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1 前言

关于旧楼刷新或旧桥评估来讲，由于历史缘故原由常缺少准确的地质、结构设计、施工或验收检测等相关资料
。特殊是隐藏工程的地下桩基础，由于其与上部结构相毗连，其桩身完整性无法接纳通例的低应变反射法举行检测
。到现在为止，尚未寻找到有用的测试要领，成为公认地工程难题之一
。近年来美国工程手艺职员提出基桩双速率测试和剖析手艺，为既有基础下基桩桩身完整性检测带来希望
。通过一直刷新测试要领，战胜现实工况条件下倒运因素，势必会成为解决这一难题的有用要领
。

 2 基来源理

当既有基础下基桩桩顶与上部结构相连且桩长未知时，接纳应力波反射法测试有两个重大因素无法回避：（1）桩身平均波速未知，影响桩长简直定
；（2）由于应力波实质是纵波，纵波属于体波
。关于既有结构下基桩，纵波在结构接壤面处或桩顶处会爆发极为重大应力波，不但爆发下行波，并且爆发上行波
。这些次生的反射波必需要识别出来，阻止与桩身阻抗转变或桩底引起的上行反射波混淆
。为此引入双速率测试要领，沿桩侧装置两个加速率传感器，同时收罗两个加速率信号，通过盘算可以确定两个传感器间桩身平均速率以及从实测波形中疏散出上行应力波
。

双速率测试要领用于既有结构下桩身完整性测试原理为在桩身侧面距离桩顶z1和z2处划分装置两个加速率计A1和A2
。测试时在A1之上某一位置攻击桩身，可以获得A1和A2两条速率曲线，如图1所示
。A1和A2曲线中包括了上行波和下行波速率
。图中显示了应力波撒播路径及两道速率随时间的转变，其中L体现桩长，c体现桩身平均波速，应力波沿桩身传到桩底的时间为L/c，桩底反射波抵达A1处时间为2L/c
。时间t1和t2划分是A1和A2下行应力波的抵达时间，而t3和t4划分是A2和A1上行应力波（桩底反射波）的抵达时间
。

2.1 平均波速简直定

由于实测了两个速率曲线，可接纳下式盘算桩身平均波速

                                         (1)

式中：c―桩身平均波速
；

―加速率传感器A1和A2之间的已知距离（z2-z1）
；

 
―抵达加速率传感器A1和A2的时间差（t2-t1或t4-t3）

图1 双速率测试示意图

2.1.1手动剖析

使用t2-t1取代式（1）中的，获得

                                  (2)

当t1、z1和z2稳固时，改变波速将影响t2和撒播线倾角
。准确的波速应使下行应力波撒播线通过攻击脉冲的起点，上行应力波撒播线通过桩底反射的起点
。手动调解波速，使得应力波以合理的撒播途径穿过四个时间t1、t2、t3和t4
。

2.1.2自动剖析

如图2所示，牢靠A1速率曲线（实线曲线），沿时间轴向右移动A2速率曲线（虚线曲线）
。若是A1和A2间距和波速准确，两条速率曲线的桩底反射时间应该相同
。若波速和两传感器间距不准确，将不可自动使两个桩底反射峰重叠
。调解波速（或两传感器间距）使两个桩底反射时间相同，由此获得桩身平均波速
。

图2 自动确定平均波速

2.1.3相互关剖析

使用相互关剖析要领盘算桩身平均波速
。如图3（a）所示，牢靠A2速率曲线（虚线曲线），沿时间轴移动A1速率曲线（实线曲线），直到找到与A2速率脉冲匹配的时间，如图3（b）所示，然后使用式（1）盘算波速
。

图3 相互关剖析确定平均波速 (a)实测速率曲线 (b)相互关曲线

2.2上行应力波

    在基桩动测手艺中，无论是高应变法照旧低应变法，上行应力波是最为主要的
。由于只有上行应力波才华反应桩身阻抗转变或土阻力转变信息，因此上行应力波是有用波
。关于既有结构下基桩完整性来讲，获得上行应力波更为主要
。

举一个简朴的例子，桩顶上部保存一个承台基础，承台顶部允许敲击，桩身上只装置一个加速率传感器，如图4所示
。使用手锤敲击承台顶部
。由速率纪录可视察到如下反射信号：（1）由攻击作用爆发的下行应力波
；（2）由承台界面反射形成的下行应力波
；（3）由缺陷反射形成的上行应力波
；（4）由承台界面反射形成的下行应力波
；（5）由桩底反射形成的上行应力波
。其中缺陷反射的上行波（3）和桩底反射的上行波（5）是有用波，而攻击作用和承台界面引起的下行波是需要加以区分的
。

为了将上行应力波疏散出来，Johnson et al.(1996)^[1]给出下行波速率盘算公式：

            (3)

    式中：―传感器Ax处t 时刻的实测速率
；

          ―传感器Ax处t 时刻盘算的下行波速率
；

          ―应力波由传感器A1到A2的撒播时间
。

上行波速率可由下式盘算：

                              （4）

式中：―传感器Ax处t 时刻的盘算的上行波速率
。

图4 应力波在承台下带有缺陷的桩身中撒播路径

3 实例剖析

试桩为一横截面积25.4cm×25.4cm，桩长12.2m的预制混凝土桩
。两个加速率传感器A1和A2划分装置在桩顶以下4.57m和5.18m处
。攻击位置在桩顶以下3.96m处
。如图5所示
。敲击后，爆发两个应力波,一个向上撒播称为“应力波1”，另一个向下撒播称为“应力波2”
。

图5 试桩的应力波撒播图

“应力波1”向上至桩顶反射，“应力波2”向下至桩底反射
。A1处视察到的速率转变包括：（1）“应力波2”的攻击脉冲
；（2）“应力波1”的桩顶反射
；（3）“应力波2”的桩底反射
；（4）“应力波1”的桩底反射
；（5）“应力波2”的桩顶反射
；（6）“应力波1”的桩顶反射
；（7）“应力波2”的桩底反射
。对测试来讲，有用波是来自桩底的反射（3）、（4）和（7）的上行波
。图6为A1处的实测曲线
。若无桩长和桩身结构资料很难从曲线中区分出桩底反射
。

图6 A1处实测曲线

A1和A2处的实测速率曲线如图7（a）所示，其中实线为A1速率曲线，虚线为A2速率曲线
；盘算的上行波速率曲线如图7（b）所示，可以看出有三个主要反射峰，划分位于7.6m、11.6m和19.8m处
。显然，位于7.6m处的第一个主反射是桩底反射
。若是只使用A1，则很难确定桩底反射位置，甚至可能将3.5m的反射误以为缺陷
。

图7上行波盘算曲线 (a)实测速率曲线 (b)盘算的上行波速率曲线

4 结论

理论和实践证实，接纳双速率剖析手艺测试既有基础下基桩完整性是行之有用的要领
。为测试既有基础下基桩桩身平均波速和提取上行应力波提出了新思绪
。然而需要提醒的是既有基础形式各异，工矿条件很是重大，有时敲击点选择很难题，影响实测曲线质量
。特殊是

A2处实测信号容易受到种种因素滋扰，对平均波速的准确确定和上行波盘算造成影响
。虽然传感器间距、标定系数、采样频率等也都会影响测试精度
。这些问题还需实践中一直总结履历，团结详细情形调解和改善测试要领，战胜现实工况条件下的倒运因素，这一要领必将获得认可和普遍应用
。

参考文献

[1]Johnson, M., and Rausche, F., (1996), “Low Strain Testing of Piles Utilizing Two Acceleration Signals,” StressWave 1996, Orlando, FL, p.859-869