论文部分内容阅读
摘要基桩高应变检测在建设领域中得到越来越广泛的应用，信号采集是其中最重要的环节。本文根据大量工程实例，分析总结了信号采集中的关键问题和各种异常情况，并给出相应的防治和解决方法。
关键词:高应变信号采集异常处理
中图分类号：TN911.6 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
基桩具有承载力高、稳定性好等功能，日益广泛应用于高层建筑、厂房、桥梁等诸多领域，成为工程建设中很重要的一种基础类型。淮安处于黄淮冲击平原，以粉土为多，少部分地区偶夹淤泥层，二十米以上的建筑基桩的应用比较普遍。基桩工程质量是工程安全保证的基础和关键，如何有效检测基桩质量一直是基桩工程的重要课题。相比传统的静载试验，高应变不仅能够有效地确定桩身完整性，而且能快速复核桩的承载力，省时、省工、节约费用，深受建设各方欢迎，成为基桩检测的重要手段。
检测现场的信号采集是高应变检测中最重要的一环，合格的信号是全部分析和结论的主要依据，是取得准确的分析结果的必要条件，对劣质信号的分析只能是垃圾进垃圾出。但获得合格信号并不是轻而易举的事情，不仅受到环境条件等客观因素的制约，而且受到信号判断等主观因素的影响，这要求测试人员能够迅速鉴别信号的好坏，对异常的信号能够作出准确的判断，并采取适当的处理方法，以取得合格的信号保证试验成功。
2、试验准备
包括试验设备和检测现场的准备。仪器的性能直接决定信号的采集效果，锤重的选择决定了基桩能否被充分激发，现场的准备影响试验的顺利进行，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003）（以下简称《规范》）中对此都有比较明确的要求，在此不一一赘述。值得注意的有以下几点：
（1）、传感器的安装位置与锤击点之间应有足够大的距离（《规范》规定不得小于2倍桩径或边长）。依据圣维南原理：“如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力，那么近处的应力分布将显著改变而远处所受的影响可以不计。”当传感器安装在离桩顶一定距离，可以避开桩顶附近复杂的应力状态，使所测信号符合一维弹性波的理论前提。同时也可以避免一旦桩头被打裂而对传感器造成的损坏。
（2）、在桩数较多、多种桩径混杂、单桩极限承载力要求有差别的工地，宜按最大承载力选择锤重。如果选择几种锤重,每种桩径对应不同的锤重,必将严重影响试验进度,如果
要保证试验效率,用小锤打大直径桩,不一定能保证基桩被充分激发.所以此种情况下，宜按大直径桩取用重锤，保证所有试验桩都能被充分激发，对小直径桩可以用降低锤击高度的方法获得适当的贯入度。
（3）检测前基桩应满足一定的休止时间，使桩身混凝土达到足够的强度，桩周土超孔隙水压力消散。休止时间因地而异，与施工工艺、桩基类型、土的类别等因素有关。一般随休止时间的增长，成桩过程中受挠动的土体会重新固结，强度逐渐恢复提高，桩基的承载力也相应提高。
3、信号的基本要求
合格的信号必须包含试验目的所要求的全部客观信息，应具有以下基本特征：
（1）连续锤击下，信号应具有稳定性、重复性。试验中可能碰到的是桩周饱和粘性土在锤击振动下强度剧烈降低，桩的承载力在多次锤击下不断下降，波形图变化很大。对于此类发生触变效应的基桩，《规范》规定不得以高应变信号提供承载力。
（2）力曲线和速度曲线在开始阶段有正比例关系，但峰值不一定重合。这是由波动理论决定的，在没有上行波产生之前，力与加速度应该成正比。如果地表有较大土阻力，或传感器安装截面下不远有变阻抗，都会使力和速度峰值不重合。
（3）力曲线和速度曲线在结束阶段应归零。力信号不归零，或者由于安装压力不足，传力过程中产生相对错动，这时需重新拧紧膨胀螺栓；或者由于安装位置的混凝土产生塑性变形或开裂，这时必须选择适当的位置重新安装传感器。速度信号不归零，一般可看作低频加速度信号混入的结果。
