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1、XXXXXXXX公路学院土木工程专业毕业论文低应变力波反射法的桩基完整性检测及应用的研究学号：指导老师:专业：班级： 二九年三月目录摘要2ABSTRACT3第一章绪论41.1立题背景和问题的提出41.2桩基础的发展历程71.3桩基动测技术国外发展状况71.4桩基动测的其它方法综述81.5本文主要研究工作10第二章基本原理122. 1波动方程及其解的形式122.1.1波动方程122. 1. 2波动方程解的形式132. 2弹性波的反射与透射142.2.1在截面不变的桩中波的传播142. 2. 2桩身截面变化时波的传播162. 2. 3反射系数与透射系数172. 3端承桩瞬态动测响应的数学模型192
2、. 3. 1完整端承桩瞬态动测响应的数学模型192. 5. 2缺陷端承桩瞬态动测响应的反射波法数学模型23第三章检测系统中相关测试设备和参数的选用253. 1相关设备的选用253.1.1激振设备的性能研究253.1.2传感器的选用与安装27第四章采用改进的检测方法测定桩长的研究304. 1在桩身不同部位拾振测定桩长的研究304.1.1不同点拾振的理论波形及桩长确定方法304. 1. 2测试系统及操作334.1.3现场测试与分析344. 1. 4小结50第五章结论与展望525.1本文的主要结论525.2继续研究的建议53参考文献54致55摘要基桩动力检测法以其快速、准确、经济的优点成为基桩完整性
3、检测的一种重要手段。随着人们研究的深入,基桩动力检测法也在不断的发展。但就目前而言,动力检测法仍然存在一些无法克服的缺点,以至于影响到检测的准确性。本文通过对低应变应力波反射法在桩基工程中应用的理论分析并根据工程质量管理要求,提出了采用低应变动测基桩质量的新试验技术方法双峰法和时差法。该方法在一定程度上改进了传统测试方法在获得桩身相关信息方面的局限性,使得在桩长和波速都未知的情况下,对于现场施工桩长可以获得较满意的确定。提出了分析确定桩长的计算方法,并通过对预制桩实地的测试,初步验证了此法的可行性。关键词：低应变应力桩基双峰法时差法桩长应力波速ABSTRACTThe foundation pi
4、le power examination law by its fast, accurate, the economical merit becomes the foundation pile integrity examination one important means. Thorough which studies along with the people, foundation pile power examination law also in unceasing development. But in the present case, the power examinatio
5、n law still had the shortcoming which some are unable to overcome, affects the examination accuracy. This paper presents two new experimental methods一Double wave crestsmethod and Time differential method, in which for the testing of pile quality indynamic low strain method,by analyzing the applicati
6、on of stress wave theory to the piles and on the demands of project quality control. This method improves traditional testing method to a certain extent, thus getting more relevance information of pile, pile length in-site can be satisfactory determined without the construction pile lengthand wave v
7、elocity. This paper puts forward a calculation method for the pile length,and verifies the feasibility of this method through testing pre-cast concrete piles in-site. and finally achieve the purpose of determining the pile length. we can realize this methodand verify by information of a project.Key
8、Words: low strain and stress; piles; double wave crests method; time differential method;pile length; stress wave velocity; 第一章绪论1.1立题背景和问题的提出桩基是通过桩身材料强度或桩与土的相互作用将荷载传递给地基土层的。对于承受较高上部荷载重量的刚性桩基础,桩身质量及材料强度的优劣直接关系到整个建筑物的安全稳定,如存在问题不能及时查出并采取补救措施,将会对整个工程造成不可估量的损失,尤其目前我国桩基施工队伍庞杂,施工工艺各异,施工机具良秀不齐,桩基施工质量不稳定,甚至
