碼頭樁基縱波檢測(cè)的仿真研究

摘要：樁基作為建筑物上層建筑的支撐，對(duì)建筑物的安全和堅(jiān)固性至關(guān)重要。由于許多不利因素的影響，底座基礎(chǔ)可能存在斷裂、收縮和直徑增大等質(zhì)量問題。因此，樁基的無(wú)損檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的工作。然而，樁基的無(wú)損檢測(cè)比單個(gè)樁基的無(wú)損檢測(cè)復(fù)雜得多。特別是屋頂與上部結(jié)構(gòu)緊密相連的樁基礎(chǔ)的無(wú)損檢測(cè)，由于其完整性受到上部結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重干擾，難以進(jìn)行評(píng)估。由于樁基無(wú)損檢測(cè)的特殊性和復(fù)雜性，樁基無(wú)損檢測(cè)已成為世界范圍內(nèi)的一個(gè)難題，尚未找到理想的解決方案。本文在考慮梁和板的影響下，建立了碼頭樁基在不同條件下的有限元模擬模型，并對(duì)縱波探測(cè)進(jìn)行了仿真研究。但是，對(duì)于固定牢固的建筑樁基礎(chǔ)的無(wú)損檢測(cè)，縱波的形式是復(fù)雜的，難以區(qū)分。

關(guān)鍵詞：碼頭樁基;無(wú)損檢測(cè);縱波

1???? 緒論

高層建筑是從下而上的，這句話強(qiáng)調(diào)了地基在建筑工程中的重要性。同樣，碼頭樁基是碼頭樁基的一種重要形式，是支撐碼頭上部結(jié)構(gòu)的力元件，對(duì)碼頭的堅(jiān)固性至關(guān)重要[1]?？梢哉f，沒有碼頭樁，海上就沒有碼頭樁，以港口碼頭為基礎(chǔ)的海上經(jīng)濟(jì)也不會(huì)蓬勃發(fā)展。

關(guān)于碼頭樁基礎(chǔ)檢測(cè)的研究，徐攸初步探討了采用小尺寸變種法確定碼頭樁基完整性時(shí)應(yīng)考慮的問題。柴靜調(diào)查了影響幾何尺寸和承臺(tái)樁基材料的特性，頻率、勵(lì)磁、接收和反射波點(diǎn)的位置以及鄰近樁基上點(diǎn)的測(cè)量信號(hào)，并強(qiáng)調(diào)樁基的反射波難以辨認(rèn)。姜衛(wèi)方通過工程實(shí)踐提出了一種檢測(cè)樁內(nèi)連接塊的方法。鑒于國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以說控制單個(gè)樁基的檢測(cè)技術(shù)是成熟的，但完整的控制上部分的樁地基的研究還很少，這是一個(gè)急需研究與討論的領(lǐng)域[2～4]。

2???? 碼頭獨(dú)立樁縱波檢測(cè)的仿真研究

在碼頭的樁基中，有一種特殊類型的樁基，即獨(dú)立于碼頭的樁基。這些樁通常是預(yù)制樁或錨樁，在浸入碼頭施工后不久沒有上部。單個(gè)碼頭樁基一般位于碼頭外，容易受到停泊船舶的沖擊和風(fēng)暴、海浪等的破壞，導(dǎo)致碼頭樁體出現(xiàn)明顯缺陷甚至斷裂[5]。為此，還對(duì)獨(dú)立碼頭樁的無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行了數(shù)值模擬。

本文研究了19米長(zhǎng)、橫截面為0.4m×0.4m的獨(dú)立方形樁上的縱波檢測(cè)仿真。利用余弦上升脈沖模擬樁基頂部的縱向瞬態(tài)激勵(lì)力。同時(shí)，在樁基的頂部選擇一個(gè)直徑約為樁的0.6倍的節(jié)點(diǎn)，在上表面的中心接收樁基內(nèi)應(yīng)力波的反射信號(hào)。通過這種方式，可以模擬傳感器在樁基頂部的安裝和應(yīng)力波反射信號(hào)的接收。

