【正文】 或永久性的碼頭工程，H型和I型鋼樁也常用作支承樁。一般可分為擠土樁、部分擠土樁和非擠土樁三類：（1）擠土樁，也稱排土樁。從20世紀初鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件問世以來，鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼筋混凝土灌注樁就得到了廣泛的應(yīng)用。樁土系統(tǒng)在動態(tài)力的作用下產(chǎn)生動態(tài)響應(yīng)，采用不同功能的傳感器在樁頂量測動態(tài)響應(yīng)信號(如位移、速度、加速度信號)，通過對信號的時域分析、頻域分析或傳遞函數(shù)分析，判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性，推斷單樁承載力。樁基工程是隱蔽工程，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水變化較大的現(xiàn)場鋼筋混凝土灌注樁，出現(xiàn)的問題最多，造成的后果也最為嚴重。樁周土體僅受輕微擾動，土的原狀結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)變化不明顯，主要有打入式小界面I型和H型鋼樁、鋼板樁、開口式鋼管樁（管內(nèi)土挖除）、螺旋樁等。較早采用的水下樁基就是組合樁，泥面以下用木樁，水中部分用混凝土樁，組合樁目前已很少使用。主要抵抗作用在樁上的抗拔荷載，拉拔荷載依靠樁側(cè)土摩阻力承受。利用無噪音的機械將預(yù)制樁壓至設(shè)計標(biāo)高。（7）鋼筋籠埋置高度控制不準，找不到鋼筋籠。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，混凝土將開裂。此后幾年間，幾乎在國內(nèi)所有用樁量大的地區(qū)，均開展了高應(yīng)變法的適用性、可靠性研究，動測設(shè)備的軟硬件研制也取得了長足進展。 應(yīng)力波:在可變形固體介質(zhì)中，當(dāng)某個地方突然受到機械擾動，這種擾動產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的變化就會以波的形式傳播出去?？v波在無限長直桿內(nèi)傳播時，將沿某一方向前進到無限遠處。過去，在動測法檢測并采用開挖驗證時，說明動測結(jié)論與開挖驗證結(jié)果是否符合通常是按第一種條件。取桿軸為x軸。Wd和Wu形狀不變、且各自獨立地以波速c分別沿x軸正向和負向傳播的特性是解釋應(yīng)力波傳播規(guī)律的最直觀方法，見圖34。（2）β=1，即Z2Z1=1，反射系數(shù)ξR=0，透射系數(shù)ξT=1，F(xiàn)T=FI ，入射力波波形除隨時間改變位置外，其他不變，相當(dāng)于應(yīng)力波不受任何阻礙地沿桿正向傳播。 低應(yīng)變反射波法檢測樁基完整性的測試系統(tǒng)包括：激振設(shè)備、傳感器、放大器、信號采集分析儀。一般來說，材質(zhì)越軟、碰撞速度越低（提升高度越低）、錘越重、接觸面積越大，信號的脈沖寬度就越大、低頻就越豐富、主瓣寬度δ越窄。某些晶體材料（如天然石英晶體和人工極化陶瓷）在承受一定方向的外力而變形時，其晶面或極化面上會產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。由此可見，壓電加速度傳感器的電荷輸出幅值Q正比于被測振動的加速度幅值A(chǔ)。為了壓低使用頻率下限，一般在速度傳感器中引入阻尼比ξ，這樣曲線在λ=1之后，將很快進入平坦區(qū)，因而可以改善幅頻特性。用于反射波法測樁的速度傳感器的技術(shù)指標(biāo) 表3型號電壓靈敏度(mV/(cm/s))固有頻率（Hz）頻率范圍（Hz）阻尼比ξ生產(chǎn)廠家MLV－92002001010～1000——清華大學(xué)EG－10A3201010～1200～威海雙峰CD30088～1000——揚州科發(fā)表４為加速度傳感器和速度傳感器的比較。