基于超声波透射法的灌注桩桩身缺陷分析与判定

【摘要】：桩基础是随着建设工程规模扩大发展起来的一种越来越重要的基础形式。由于工程地质条件与施工方式等因素的影响,使混凝土灌注桩桩身容易出现夹泥、离析、集中性气孔、蜂窝、断裂等类型缺陷,影响桩的承载能力和上部结构的安全性。超声波透射法是通过分析超声波穿过混凝土时的声学参数的变化推断灌注桩桩身缺陷的桩基检测方法。超声波透射法与其他检测方法相比具有使用轻便、检测高效、经济性好等优点。但该方法的信号分析仍需不断完善,所以研究超声波透射法的信号处理方式对超声波基桩检测有重要的实际意义。本文以灌注桩为研究对象,综合考虑灌注桩工艺特点,结合室内试验,对用超声波透射法检测灌注桩桩身缺陷主要展开了以下几方面的工作:(1)综合对比了静载试验法、钻孔取芯法、低应变反射波法、高应变动力测试法、超声波透射法几种常用检测方法的检测原理和方法特点,得出超声波透射法有更广阔的应用前景。分析桩身缺陷对超声波传播的影响,作为信号分析处理的理论基础。(2)对比分析了离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、短时傅里叶变换及小波变换的超声波信号处理技术的特点,总结出小波变换在分析处理频域的超声波信号的变化时,能更好的分析处理有突变的信号。小波变换更适合分析超声波检测灌注桩桩身完整性的非平稳周期信号。综合分析各种小波基函数,选择恰当的基函数作为本文信号处理的基本方法。(3)通过模拟实验模拟局部夹泥、离析、含集中性气孔、断桩四种常见的灌注桩桩身缺陷,结合matlab软件用选择的小波函数分析这四种缺陷的超声波信号,得出了超声波信号在缺陷桩中传播的基本规律:由于黄土和空气的声阻抗率低于混凝土的声阻抗率,超声波传播到黄土与混凝土及空气与混凝土的接触界面时会发生明显的绕射、反射与折射,形成不同波束,波束之间相互叠加干扰,使超声波的声学参数发生突变,波形发生畸变,出现波速和波幅减小的情况。(4)以工程实例为依托,归纳总结了概率法和PSD判据法在判定超声波基桩检测信号的特点与不足之处。实例验证结果表明:本文的研究工作补充了概率法与PSD判据法判定灌注桩桩身缺陷的不足;通过超声波信号的特点判定桩身完整性时,应综合超声波的波速和波幅变化情况,及超声波信号的频率—波幅曲线在频域的变化特点。通过以上研究工作本文主要得出了如下结论:(1)超声波在完整且强度符合要求的灌注桩桩身内的传播速度大于4km/s,当桩身存在缺陷时,不管缺陷为何种类型,超声波的传播速度都小于4km/s。(2)桩身完整时超声波波形有比较固定波幅值和周期,具有规律性,频谱具有一个主峰,且主峰频率大小基本一致;桩身有缺陷时,不管是何种缺陷,波形发生变形,没有固定的周期,或者各周期波幅值有明显的幅值差,波形失去规律性,频谱图出现多峰或者主频漂移的现象。