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        土木工程中樁基檢測技術研究與應用

        2022-04-01 09:25:58張?zhí)煸?/span>
        工程建設與設計 2022年5期
        關鍵詞:樁基理論信號

        張?zhí)煸?/p>

        (南京工業(yè)大學,南京 211816)

        1 引言

        近幾十年來,隨著混凝土、新型打樁機和成孔機器的采用,樁的形式越來越豐富,其強度顯著提升,適用范圍越來越廣泛。

        針對樁基檢測技術研究與應用問題,越來越多的學者對此進行了研究,并取得了一系列的成果。陳啟魁等[1]基于各種對樁基檢測的研究,分析了鉆孔取芯法、低應變法、聲波透射法等檢測技術在建筑工程中的應用。葛天興等[2]以某實際樁基工程為背景,基于低應變反射波法的理論,評估了低應變反射波法在該工程中的應用效果。王春慶等[3]開展了低應變反射波法檢測樁基淺部缺陷的研究,對該樁基檢測的效果進行評析。王飛等[4]利用小波分析進行低應變檢測數(shù)據(jù)處理,檢測了樁基淺部缺陷。肖家友等[5]基于某樁基工程背景,開展了一維連續(xù)小波去噪在多缺陷基樁檢測中應用的研究,分析該樁基檢測法的效果。張敬一等[6]利用小波變換的反射波法對某實際工程的樁基進行檢測。

        本文結(jié)合某樁基工程背景,論述了小波變換法理論,進行了縮徑缺陷類型樁分析和斷樁缺陷類型樁分析,詳述了如何利用小波分析對檢測的低應變檢測信號進行處理,從而判定樁身完整性。

        2 小波變換法理論

        1980 年,MORLEF 對地震數(shù)據(jù)進行分析時,首次提出了小波變換理論,作為以傅里葉變換理論為基礎所衍生出的全新理論。該理論有效彌補了傅里葉變換存在的不足,在時頻分析和處理領域具有極為重要的作用。現(xiàn)階段,該理論已在模式識別、信號處理過程中得到了廣泛運用。該理論與傅里葉變換理論的區(qū)別,主要是其在頻域、時域中均能夠表現(xiàn)出相應的局部化特征,可被用來分析目標信號對應各頻率子段并得出正確的頻率信息,為后續(xù)信號分類的工作的開展提供支持。

        小波變換將信號視為小波系數(shù),指出可利用小波系數(shù)對信號進行描述。對其進行分類的依據(jù)如下:首先,是對稱性。要想避免信號出現(xiàn)畸變或是失真的情況,關鍵是要增強其對稱性,并通過增強對稱性的方式,使信號重構精度得到優(yōu)化。其次,是正則性?;谠摾碚搶D像、信號進行重構,通??杀WC所得到全新圖像、信號具有理想的平滑性。最后,是支撐長度。若頻率、時間為無窮大,則將有限值收斂至0 的長度越短,區(qū)分奇異點的效果越理想。

        對其進行計算的步驟可被概括如下:第一步,確定小波函數(shù),保證所選擇小波、計劃分析信號的起始點處于相同位置;第二步,對二者逼近程度進行計算,計算所得數(shù)值越大,說明信號和函數(shù)波形越相似;第三步,沿時間軸向右平移小波函數(shù),重復以上步驟,直至小波函數(shù)覆蓋全部的信號長度;第四步,對小波函數(shù)尺度進行伸縮,重復上述步驟,得出最終結(jié)論。

        3 工程案例分析

        3.1 工程概況

        本文以某公建工程試樁檢測為背景。該工程基礎采用樁基礎,樁基為直徑0.8 m,樁長約6 m 的后注漿灌注樁。該樁基的單樁承載力特征值為3 300 kN。

        3.2 縮徑缺陷類型樁分析

        本工程采用低應變法采集數(shù)據(jù)。從低應變實測曲線可以看出,直達波和樁底反射現(xiàn)象較為明顯,在判定樁身完整性時,由于信號受干擾,對樁身缺陷位置的判定受到影響。對低應變實測信號開展小波分析,該樁的檢測曲線呈低頻正弦波形振蕩趨勢,樁底反射可以清晰地看到??膳卸渡頊\部位置有缺陷。進一步分析可知,在時間0.46 ms 時,第7 階高頻信號突出,對比實測曲線可知,實測信號在該時刻缺陷信號也顯著。在實測信號中同樣將第7 階信號剔除,并重構。將實測信號與重構信號對比可知,在時間0.46 ms 時,缺陷信號突出現(xiàn)象減弱,可見,第7 階信號為缺陷信號。

        有效信號的振幅弱于初至波,有效信號在分析時會被掩蓋,同時樁底反射信號不能判斷樁身完整性。因此,剔除實測信號中的樁底反射信號和初至波之前的信號,得到圖1 帶干擾信號和剔除干擾信號。從圖1 中可以看出,缺陷信號主要在3 350~3 600 Hz 范圍內(nèi),其中1 400~3 350 Hz 的信號無意義,因此,剔除該段信號。對圖1 中的信號進行分析,得到圖2 所示結(jié)果。

        圖1 2 種信號的頻域曲線對比圖

        因為干擾信號屬于低頻信號,因此,剔除第1 至第7 階中頻率最低的第7 階信號。第7 階信號的頻譜如圖3 所示。對比圖2 和圖3 可知,第7 階信號主要集中在200~600 Hz,與干擾信號所分布范圍一致,因此第7 階信號易于分解。經(jīng)過小波分析的處理,干擾信號被很好地壓制,同時有用的特征缺陷信息被保留。可見,小波分析法能較好地處理樁基檢測的數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理后的信號可以看出,缺陷信號在時間1.84 ms 處尤為清晰,可判定該處為縮徑缺陷位置。

        圖2 2 種信號的幅頻曲線對比圖

        圖3 第7 階高頻信號幅頻分析圖

        3.3 斷樁缺陷類型樁分析

        結(jié)合該工程另一根樁的低應變實測曲線進行分析可知,低應變曲線信號呈現(xiàn)顯著的振蕩現(xiàn)象,且各峰值等間距出現(xiàn)??梢姡瑧Σㄔ谀程幱龅斤@著的波阻抗,信號不易傳至樁底位置,因此,無樁底反射信號出現(xiàn)。進一步觀察該曲線可知,在距樁頂1.8 m 處樁身發(fā)生斷裂,之后的波峰呈現(xiàn)周期性出現(xiàn)。

        4 結(jié)語

        本文詳述了小波變換法理論,結(jié)合某樁基工程利用低應變法檢測樁身完整性。具體進行了縮徑缺陷類型樁分析和斷樁缺陷類型樁分析。詳述了如何利用小波分析對檢測的低應變檢測信號進行處理,從而判定樁身完整性。

        從研究結(jié)果可知,斷樁檢測的低應變實測信號不同于其他類型的缺陷樁的檢測信號。這是因為混凝土的波阻抗遠遠小于空氣的波阻抗。對于某工程而言,低應變曲線信號呈現(xiàn)顯著的振蕩現(xiàn)象,且各峰值等間距出現(xiàn)??梢?,應力波在某處收到顯著的波阻抗,信號不易傳至樁底位置,因此無樁底反射信號出現(xiàn)。

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