[发明专利]一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度方法

说明书

本发明属于动力测桩技术领域，具体涉及一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度方法。通过建立半埋入大直径摩擦桩三维力学模型，利用数学手段求解得到桩顶速度反射波曲线半解析解，在此基础上分析桩顶速度反射波曲线高频干扰成分在桩顶径向位置分布规律，基于该规律提出了一种消除桩顶速度反射波曲线高频干扰成分的方法，消除了高频干扰成分即可提高桩基完整性检测精度，考虑半埋入大直径桩摩擦桩桩底土体波动效应对其振动特性的影响，首次提出了适用于半埋入大直径摩擦桩的三维虚土桩模型，具有很好的适用性。本发明对于指导桩的动力设计及提高低应变检测桩身完整性的准确性具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于动力测桩技术领域，具体涉及一种利用低应变法检测半埋入大直径摩擦桩完整性的高精度方法。

背景技术

“低应变法”是目前基桩完整性检测的一个主流方法，我国目前实行的有关基桩检测规范，包括铁路、公路、建筑等都明确规范了“低应变法”的适用范围、设备要求、现场技术要求、及其数据分析和判定。

低应变法一般这样定义：在桩顶施加低能量冲击荷载，实测加速度(或速度)响应时程曲线，运用一维线性波动理论的时域和频域分析，对被检桩的完整性进行评判的检测方法。即低应变法是基于冲击弹性波的检测方法。

当弹性波沿着桩身传播时，遇到截面变化或者材质变化(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位时，其反映为机械阻抗(一般用Z来表示材料的机械阻抗，Z＝ρCA，这里的A是断面截面积)的变化，此时波的传播特性就会发生改变，即出现反射和透射现象。其中透射波继续向前传播，而反射波则会向着波源方向传播，通过拾取反射波信号，并对波的性状进行分析即可以判定发生阻抗差异部位的具体特征。这就是低应变法的原理，因为其用的是反射波信号，因此又常被称作低应变反射波法。

通过反射波的特征可以判别桩身各种病害，如缩径、扩径、离析、断桩等等。根据应力波理论，有如下规律：

式中V为质点速度，下标I、R分别表示入射波、反射波，Z₁、Z₂分别为反射界面上下部广义波阻抗(Z₁＝ρ₁C₁A₁,Z₂＝ρ₂C₂A₂,A₁,A₂分别为界面上下桩身截面积)。

(1)当桩身无缺陷时，Z₂＝Z₁，V_R＝0,桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；

(2)当桩身存在缺陷时，Z₂Z₁，V_R与V₁与同号，即在实测时域曲线上，反射波与入射波同相；反之，当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时，即Z₂Z₁，V_R与V₁反号，即在实测实域曲线上，反射波与入射波反相。

桩-土纵向耦合振动理论作为低应变反射波法的理论基础，已有较多的研究，这些研究大多将桩简化为一维杆件，即波在桩只沿纵向(桩长方向)传播。基于一维波动理论的桩基应力波检测理论，将桩基简化为一维的细长杆件，假设波沿着纵向传播，不考虑波沿横向的传播，这种技术方案的缺点就是仅适用于较为细长的桩基，但是随着建筑物复杂程度的增加，其对桩基承载力的要求也越来越高，这就使得桩基的半径越来越大，那么仍采用上述桩基一维波动理论对桩-土纵向耦合振动问题进行研究就会产生较大误差。