折合輸入端的噪聲水平應(yīng)低于3μV頻帶寬度應(yīng)不窄于10～1000Hz，濾波頻率可調(diào)整。亦即為使信號頻譜結(jié)構(gòu)從理論上能準確地恢復(fù)成原信號，采樣頻率所要滿足的條件。所以應(yīng)盡量選用自振頻率較高的加速度傳感器。所以，錘頭及錘體質(zhì)量選擇并不需要拘泥某一種固定形式，可選用工程塑料、尼龍、鋁、銅、鐵、硬橡膠等材料制成的錘頭，或用橡皮墊作為緩沖墊層，錘的質(zhì)量也可幾百克至幾十千克不等，主要目的是以下兩點：圖51 不同激勵脈沖寬度（a）脈沖過寬；（b）脈沖寬度合適① 控制激勵脈沖的寬窄以獲得清晰的樁身阻抗變化的反射或樁低反射（見圖51），同時又不產(chǎn)生明顯波形失真或高頻干擾；② 獲得較大的信號動態(tài)范圍而不超載。激振以及傳感器安裝均應(yīng)沿樁的軸線方向。，當(dāng)法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合緊密時，可不進行處理，否則，應(yīng)采用電鋸將樁頭鋸平。選擇激振設(shè)備沒有過多的限制，如力錘、力棒等。下限頻率是在低于整樁一階諧振頻率的基礎(chǔ)上選取的，一般取10～30Hz，時域取20Hz，頻域因不涉及波形形態(tài)，可適當(dāng)放寬，選30Hz。第五章　測試方法及數(shù)據(jù)處理 測試方法（1）采樣頻率、FFT計算點數(shù)、頻率分辨率動測法測樁時，實測的是模擬信號，例如F（t）、ν（t）、a（t）。這兩種放大器有以下特點：①具有極高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，以便與加速度傳感器及記錄、測量儀器相匹配；②能將加速度傳感器的微小電信號加以放大并變成容易測量的電壓信號；③在與不同靈敏度的加速度傳感器相配合時，均能輸出電壓達到歸一。用于反射波法測樁，要求靈敏度大于300mV/(cm/s)。磁路里留有圓形環(huán)形空氣間隙，線圈處于氣隙內(nèi)，并在振動時相對氣隙運動，切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于相對位移的幅值X就是壓電元件在質(zhì)量塊得慣性力F作用下所產(chǎn)生的變形。振動測試中常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、力傳感器。常規(guī)振源為一瞬態(tài)脈沖信號，力幅度A、脈沖寬度τ（時域）主瓣寬度δ（頻域）是衡量它的三項主要指標(biāo)。(4)電荷信號被樁基動測儀內(nèi)的儲存器保存下來。假設(shè)圖36所示的桿由兩種不同阻抗材料（或截面面積）組成，當(dāng)應(yīng)力從波阻抗Z1的介質(zhì)入射至阻抗Z2的介質(zhì)時，在兩種不同阻抗的界面上將產(chǎn)生反射波和透射波，用腳標(biāo)I、R和T分別代表入射、反射和透射。（2） 桿的一端自由、一端固定：此時的邊界條件為：?u?xx=0=0和ux=L=0導(dǎo)出頻率方程為： cosωcL=0或ωcL=π2,3π2,?,2n1π2n=1,2,3? (318)相應(yīng)的固有振動頻率和一端自由、一端固定條件下的位移特解分別為：ωn=(2n1)π2cL或fn=2n12c2Ln=1,2,3,? (319)un=u0cos(2n1)π2Lx?sin2n1π2Ltn=1,2,3,? (320)上式表明：一端自由、一端固定桿的縱向振動也是n個節(jié)點的余弦波形式，其前三階振型曲線見圖33。反射波法是以應(yīng)力波在固體介質(zhì)中的傳播為理論基礎(chǔ)一種方法。Ⅳ類——樁身存在嚴重缺陷，一般應(yīng)進行補強處理。 ρ表示樁的材料密度，單位是g/m3 。由于任何彈性介質(zhì)都有體積彈性，縱波能在任何介質(zhì)中傳播。