9、偷工减料是较为普遍的现象。所以,对于刚性桩来说,桩身完整性检测是至关重要的隐蔽工程验收手段,任何情况下都是不容忽视的,否则就有出现安全事故的隐患,威胁到人们的生命和财产安全。目前,基桩动力检测法以其快速、准确、经济的优点成为基桩完整性检测的一种重要手段。随着人们研究的深入,基桩动力检测法也在不断的发展。就目前而言,有以下几种动力试桩方法:动力参数法、共振法、反射波法、机械阻抗法、水电效应法、波动方程法、改进的动力打桩公式法和静动法。这里将主要介绍以波动方程法和反射波法为基础的低应变法和高应变法。这是因为就目前来看,在确定桩基承载力和完整性方面用的最多的还是低应变法和高应变法,而这两种方法目前国
10、外普遍采用瞬态冲击方式,通过实测桩顶加速度或速度响应时域曲线,借一维波动理论分析来判定基桩完整性,也即反射波法。目前几乎所有的有关检测单位均采用低应变激振法来检验桩的完整性。但是我们也要看到低应变法存在的问题:采用一维杆波动理论的前提是激励脉冲的波长与桩的半径R之比应足够大=10,否则平截面假设不成立,即一维纵波沿杆传播的问题转换为应力波沿具有一定横向尺寸柱体传播的三维问题。另一方面,激励脉冲波长与桩长相比又必须比较小,否则波动性状不明显,从而对准确探测桩身缺陷位置产生不利影响。针对这些问题有很多学者提出了许多新的改进方法,例如,采用小波来过滤反射波法反射回来的原始信号,消除环境及电气噪声、土
11、阻力干扰、桩身浅部缺陷反射信号等的干扰从而达到改善信号质量、提高桩基动测资料分析水平。尽管如此低应变法还是存在着一些局限性,对于桩体变化较大的基桩,其得到的波形往往很复杂很容易产生误判。特别是在复合地基中的竖向增强体的检测问题,例如对于水泥土桩,桩身施工质量离散性较大,水泥土强度变化围大可从零点几兆帕到几兆帕,虽有低应变法检测其桩身完整性的报导,但可靠性和成熟性还有待进一步探究。与低应变法相比,高应变法检测桩身完整性存在着设备笨重、效率低及费用高等缺点,但由于激励能量和检测有效深度大的优点,特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时,能够查明这些缺陷是否影响竖向抗压承载力的基础上,合理判
12、定缺陷程度,因而可作为低应变检测这类缺陷桩的一种补充验证手段。但是高应变法同样存在着很多限制条件,对于嵌岩的大直径灌注桩、扩底桩由于尺寸效应,端阻力充分发挥所需的位移很大,这时对桩锤匹配能力下降,而往往高应变检测所用锤的重量有限,很难在桩顶产生较长持续时间的高水平作用的荷载,达不到使土阻力充分发挥所需的位移量。遇到这种情况,高应变法就显得不那么适用了。另外,声波透射法也是一种有着鲜明技术特点的检测方法,它可以覆盖全桩长的各个截面,信息量相当丰富,结果准确可靠,且现场操作简便、迅速,不受桩长、长径比的限制,一般也不受场地限制。但是此法需要预埋声管,指定受检桩,不能做到随机抽检从而也起不到监控的作
13、用。因此当没有预埋声测管或声测管堵塞无法声波透射法时,此时用钻芯法就能达到检测的目的。钻芯法是一种微破损或局部破损检测方法,具有科学、直观、实用等特点,不仅可以检测混凝土灌注桩,而且也可检测地下连续墙的施工质量,但是此法成本非常高,也无法对预制桩和钢桩的成桩质量进行检测。它和声波透射法一样是桩基动测技术的很好的补充。在桩基的完整性检测中,对测试系统的改进也是一种改善动测法准确度的有效手段,在传统的检测系统无法解决基桩完整性检测中存在的种种问题的时候,例如,尺寸效应及无法获得更多的参考信息等等。改进测试系统就改进了传统测试手段在这方面的缺陷。有学者就在这方面做了研究,提出了一种多点检测系统,采用
14、多传感器多点拾振,在应用多次覆盖原理对数据进行处理,可以有效的抑制干扰,提高信号的信噪比和测试精度。这也为我们提供了一种新的思路,测试手段上的改进也能取得很好的效果,如果能从测试数据中获得更多的信息将有助于我们提高桩基检测的准确度。1.2桩基础的发展历程桩基础是历史悠久、应用广泛的一种基础形式,在距今120XX历史的智利古文化遗址中就已发现了桩的雏形。我国也在7000年前开始采用桩基础了,桩基础的发展也经历了一个漫长的过程。如今随着桩基础应用领域的扩宽以及我国工程建设事业的蓬勃发展,机械设备和施工技术不断得到改进与发展,产生了各种新桩型和新工法,为桩在复杂地质和环境条件下的应用注入了勃勃生机。
15、因此,在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中,大量采用桩基础。这样,桩基成为我国工程建设中很重要的一种基础形式,人们对桩基础的要求也越来越高,因而对其本身的质量检测就显得犹为重要了。1.3桩基动测技术国外发展状况自1960年Smith提出桩锤一桩一土系统的集中质量法差分求解模型以来,在此基础上世界上部分国家开展了一系列动力测试桩承载力的研究工作,并于20世纪80年代后期形成了实用的高应变现场测试和室波动方程分析方法。与此同时低应变法检测桩身完整性研究工作也在进行,其中机械阻抗法在20世纪70年代初就已取得了进展;而低应变反射波法早期的研究也在英、法等国开展并在80年代后进入快速发展时期,在国际上基本占据了低应变动力检测桩身完整性的主导地位。我国的桩动力检测理论研究实践始于20世纪70年代,研究开发了一些具有我国特色的方法,如大学的动力参数法、省建筑科学研究院和中国建筑科学研究院共同研究的锤击贯入试桩法、公路研究所的水电效应法、市城市建设研究所的机械阻抗法、冶金部建筑研究总院的共振法等。这些都成为我国主要采用的基桩动测方法。20世纪80年代中至90年代初,我国在各种低应变法在基本理论、机理、仪器开发、现场测试和信号处理技术、工程桩或模型桩验证研究、实践经验积累等方面,取得了许多有价值的成果。20世纪90年代中期,建工
