考虑反射波震荡的饱和土中大直径现浇混凝土管桩低应变测试解析解

相比传统实心桩,大直径现浇混凝土管桩在相同混凝土消耗的前提下拥有更高的承载能力和动力学刚度,但其低应变检测理论仍然滞后于工程应用。具体而言,饱和土体中的土塞效应和由于横向惯性效应导致的反射波震荡这两者对检测结果的影响仍然不清晰,亟需建立严格的桩周土-管桩-土塞模型来弥补这一空白。因此,采用Biot多孔介质连续方程模拟饱和土中水土两相介质间的相互作用,从能量法的角度考虑桩体的横向变形,修正了适用于管桩基础的Rayleigh-Love杆件模型,并将两者通过桩土界面关系进行耦合求解。通过傅里叶变换、势函数解耦偏微分方程以及分离变量法等数学手段求解了桩周土与桩芯土的径向和纵向位移函数,而后采用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲下桩顶纵向振动速度时域响应解析解,并通过与前人的解进行对比,验证了该解的正确性。结果表明:管桩泊松比越高,桩底反射信号幅值越小,反射波震荡效应越明显;管桩壁厚越大,桩底反射信号幅值越大;桩芯土模量越小,反射波的震荡效应越明显。

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。

低应变测试中需要注意的几个问题

低应变反射波法是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法。本文就测试前准备工作、耦合剂的选择和盲区确定三个方面进行了总结和分析,提出了合理的建议。

桩低应变测试技术分析

对桩低应变测试技术进行了讨论,结合工程实例介绍了完整桩、缩颈、扩颈、断裂、严重离析、浅部缺陷、桩未入持力层等情况的低应变曲线波形特征,重点分析了缺陷桩低应变曲线的特点。

基桩低应变测试中浅部缺陷的分析

分析了基桩低应变完整性测试过程中浅部缺陷的判定方法。

水泥搅拌桩的低应变测试

针对水泥搅拌桩具有桩体强度较低和桩中心空洞的特点，应用基桩的低应变动测技术，通过水泥土取芯强度与弹性波传播速度的对应关系，传感器与激振点的相对位置变化对测试参数影响情况的研究，探索了低应变动测方法新的应用领域，为水泥搅拌桩的成桩质量检测积累了一定的经验。

树根桩的反射波法低应变测试

从树根桩特性入手,分析了树根桩反射法低应变测试过程中存在波速难确定、龄期短强度低、土层变化等因素对测试的影响,以及直径小敲击点控制难等方面的难点,结合自己的经验,提出了根据地区特点综合确定波速、提高敲击力度解决砂浆强度低的问题、根据地质勘测报告。结合反射波理论综合分析,采取在桩头处理时增大敲击面积解决敲击点难控制等方法,从而顺利地进行树根桩低应变测试,并得出较精确的结果。综合工程图形实例,对以上问题进行比较,验证各种方法的可行性及准确性。

桩身混凝土离析缺陷的低应变测试信号特征

混凝土离析缺陷是影响基桩使用的常见缺陷之一,由于能量散失等原因,低应变法检测中,混凝土离析较难判别,本文总结了实践中的一些经验。

大直径桩低应变测试纵波法数值模拟

桩基的完整性直接关系其承载性能,目前多用低应变反射法进行检测。作者建立了桩顶竖向瞬态激振力作用下非完整桩纵向振动模型,基于MATLAB数值计算平台,采用有限差分法进行求解,获得桩顶竖向振动速度。该计算平台可对完整桩、缩径桩、扩径桩进行数值模拟。结合工程实例,对大直径完整桩和缩径桩进行了数值模拟,结果表明数值计算结果和实测曲线具有较好的一致性。

基于修正Rayleigh-Love杆件模型的桩基低应变测试中应变波三维传播分析

切向、径向高频横波干扰和横向惯性效应是影响桩基低应变检测信号识别难度的3大关键因素,目前尚无具备分析三者耦合效应的解析模型。通过对经典Rayleigh-Love杆件理论的修正,建立能考虑三维横波效应和桩基横向惯性效应的修正Rayleigh-love杆件模型,实现桩-土完整体系的应变波三维传播模拟,并通过拉普拉斯变换、分离变量、傅里叶逆变换等方法推导模型的解析解。以此理论模型为基础,对高频横波干扰和反射波震荡的成因进行探讨,并对主流的高频干扰消除方法进行对比,得到的主要结论有:(1)随着桩径的增加,高频干扰的主要成分由切向横波转化为径向横波;(2)桩半径在0.2~1.0 m范围的桩基础受到高频横波干扰的影响最大;(3)将信号接收点与激振位置垂直布置或使用信号叠加法都能较好地揭示反射信号位置,但信号叠加法对高频横波干扰的消除效果更好。

桩基低应变完整性测试的双速度分析

传统的低应变测试是将一个加速度传感器安装在桩的自由表面 ,从信号的反射特性来判读桩中变截面及桩端。这种情况下 ,要正确判读速度信号 ,需考虑两个因素 :首先 ,混凝土的应力波波速是未知的 ,这是一个非常重要的量 ,它直接影响桩长的确定。其次 ,桩基测试时 ,由于桩与上部结构物相连或桩不均匀 ,桩中的应力波不仅只有下行波还有由于上部结构反射的上行波。这些二次反射必须区分出来 ,以免与桩阻抗变化和桩端反射混淆起来。因此 ,沿着桩身同时测量两个加速度信号可得到精确的应力波波速。本文给出了由理论模型导出的相应分析过程。