完整樁檢測(cè)模擬

上述方法用于檢測(cè)低應(yīng)變的方法。對(duì)于一個(gè)完整的樁基，考慮樁周線的完好，得到樁頂節(jié)點(diǎn)4769的縱向速度隨時(shí)間的變化曲線，如圖2.1所示。圖2.1縱軸為縱向（即軸向）速度的幅值，單位為0.001m/S;橫軸為時(shí)間軸，單位為秒。除另有說明外，下列各速度的時(shí)間曲線的縱軸和橫軸均為上述含義所示。從圖中可以清楚地看到樁基底部反射的同方向波峰。

根據(jù)圖2.1和圖2.2中的數(shù)值模擬結(jié)果中提取并讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)代入到樁基自身的缺陷位置公式：Z=Δt？C/2。之后進(jìn)行計(jì)算，得出的數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果較為接近。

在圖2.3中可以看到樁基底部的反射，但在與激勵(lì)脈沖峰值相同的方向上還有其他峰值反射現(xiàn)象。這種情況通常不會(huì)發(fā)生在單樁縱波檢測(cè)的情況下。特別是在第一個(gè)峰值反射之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與放大直徑反射非常相似的峰值反射。根據(jù)檢測(cè)單個(gè)樁基的經(jīng)驗(yàn)，很可能錯(cuò)誤地認(rèn)為樁基的縮頸缺陷。事實(shí)上，這種反射現(xiàn)象正是由于上層建筑對(duì)樁基反射信號(hào)的干擾[6～8]。此外，在檢查有缺陷的樁基時(shí)，還可以觀察到上層建筑的干擾波形式。

斷樁是直接影響碼頭上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的重大事故。至于預(yù)制樁，它們一般不會(huì)在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)斷裂故障，但它們?cè)谠獾狡浦卮鬀_擊的情況下，如地震、風(fēng)暴等，也很容易形成斷樁。因施工問題或外部荷載引起的嚴(yán)重干擾等一系列破壞。因此，有必要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保樁的任何故障都不會(huì)被忽視，并采取事后糾正措施，消除斷樁等一系列的任何不良后果[9]。

從圖2.4中可以看出，檢測(cè)波出現(xiàn)在了與激振力的第一個(gè)峰值反射在同一相位的多個(gè)位置的反射波。與全樁檢測(cè)波形的比較表明，近0.0125S時(shí)，全樁在樁底出現(xiàn)反射波峰，而斷樁在樁底沒有可見的反射信號(hào)。，此外，0.01秒左右后斷裂的反射信號(hào)與單樁低變斷裂的反射信號(hào)的情況不一樣，這種現(xiàn)象是上層建筑的干擾所導(dǎo)致的。

3???? 樁頂非固連碼頭樁基縱波檢測(cè)的仿真研究

不固定在樁頂?shù)臉痘菢痘c上部結(jié)構(gòu)接觸但不連接的樁基。這種形式的結(jié)構(gòu)最常見的是在河岸土質(zhì)很好的樁基結(jié)構(gòu)中。通過查閱文獻(xiàn)以及試驗(yàn)表明，當(dāng)激勵(lì)位置選擇在樁基偏心位置時(shí)，安裝在橫梁上的速度傳感器只接收到少量的應(yīng)力波反射信號(hào)[10]。這表明，在碼頭與上層建筑分隔的基樁、其低應(yīng)變反射信號(hào)的無(wú)損檢測(cè)受到上層結(jié)構(gòu)的干擾遠(yuǎn)不樁基頂部連接的樁基，并且在某些情況下甚至可以不去考慮。

4結(jié)論

于無(wú)損檢測(cè)在碼頭樁地基的縱波，縱波獨(dú)立樁碼頭的特點(diǎn)特征非常相似，故對(duì)縱波的的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并予以采納，此外，無(wú)損檢測(cè)依法監(jiān)督實(shí)體的無(wú)損檢測(cè)電池的橫波碼頭的獨(dú)立是一樣來(lái)控制單個(gè)電池的橫波，控制和波的形式反映完整的電池，但也可能受到擾亂土壤基金會(huì)和電池更快消退。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆富有，劉忠玉，祝彥知等，基礎(chǔ)工程，北京，中國(guó)電力出版社，2009：147-241

[2]邱駒，港工建筑物.天津：天津大學(xué)出版社，2005：146-162.

作者簡(jiǎn)介：

潘維西，女（1986.10.19）廣西柳州市，本科，廣地建設(shè)有限公司土木工程。