我國的樁動力檢測理論研究與實踐始于20世紀70年代，其中包括兩部分內(nèi)容：其一是研究開發(fā)具有我國特色的方法，如湖南大學(xué)的動力參數(shù)法、四川省建筑科學(xué)研究院和中國建筑科學(xué)研究院共同研究的錘擊貫入試樁法、西安公路研究所的水電效應(yīng)法、成都市城市建設(shè)研究所的機械阻抗法、冶金部建筑研究總院的共振法等；其二是對國外剛開始流行的高應(yīng)變動測技術(shù)進行嘗試，如南京工學(xué)院等單位在渤海12號平臺進行的鋼管樁動力測試、甘肅省建筑科學(xué)研究所與上海鐵道學(xué)院合作研制我國第一臺打樁分析儀。（5）孔底水不易抽干或未抽干情況下澆灌混凝土，樁尖混凝土將被稀釋，降低樁端承載力。（4）地層存在有承壓水的砂層，砂層上又覆蓋有透水性差的粘土層時，孔中澆灌混凝土后，由于動水壓力作用，沿樁身至樁頂出現(xiàn)冒水現(xiàn)象，凡冒水樁一般都會演變成斷樁。人工取土成孔，類似如古代的打井方式，一般采用磚護壁或不護壁，多用于短粗樁，但也有用于20多米的情形，在黃土地區(qū)用洛陽鏟取土成孔的樁型也可歸入此類。如若進一步劃分，這類樁又可分為端承摩擦樁（摩阻成分居多）和摩擦端承樁（端阻成分居多）。早期為鑄鐵板樁現(xiàn)在則主要為型鋼和鋼管樁。不同成樁方法對周圍土層的擾動程度不同，這種不同將直接影響基樁承載能力發(fā)揮和計算參數(shù)的選用。我國漢朝時期己經(jīng)將木樁應(yīng)用于橋梁建筑中，到宋代樁基礎(chǔ)技術(shù)已比較成熟。 隨著我國國民經(jīng)濟與工程建設(shè)的快速發(fā)展，基樁檢測作為隱蔽工程驗收的重要環(huán)節(jié)，對保證整個工程建設(shè)的安全穩(wěn)定起著十分重要的作用?，F(xiàn)場鋼筋混凝土灌注樁經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷主要有:擴頸、縮頸、離析、斷樁，此外還有混凝土強度不足、斷裂、孔底沉渣，也有可能存在因施工人員素質(zhì)低下，偷工減料而產(chǎn)生夾泥夾石等現(xiàn)象。（3）非擠土樁，也稱非擠土樁。樁主要承受軸向垂直荷載、橫向水平荷載或兩種兼而有之。新的成樁方法和工藝，隨科學(xué)技術(shù)和施工機械的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)，有的尚未正式命名，這里僅介紹常用方法形成的基樁。（4）螺旋樁。、鉆孔灌注樁在地下水位較高的場地進行灌注樁施工，成孔方法有沖抓式，沖擊式、回轉(zhuǎn)鉆式和潛鉆式等，成孔過程采用就地造漿或制備泥漿護壁，以防止孔壁坍塌。（3）樁錘選用不合適，將難于打至預(yù)定設(shè)計標(biāo)高或不滿足貫入度要求。交通部第三航務(wù)工程局科研所研制出SDF1型打樁分析儀，成都市城市建設(shè)研究所的ZK系列基樁振動檢測儀，中國建筑科學(xué)研究院地基所推出了FEIPWAPC波形擬合分析軟件、FEIA樁基動測分析系統(tǒng)和DJ3型試樁分析儀，中國科學(xué)院武漢巖石力學(xué)研究所推出了RSM系列以及武漢巖海公司的RS系列基樁動測儀等。固體中的聲波、超聲波等都是常見的應(yīng)力波。若桿長有限，當(dāng)波和桿端相遇時，根據(jù)邊界條件，縱波將在端部邊界產(chǎn)生反射或透射。但嚴格的講，應(yīng)按施工驗收規(guī)范，即第二個條件才是合理的，但因為動測法不能對縮頸嚴格定量，于是才定義為“相對變化”。若桿變形時平截面假設(shè)成立，受軸向力F作用，將沿桿軸向產(chǎn)生位移u，質(zhì)點運動速度V=?u?t和應(yīng)變ε=?u?x ，這些動力學(xué)和運動學(xué)量只是x和時間t的函數(shù)。圖34 下（右）行波和上（左）行波的傳播作變換ξ= x+ct，分別求W（x+ct）對x和t的偏導(dǎo)數(shù)，即ε=?Wx?ct?x=?W（ξ）?ξ?ξ?x=W‘x?ct (322)V=?Wx?ct?x=?W（ξ）?ξ?ξ?t=?W‘x?ct (323)為了將一維桿波動理論方便地用于樁的動力檢測，考慮在實際樁的動力檢測時，施加于樁頂?shù)暮奢d為壓力，故按習(xí)慣定義位移u，質(zhì)點運動速度V和加速度a以向下為正（即x軸正向），樁身軸力F，應(yīng)力σ和應(yīng)變ε以受壓為正。