（4）贯入度必须足够大以充分激发基桩承载力。《规范》建议单击贯入度在2～6㎜之间。贯入度小，使检测得到的承载力低于极限值；贯入度过大造成的桩周土挠动大，承载力分析所用力学模型与实际情况相差较大，与静载试验对比，统计结果离散性很大。目前还没有一种行之有效直接测量高应变试验中基桩的单击贯入度的方法。而普通加速度传感器无零频响应，同时经两次积分计算的DFN（贯入度）值与实际有较大出入，但实践表明，DMX（最大动位移）仍是可供佐证的主要指标，计算出的DFN值是最重要的参考指标。对于预应力管桩，综合淮安本地区的经验，DMX值在20～30㎜之间、DFN值在6㎜左右可以认为基桩已被打动，对长径比较大的管桩DFN值可以取小（3～5㎜），而長径比较小的管桩DFN值达到10～12㎜都是适宜的。如表一所示钵池山公园山体工程和市地税局办税楼工程两条预应力管桩的动静对比情况，桩周土主要为粉质粘土和粉砂土，动测与静载结果相差不大，是令人满意的。用于波形拟合法分析的实测信号如图1所示，两条桩的DMX都在20㎜～30㎜之间，DFN达到了6㎜和8㎜。
表一：两根预应力管桩的动静对比情况
图1—1钵池山公园波形图
图1—2市地税局办税楼波形图
4、检测现场异常处理
检测中经常遇到的异常有:
(1)两侧力信号幅值相差过大,这是由于偏心锤击引起的。通常偏心锤击难以避免，《规范》规定两侧力信号幅值相差不得超过1倍。在锤架底存在淤泥，桩顶无法兰盘的情况下极易造成偏心，此时应先垫实架底，整平桩头，再放上桩垫板，在锤击过程中调整桩垫板高度。在传感器、电缆间接头松驰时，可能出现一侧力特别小，如图2所示，虚线表示的一侧力信号十分微弱。
（2）由于交流干扰，加速度信号提前振荡。如图3所示，在力信号起跳之前便有了加速度信号，导致加速度信号大幅度振荡，相关参量（如DMX）明显偏大，从而失去参考意义。交流干扰的危害极大，不仅会产生一些违背物理规律的信号，而且使计算结果不可信。为防止交流干扰，必须做好接地，接地点一定要置于潮湿处，确保其与大地连接时不存在接地电阻。
（3）接收状态时收到收到连续杂乱信号，或者锤击后无信号产生，这时需选择适当的接收通道采集信号。可以通过两个力、两个加速度共四个通道获取信号，加速度通道较通道灵敏，微弱的振动就能激发加速度通道，为提高试验效率，用加速度通道采集信号较
图2两侧力相差极大的波形图
好，但加速度通道也极易接收零乱信号，一旦在接收状态时收到连续无用信号，要立即更换其它通道，否则可能采集不到有用信号。
（4）多条基桩桩底的误判，需选择适当的波速。对混凝土桩其弹性波速在3000～4000m/s之间。波速的选择影响桩底的判断和峰值的重合。图4为市区某办公楼工程同一根桩在不同
波速下的波形图，当弹性波速设为4000m/s时，报告桩底附近有缺陷，连续锤击下没有继续发展，两峰值没有很好重合；当弹性波速取为4200m/s时，无缺陷显示，峰值基本重合。检测中发现该工程多根基桩存在类似情况，因此此类基桩的波速取为4200m/s是比较恰当的。
图3存在存在交流干扰的波形图
（5）剔除异常加速度信号，防止误判。对每次锤击，都要认真检查两个加速度信号，如果发现有一个加速度的一致性比另一个好，那么与其让坏的信号掺杂进来，倒不如只选择好的加速度信号。平时的许多误判都是因为掺杂了坏的加速度信号，好的加速度信号应该平滑无毛刺和振荡。
图4—1波速取4000m/s波形图
图4—2波速取4200m/s波形图
5、结语
信号采集是高应变成功与否的关键，是一项实践性很强的工作，良好信号的取得必须依靠丰富的现场经验。一个基桩工程的高应变检测，从现场准备、锤架安装、传感器安装等前期工作到信号判断、锤击高度选择、异常处理等技术工作，都必须十分熟悉，忽略一个细节就可能得到失败的无用信号。这就要求测试人员要勤练内功，不断提高测试水平，对每个检测项目进行对比总结，从中寻找成功的经验和失败的教训。只有不断积累和丰富经验，才能顺利完成信号采集工作，从而将高应变测试技术推向新的高度。