浅析影响判定低应变完整性测试的因素

从多年的检测经验总结了影响基桩低应变完整性测试的主要因素有三个方面 :1)土层变化的影响 ;2 )施工工艺的影响 ;3 )浅层断桩造成的影响。

桩基低应变完整性测试的双速度分析

低应变测试即声波反射法或脉冲回波法被广泛应用于测试打入桩和钻孔灌注桩的完整性。其测试方法如下：将一个加速度传感器安装在桩的自由表面，当用手锤敲击桩顶时，该传感器会记录下桩顶的运动，这时将加速度信号积分成速度信号，从速度信号的反射特性来判读桩中变截面及桩端。除了常规的应用外，此方法也适于测试已有建筑物下的桩基，及桩基与上部结构相连且桩长未知的情况。 这种情况下，要正确判读速度信号，需考虑两个因素：首先，混凝土的应力波波速是未知的，这是一个非常重要的量，它直接影响桩长的确定。其次，桩基测试时，由于桩与上部结构物相连或桩不均匀，桩中的应力波不仅只有下行波还有由于上部结构反射的上行波。这些二次反射必须区分出来，以免与桩阻抗变化和桩端反射混淆起来。因此，沿着桩身同时测量两个加速度信号可得到精确的应力波波速。本文给出了由理论模型导出的相应分析过程。工程师可根据这一分析方法解释从桩顶自由桩上得到的单一加速度信号。

基桩低应变波速的量值研究

在应力波反射法测试基桩完整性的过程中,应力波波速是确定桩长和桩身缺陷位置的必要条件,而应力波波速受多种因素影响很难准确定量,这已成为基桩测试技术发展的瓶颈.根据应力波传播的基本原理,结合试验研究,分析了应力波在基桩中传播速度的影响因素,得出了应力波传播波速与混凝土龄期和混凝土强度等影响因素之间的量值关系,并结合工程实际提出了5种确定低应变波速的简便实用方法,以便检测人员更好地控制桩基工程质量.

深厚淤泥地区基桩低应变检测若干问题探析

对桩身极浅部缺陷判断和灌注桩缺陷判断的低应变测试热点和难点,结合深厚淤泥的地区特点和施工状况,采用低应变法、钻芯法和开挖验证,对大量的实测曲线和详实资料分析研究,得出:频率匹配好坏决定了低应变测试效果的好坏,以及对于超长桩和大直径灌注桩采用低应变法检测意义不大等结论.

低应变测定基桩承载力的新方法

提出了对同类桩—土体系利用低应变测试技术与静载荷试验的结果进行相关分析、建立回归模型 ,在此基础上对其它同类桩—土体系的基桩利用低应变测试方法测定单桩承载力 ,该方法已得到了令人满意的实际效果。

静钻根植桩低应变动力响应的现场试验和数值模拟

针对静钻根植竹节桩的成桩特性,通过现场试验和有限元数值模拟,研究桩周水泥土随着龄期变化对竹节桩低应变测试曲线的影响.首先通过现场试验,得到现场试桩在水泥土不同龄期的低应变曲线,发现桩端反射信号的幅值和到达速度均受到水泥土硬化的影响;同时通过室内弯曲元试验,测得不同龄期下相同配合比水泥土的切变模量;然后通过多次反演拟合,建立三维有限元数值模型,结合室内试验结果,对竹节桩低应变测试特性进行研究;接着将模型曲线与实测曲线进行对比,重点研究了桩端低应变反射信号的幅值和综合波速,两者曲线特性符合良好;最后对三维有限元数值模型进行参数分析,分析桩周普通土和桩底土切变模量对桩身低应变曲线的影响.结果表明:桩周水泥土在随着龄期硬化期间,会导致桩端反射信号幅值逐渐变小,在5 d以后已较难分辨;同时,低应变测试的综合波速也会随之增大,但是均明显小于竹节桩在地表时的波速,该数值模型能较好的模拟静钻根植竹节桩的低应变动力特性;参数分析说明,桩身低应变测试的综合波速变化与桩周普通土和桩底土的切变模量变化无关,仅由桩周水泥土引起.

基桩缺陷量化低应变动测研究

针对瞬态激振条件下均质土中桩存在缺陷的定解问题 ,研制了分析程序。通过大量正演计算 ,拟合出桩周土为黏土、砂土、粉土条件下缺陷程度与时域速度响应波形中入射波与反射波波幅比之间的关系式。模型桩试验分析结果表明 ,本文给出的缺陷量化分析方法可取得显著效果。

应用低应变能量分析确定基桩缺陷程度

通过大量正演计算,对不同桩周土条件下缺陷程度与时域速度响应波形中入射波波幅与反射波波幅的比值进行相关性分析,拟合出桩侧土为黏土、砂土、粉土的地质条件下桩径变化程度与波幅比之间的关系式。通过理论分析,对基桩存在多缺陷条件下,导出缩颈与扩颈对下一个缺陷引起的反射波幅值的影响系数,进而提出逐步能量恢复递推缺陷程度的理论与方法,在时间域中实现基桩存在多缺陷时的低应变动测缺陷量化分析。模型桩试验分析结果表明,采用给出的缺陷量化分析方法可取得显著效果。