1的平行线，然后从其与直线L2的交点(图中的“桩底”)确定桩底的深度。研究发现，与情景相关的上下两条线的坡度分别是基桩下方和下方土层的p波速度。对于相同的试验数据，方法1确定的桩底深度明显大于方法2确定的深度，并根据桩与勘探孔之间的距离(更简单地说，桩与勘探孔之间的距离)以及地基侧的波浪冲击点与桩顶日历之间的距离而变化。

4.4旁孔透射法检测步骤

首先，将传感器连接到仪器设备，缓慢地将侧孔测试传感器放置在PVC支架孔底部，并将触发速度传感器安装在桩顶表面。然后，根据桩和孔信息，在仪表上设置相应的参数。再次撞击桩顶，通过触发传感器、排气孔测试传感器接收信号，并在仪表上显示相应的测深点信号。从孔底到孔的方向，根据测量点依次测试每个深度测量点的信号。最后，在信号采集结束时，可通过现场趋势判断获得桩长、桩身波速和桩底动力层波速等信息。最后，通过分析软件导出最终测量结果。

结束语

旁孔透射波法具有原理简单、结果直观等优点，且检测时不需要直接接触桩身，不对桩身结构产生破坏作用，因此在既有建筑基桩检测中具有非常广泛的应用前景。但是对于长桩的桩长检测，波在传播过程的能量衰减和现场噪声的干扰，在桩底深处难以收到有效信号，因此必须提高信噪比。如在检测过程中，瞬态激振振源选择重锤锤击从而提高激发能量大小，还可以增加锤击接触的面积，停止干扰噪声的产生，塑料管与周围土层之间接触紧密从而提高探头的耦合性。依据旁孔透射波法检测结果综合分析，可检测桩长是否满足设计要求，保证工程质量的安全性。

参考文献

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