关键词:高应变信号采集异常处理
中图分类号：TN911.6 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
基桩具有承载力高、稳定性好等功能，日益广泛应用于高层建筑、厂房、桥梁等诸多领域，成为工程建设中很重要的一种基础类型。淮安处于黄淮冲击平原，以粉土为多，少部分地区偶夹淤泥层，二十米以上的建筑基桩的应用比较普遍。基桩工程质量是工程安全保证的基础和关键，如何有效检测基桩质量一直是基桩工程的重要课题。相比传统的静载试验，高应变不仅能够有效地确定桩身完整性，而且能快速复核桩的承载力，省时、省工、节约费用，深受建设各方欢迎，成为基桩检测的重要手段。
检测现场的信号采集是高应变检测中最重要的一环，合格的信号是全部分析和结论的主要依据，是取得准确的分析结果的必要条件，对劣质信号的分析只能是垃圾进垃圾出。但获得合格信号并不是轻而易举的事情，不仅受到环境条件等客观因素的制约，而且受到信号判断等主观因素的影响，这要求测试人员能够迅速鉴别信号的好坏，对异常的信号能够作出准确的判断，并采取适当的处理方法，以取得合格的信号保证试验成功。
2、试验准备
包括试验设备和检测现场的准备。仪器的性能直接决定信号的采集效果，锤重的选择决定了基桩能否被充分激发，现场的准备影响试验的顺利进行，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003）（以下简称《规范》）中对此都有比较明确的要求，在此不一一赘述。值得注意的有以下几点：
（1）、传感器的安装位置与锤击点之间应有足够大的距离（《规范》规定不得小于2倍桩径或边长）。依据圣维南原理：“如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力，那么近处的应力分布将显著改变而远处所受的影响可以不计。”当传感器安装在离桩顶一定距离，可以避开桩顶附近复杂的应力状态，使所测信号符合一维弹性波的理论前提。同时也可以避免一旦桩头被打裂而对传感器造成的损坏。
（2）、在桩数较多、多种桩径混杂、单桩极限承载力要求有差别的工地，宜按最大承载力选择锤重。如果选择几种锤重,每种桩径对应不同的锤重,必将严重影响试验进度,如果
要保证试验效率,用小锤打大直径桩,不一定能保证基桩被充分激发.所以此种情况下，宜按大直径桩取用重锤，保证所有试验桩都能被充分激发，对小直径桩可以用降低锤击高度的方法获得适当的贯入度。
（3）检测前基桩应满足一定的休止时间，使桩身混凝土达到足够的强度，桩周土超孔隙水压力消散。休止时间因地而异，与施工工艺、桩基类型、土的类别等因素有关。一般随休止时间的增长，成桩过程中受挠动的土体会重新固结，强度逐渐恢复提高，桩基的承载力也相应提高。
3、信号的基本要求
合格的信号必须包含试验目的所要求的全部客观信息，应具有以下基本特征：
（1）连续锤击下，信号应具有稳定性、重复性。试验中可能碰到的是桩周饱和粘性土在锤击振动下强度剧烈降低，桩的承载力在多次锤击下不断下降，波形图变化很大。对于此类发生触变效应的基桩，《规范》规定不得以高应变信号提供承载力。
（2）力曲线和速度曲线在开始阶段有正比例关系，但峰值不一定重合。这是由波动理论决定的，在没有上行波产生之前，力与加速度应该成正比。如果地表有较大土阻力，或传感器安装截面下不远有变阻抗，都会使力和速度峰值不重合。
（3）力曲线和速度曲线在结束阶段应归零。力信号不归零，或者由于安装压力不足，传力过程中产生相对错动，这时需重新拧紧膨胀螺栓；或者由于安装位置的混凝土产生塑性变形或开裂，这时必须选择适当的位置重新安装传感器。速度信号不归零，一般可看作低频加速度信号混入的结果。
