土木工程中桩基检测技术研究与应用

2022-04-01张天岳

工程建设与设计 2022年5期

张天岳

（南京工业大学，南京 211816）

1 引言

近几十年来，随着混凝土、新型打桩机和成孔机器的采用，桩的形式越来越丰富，其强度显著提升，适用范围越来越广泛。

针对桩基检测技术研究与应用问题，越来越多的学者对此进行了研究，并取得了一系列的成果。陈启魁等[1]基于各种对桩基检测的研究，分析了钻孔取芯法、低应变法、声波透射法等检测技术在建筑工程中的应用。葛天兴等[2]以某实际桩基工程为背景，基于低应变反射波法的理论，评估了低应变反射波法在该工程中的应用效果。王春庆等[3]开展了低应变反射波法检测桩基浅部缺陷的研究，对该桩基检测的效果进行评析。王飞等[4]利用小波分析进行低应变检测数据处理，检测了桩基浅部缺陷。肖家友等[5]基于某桩基工程背景，开展了一维连续小波去噪在多缺陷基桩检测中应用的研究，分析该桩基检测法的效果。张敬一等[6]利用小波变换的反射波法对某实际工程的桩基进行检测。

本文结合某桩基工程背景，论述了小波变换法理论，进行了缩径缺陷类型桩分析和断桩缺陷类型桩分析，详述了如何利用小波分析对检测的低应变检测信号进行处理，从而判定桩身完整性。

2 小波变换法理论

1980 年，MORLEF 对地震数据进行分析时，首次提出了小波变换理论，作为以傅里叶变换理论为基础所衍生出的全新理论。该理论有效弥补了傅里叶变换存在的不足，在时频分析和处理领域具有极为重要的作用。现阶段，该理论已在模式识别、信号处理过程中得到了广泛运用。该理论与傅里叶变换理论的区别，主要是其在频域、时域中均能够表现出相应的局部化特征，可被用来分析目标信号对应各频率子段并得出正确的频率信息，为后续信号分类的工作的开展提供支持。

小波变换将信号视为小波系数，指出可利用小波系数对信号进行描述。对其进行分类的依据如下：首先，是对称性。要想避免信号出现畸变或是失真的情况，关键是要增强其对称性，并通过增强对称性的方式，使信号重构精度得到优化。其次，是正则性。基于该理论对图像、信号进行重构，通常可保证所得到全新图像、信号具有理想的平滑性。最后，是支撑长度。若频率、时间为无穷大，则将有限值收敛至0 的长度越短，区分奇异点的效果越理想。

对其进行计算的步骤可被概括如下：第一步，确定小波函数，保证所选择小波、计划分析信号的起始点处于相同位置；第二步，对二者逼近程度进行计算，计算所得数值越大，说明信号和函数波形越相似；第三步，沿时间轴向右平移小波函数，重复以上步骤，直至小波函数覆盖全部的信号长度；第四步，对小波函数尺度进行伸缩，重复上述步骤，得出最终结论。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

本文以某公建工程试桩检测为背景。该工程基础采用桩基础，桩基为直径0.8 m，桩长约6 m 的后注浆灌注桩。该桩基的单桩承载力特征值为3 300 kN。

3.2 缩径缺陷类型桩分析

本工程采用低应变法采集数据。从低应变实测曲线可以看出，直达波和桩底反射现象较为明显，在判定桩身完整性时，由于信号受干扰，对桩身缺陷位置的判定受到影响。对低应变实测信号开展小波分析，该桩的检测曲线呈低频正弦波形振荡趋势，桩底反射可以清晰地看到。可判定桩身浅部位置有缺陷。进一步分析可知，在时间0.46 ms 时，第7 阶高频信号突出，对比实测曲线可知，实测信号在该时刻缺陷信号也显著。在实测信号中同样将第7 阶信号剔除，并重构。将实测信号与重构信号对比可知，在时间0.46 ms 时，缺陷信号突出现象减弱，可见，第7 阶信号为缺陷信号。

有效信号的振幅弱于初至波，有效信号在分析时会被掩盖，同时桩底反射信号不能判断桩身完整性。因此，剔除实测信号中的桩底反射信号和初至波之前的信号，得到图1 带干扰信号和剔除干扰信号。从图1 中可以看出，缺陷信号主要在3 350～3 600 Hz 范围内，其中1 400～3 350 Hz 的信号无意义，因此，剔除该段信号。对图1 中的信号进行分析，得到图2 所示结果。

图1 2 种信号的频域曲线对比图

因为干扰信号属于低频信号，因此，剔除第1 至第7 阶中频率最低的第7 阶信号。第7 阶信号的频谱如图3 所示。对比图2 和图3 可知，第7 阶信号主要集中在200～600 Hz，与干扰信号所分布范围一致，因此第7 阶信号易于分解。经过小波分析的处理，干扰信号被很好地压制，同时有用的特征缺陷信息被保留。可见，小波分析法能较好地处理桩基检测的数据。经过处理后的信号可以看出，缺陷信号在时间1.84 ms 处尤为清晰，可判定该处为缩径缺陷位置。