（3）β1，即波從小阻抗介質(zhì)傳入大阻抗介質(zhì)。 應(yīng)力波反射波法測試系統(tǒng)工程樁檢測中最常用的瞬態(tài)激振設(shè)備是手錘和力棒，錘體質(zhì)量一般為幾百克至幾十千克不等；偶有用質(zhì)量約幾十甚至近百千克的穿心錘、鐵球作為激振源；過去在建筑工程基樁檢測中，還有利用水中大電流放電對樁頂施加壓力脈沖的做法。工程實踐中，依“小鋼錘→小鐵錘→輕質(zhì)脆性尼龍錘→輕質(zhì)木錘→大鐵錘→柔性塑料錘→橡皮錘”，信號脈沖寬度τ越來越大（→5ms）。利用這種原理制成的傳感器稱為壓電式傳感器，可以將待測的振動量或沖擊量變成可測量的電量。2主要技術(shù)指標(biāo)① 固有頻率及頻帶寬度靈敏度較高的加速度傳感器其固有頻率在15～20kHz，測量時的上限頻率一般取固有頻率的1/3，固有5～7kHz的測量頻率上限，能滿足反射波法測樁上限頻率不小于2kHz的要求。引入阻尼還可以起到避免過大的共振振幅造成傳感器內(nèi)部可動部件損壞，縮短響應(yīng)過度時間的作用。相對而言，速度傳感器的適用范圍較窄，具體如下：加速度傳感器及速度傳感器的比較　　表４項目加速度傳感器速度傳感器固有頻率fn高頻端，＞15kHz低頻端，～100Hz；機械阻抗法宜選擇較低的fn反射波法可選較高的fn頻帶寬度幾赫茲～1/3fnfn～1500Hz安裝諧振頻率＞10kHz＞靈敏度電壓靈敏度：＞100mV/g；點和靈敏度：＞100PC/g。在信號采集分析儀中采樣是通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的，稱為A/D轉(zhuǎn)換。采樣時間T，又稱采樣長度，是一次采樣N點所需要的時間： T=N?t (53)FFT計算點數(shù)N可設(shè)置為511022048等，可與采樣點數(shù)相等，也可以小于采樣點數(shù)，一般設(shè)置為1024點。對于樁頂瞬態(tài)響應(yīng)測量，習(xí)慣上是將加速度計的實測信號積分成速度曲線，并據(jù)此進行判讀。穩(wěn)態(tài)激振設(shè)備可包括掃頻信號發(fā)生器、功率放大器及電磁式激振器。，其目的是減少外露主筋振動對測試產(chǎn)生干擾信號。若外露主筋過長，影響正常測試時，應(yīng)將其割短。樁直徑小時脈沖可稍寬一些。式（55）即為完成正常測試所需要的頻率范圍，其中式（55a）為確保在時域分析中能完全記錄缺陷（或樁低）一階諧振峰，；式（55b）為確保在頻域中能完全記錄缺陷（或樁低）兩節(jié)諧振峰，以讀取頻差。采樣時間宜為５0～１000μs，且可調(diào)。完成這種功能有兩種前置放大器可供選擇，即電壓放大器和電荷放大器。在樁基動測中，由于錘擊產(chǎn)生的能量較強，一般不要求靈敏度太高。主要組成部分包括線圈、磁鐵和磁路。由此可得質(zhì)量塊的相對位移幅值X與被測物體的絕對加速度幅值之間的關(guān)系為：XA=1ωn21ωωn222ξωωn2 (44)由式（44）可以看出，當(dāng)ωn?ω，亦即加速度傳感器的固有頻率遠遠大于其工作頻率的上限時，相對位移的幅值X正比于被測正弦振動的加速度幅值A(chǔ)，兩者之間的相位差趨于近于零度。因此應(yīng)依據(jù)樁的特點，激發(fā)合適脈沖寬度的入射波，有時在同一根樁上，按照不同的測試目的，需要產(chǎn)生不同的脈沖寬度。大量現(xiàn)場試驗和理論分析表明，只有通過敲擊產(chǎn)生合適的振源，才有可能得到正確的波形曲線。(3)采集到的加速度、速度或力信號經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)化為電荷輸出信號。 應(yīng)力波在桿不同阻抗界面處的反射透射，阻抗變化與桿的截面尺寸、質(zhì)量密度、波速、彈性模量等因素或某一因素變化有關(guān)。相應(yīng)的固有振動頻率為：ωn=nπcL或fn=nc2Ln=1,2,3? (316)利用初始條件，u（x，t）t=0=0，得到方程（36）在兩端自由和零初始條件下的位移特解為：un=u0cosnπLx?sinnπLtn=1,2,3? (317)圖32 兩端自由桿的前三階振型曲線