（4）贯入度必须足够大以充分激发基桩承载力。《规范》建议单击贯入度在2～6㎜之间。贯入度小，使检测得到的承载力低于极限值；贯入度过大造成的桩周土挠动大，承载力分析所用力学模型与实际情况相差较大，与静载试验对比，统计结果离散性很大。目前还没有一种行之有效直接测量高应变试验中基桩的单击贯入度的方法。而普通加速度传感器无零频响应，同时经两次积分计算的DFN（贯入度）值与实际有较大出入，但实践表明，DMX（最大动位移）仍是可供佐证的主要指标，计算出的DFN值是最重要的参考指标。对于预应力管桩，综合淮安本地区的经验，DMX值在20～30㎜之间、DFN值在6㎜左右可以认为基桩已被打动，对长径比较大的管桩DFN值可以取小（3～5㎜），而長径比较小的管桩DFN值达到10～12㎜都是适宜的。如表一所示钵池山公园山体工程和市地税局办税楼工程两条预应力管桩的动静对比情况，桩周土主要为粉质粘土和粉砂土，动测与静载结果相差不大，是令人满意的。用于波形拟合法分析的实测信号如图1所示，两条桩的DMX都在20㎜～30㎜之间，DFN达到了6㎜和8㎜。
表一：两根预应力管桩的动静对比情况
图1—1钵池山公园波形图
图1—2市地税局办税楼波形图
4、检测现场异常处理
检测中经常遇到的异常有:
(1)两侧力信号幅值相差过大,这是由于偏心锤击引起的。通常偏心锤击难以避免，《规范》规定两侧力信号幅值相差不得超过1倍。在锤架底存在淤泥，桩顶无法兰盘的情况下极易造成偏心，此时应先垫实架底，整平桩头，再放上桩垫板，在锤击过程中调整桩垫板高度。在传感器、电缆间接头松驰时，可能出现一侧力特别小，如图2所示，虚线表示的一侧力信号十分微弱。
（2）由于交流干扰，加速度信号提前振荡。如图3所示，在力信号起跳之前便有了加速度信号，导致加速度信号大幅度振荡，相关参量（如DMX）明显偏大，从而失去参考意义。交流干扰的危害极大，不仅会产生一些违背物理规律的信号，而且使计算结果不可信。为防止交流干扰，必须做好接地，接地点一定要置于潮湿处，确保其与大地连接时不存在接地电阻。
（3）接收状态时收到收到连续杂乱信号，或者锤击后无信号产生，这时需选择适当的接收通道采集信号。可以通过两个力、两个加速度共四个通道获取信号，加速度通道较通道灵敏，微弱的振动就能激发加速度通道，为提高试验效率，用加速度通道采集信号较
图2两侧力相差极大的波形图
好，但加速度通道也极易接收零乱信号，一旦在接收状态时收到连续无用信号，要立即更换其它通道，否则可能采集不到有用信号。
（4）多条基桩桩底的误判，需选择适当的波速。对混凝土桩其弹性波速在3000～4000m/s之间。波速的选择影响桩底的判断和峰值的重合。图4为市区某办公楼工程同一根桩在不同
波速下的波形图，当弹性波速设为4000m/s时，报告桩底附近有缺陷，连续锤击下没有继续发展，两峰值没有很好重合；当弹性波速取为4200m/s时，无缺陷显示，峰值基本重合。检测中发现该工程多根基桩存在类似情况，因此此类基桩的波速取为4200m/s是比较恰当的。
图3存在存在交流干扰的波形图
（5）剔除异常加速度信号，防止误判。对每次锤击，都要认真检查两个加速度信号，如果发现有一个加速度的一致性比另一个好，那么与其让坏的信号掺杂进来，倒不如只选择好的加速度信号。平时的许多误判都是因为掺杂了坏的加速度信号，好的加速度信号应该平滑无毛刺和振荡。
图4—1波速取4000m/s波形图
图4—2波速取4200m/s波形图
5、结语
信号采集是高应变成功与否的关键，是一项实践性很强的工作，良好信号的取得必须依靠丰富的现场经验。一个基桩工程的高应变检测，从现场准备、锤架安装、传感器安装等前期工作到信号判断、锤击高度选择、异常处理等技术工作，都必须十分熟悉，忽略一个细节就可能得到失败的无用信号。这就要求测试人员要勤练内功，不断提高测试水平，对每个检测项目进行对比总结，从中寻找成功的经验和失败的教训。只有不断积累和丰富经验，才能顺利完成信号采集工作，从而将高应变测试技术推向新的高度。