桩基应力波检测的发展和应用

　　摘要：随着世界科技的全面发展，以及工程项目建设工作对于技术要求的不断提高，积极研究和探索新型施工与检测技术也就成为影响工程项目建设行业发展前景与空间的关键性因素之一了，桩基应力波检测的现代桩基工程项目检测中使用的主要技术形式之一，其具有数据真实、准确、具体等特点，已经得到广泛的推广与应用。本文仅就桩基应力波检测的发展和应用作以简要的分析，力求全面促进我国桩基应力波检测技术的进步创新与科学发展。
　　关键词：桩基；应力波；检测；发展；应用
　　一、桩基应力波检测的基本原理
　　目前，我国一些大型水利、建筑、桥梁工程项目建设过程中，都需要修筑大
　　直径桩基，其目的是全面保障工程项目的整体强度和抗震能力等基本性能的实现。桩基部分的施工质量与进度，直接关系到整体工程项目建设的步伐和质量保障。桩基应力波检测是现代化的工程检测手段与方法之一，在桩基施工中发挥了重要的作用与意义。
　　桩基应力波的非电量电测系统主要由三部分组成：传感器、数据采集仪和笔记本式计算机，加速度计和应变传感器分别将桩顶加速度和压力转换成相应的电信号。数据采集仪是将传感器输出的电信号进行放大、滤波等处理后，通过模拟—数字转换器将模拟信号变换为数字信号，然后输入到计算机中。计算机可以很容易地对数字信号进行各种处理和计算分析，还可以将检测数据和分析结果永久保存在磁盘中。通过数字—模拟转换器可重建模拟信号，并可显示在屏幕上。
　　桩基应力波检测主要是指通过利用专门的仪器和设备，缤纷结合验和计算分析求得被检测的值。检测实质上是个比较过程，就是将被检测与特定的标准量进行比较，获取相对的比值。桩顶的加速度和压力都是非电量的，而检测它们均是通过电子检测装置完成的，故称之为非电量电测。把持测的非电量，通过一些器件或装置，转变成相关的电信号，然后利用电子检测装置检测该电信号，最终获得被测的非电量值。
　　二、桩基应力波检测的发展
　　从世界建筑行业工程检测技术发展历程来看，桩基应力波检测技术是在20
　　世纪60年代左右才正式进入理论研究与实际试验阶段的，距今仅有40余年的发展历史。桩基应力波检测的发展尚处于进一步研究和探索的关键时期，需要得到相关专家、学者，以及具有丰富工作经验的技术人员共同参与其中。
　　1966年，美国芝加哥市的两座高层建筑物基础的墩基出了问题，要求提供一种检验已浇注墩基的可靠方法。Baker和Khan提出了8种检测墩基缺陷的可能方法，其中提到3种不同的地震波及波速测量方法，但认为地震波法经验有限，结果还是不肯定的。
　　从1964年至1975年的12年间，美国Case技术学院Goble领导的研究小组进行了桩基应力波检测技术和理论分析的系统研究，取得了丰硕的成果。在测量技术方面，这个小组改进了应变测量技术，设计了可重复使用的应变传感器。采用模拟—数字转换技术，利用计算机方便地存储和处理测量数据，完善了力和速度的测量系统。
　　早在1979年，Rausche等人就提出可以来用Case试验方法来检测桩的完整性。他们引入了一个定量描述桩身中缺陷的完整性因子——桩身缺陷处下部和上部波阻抗之比。用这个指标可以对桩身中缺陷处损坏的严重程度进行分类。他们还给出了计算这个因子的一种方法，后来将确定承载力的CAPWAP法用于低应变试验结果的分析，提出了一个桩完整性分析的信号拟合方法，称为PITWAP法。这个方法以桩测量的力或假设的力作为输入数据计算桩顶的速度，并将它与测量值进行比较。
　　应力波理论在桩基上的应用研究是在基础工程需要的推动下发展起来的。一开始它就与工程实践紧密结合，以应力波理论为基础，在计算机、数值计算方法、传感器和数据采集等发展所提供的条件下，现已发展成为一项高技术。经过近40年在理论和测量技术上的发展和大量的工程实践，该项技术日趋成熟，为建筑物基础检测提供了快速、无损、经济、可靠的方法，在基础工程中发挥了越来越重要的作用。
　　二、桩基应力波检测的应用
　　随着桩基应力波检测技术的不断提升，以及实践经验的深入积累，其在桩基检测工作中的应用是越来越广泛了，已被推广到世界各国的桩基施工作业中，并取得了良好的效果与成绩。桩基应力波检测的应用为现代工程项目桩基部分检测提供了科学的数据和准确性的保障，也是现代工程检测技术全面、创新、科学发展的重要体现之一。
　　在桩基应力波检测的应用过程中，当桩顶测得的回波信息，正是由桩土之间摩擦力激发出来的。根据在桩顶连续测得的质点速度和压力时程曲线来反演各土层的阻力和相应的土性参数是个典型的多参数、多波源反问题。在对桩顶回波响应与土阻力之间内在关系的分析基础上，北京建筑大学教授王靖涛先生提出了一个半解析半数值的反演方法，开辟了一条特征线法逐步积分与局部迭代相结合的反演途径，给出了一套土性参数新的调整方法。他所得到的WANG—PCP程序的输入数据仍是高应变试验中测得的桩顶压力和速度曲线的结果，与CAPWAP法得到的结果相同。
　　当今各种波探测技术的理论基础均属波传播反问题范畴。桩基应力波检测的应用也不例外，它的理论基础也是波传播反问题理论。波传播反问题是指利用在物体表面测得的波动响应后，反过来推断物体内部波源或介质的物理力学性态。是反问题中应用最广泛的一类。它包括两大类：一是介质反问题。二是波源反问题。前者对已知刺激从波的边界响应推断介质的物理力学性状，一般表现为反演波动方程系数。后者是对已知介质从测量得到的边界数据确定发射波源的性质，表现为控制方程的力源项反演。桩基完整性检测属于介质反问题，而桩基承载力确定属于波源反问题。基于波传播反问题理论。
　　近几年来，桩基应力波检测的应用模式与方法又得到了进一步的改进，人工神经网络方法已引入土性参数调整过程中，实现了桩周土性参数调整的自动化。这更便于工程技术人员的使用。由于神经网络方法具有自学习和自适应能力，通过在某一地区的工程应用，它的计算精度可以不断提高。在低应变试验中，仅测量桩顶的质点加速度时程曲线。从波传播反问题理论分析可知，欲反演出桩中某些截面的波阻抗变化，仅知道桩顶速度响应是不够的。由于边界条件不足，这个反演问题是“欠定”的，为此必须补充一定的条件。王靖涛提出了一个桩基完整定量分析方法，通过波传播的分析、给出了一个近似的补充条件，然后直接反演波动方程的系数。这种方法比较简单，可在现场对试验数据进行实时处理。应力波理论在沉桩能力分析、打桩系统的性能分析和打桩监测等方面还有许多重要的应用，这里就不一一列举了。
　　
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