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标题	频域分析法在低应变检测中的重要应用
范文	【摘要】在低应变法检测工作中，人们通常习惯用时域分析法，忽视了频域分析法的重要作用。本文阐述了频域分析法的理论基础，并通过实例分析指出，将时域分析与频域分析相结合，综合判断，才会有效避免误判。 【关键词】低应变法；频域分析；时域分析；完整性 【Abstract】In the low strain was detected， people are usually accustomed to using time domain analysis， ignored the important role of frequency domain analysis. This paper describes the theoretical basis of frequency domain analysis， and an example analysis pointed out that the time-domain analysis and frequency domain analysis， a comprehensive judgment， to be effective to avoid false positives. 【Key words】Frequency domain analysis of low-strain method；Time-domain analysis；Integrity 1. 概述 低应变法在桩身完整性检测中以其直观、简便、准确的特点而被广泛采用。在低应变法检测中又以时域分析法最为常用。在时域中，桩身缺陷、桩底一目了然，且计算简便准确。因此，频域分析法常常被忽视。除了少数研究资料和仪器说明中常出现频域分析法介绍外，很少在工程桩的实际检测报告及分析资料中找到频域分析的影子。使做为时域分析法的一个重要补充的频域分析法未能发挥其应有的作用。据笔者分析认为频域分析在实际检测工作中少于应用原因可能有以下几种： 1.1由于工程桩本身内部不是理想的均匀，以及桩周土与桩身之间复杂作用的影响，使利用频差计算的桩身波速和缺陷位置与实际情况有一定误差。 1.2锤击主频与传感器安装谐频的相互影响，以及外部振动及电磁干扰等。 1.3检测信号在频域和时域中的分辨率成反比，要同时满足时域和频域的要求，必须多时基采样，不方便。 1.4时域分析法大多数情况下都能满足分析要求。 虽然如此，频域分析法也应被重视。 2. 频域分析法的理论基础 低应变法检测桩身完整性中，理论上当D <λ桩端受小能量激振，便产生弹性波，波在桩身内部的传播可用一维波动方程来描述。 在实际检测中，桩处于上述杆模型的中间状态。我们从检测仪器中得到的是时域信号，即对桩顶检测点的振动速度在时间上的变化记录，信号处理时，将时域信号进行富里叶变换，即可得到检测信号在频域中的描述，这就是频谱。在频谱中我们可以很直观地看出桩底、缺陷反射形成的频差以及激振频率、传感器安装谐频、各种外部干扰的频率成份和范围。排除振源、传感器安装及外部杂波的频率干扰，便可对桩身系统的幅频特性进行分析。 完整的摩擦桩和端承桩，在频域中基频明显，相邻谱峰频差大约相等。含有缺陷的桩，在频谱中可以看出桩底及缺陷所形成的不同频差 Δf。 3. 在桩检测中的应用 在基桩低应变检测中，时域分析法和频域分析法为两种基本的分析方法，但在实际检测工作中，因频域分析法没有时域分析法直观、计算方便，且易受干扰而少有采用。笔者在实际工作中感觉到其对时域分析法有非常重要的补充作用，时域、频域两种方法相合，会对检测中经常遇到的一些疑难问题有很好的解决效果。 3.1时域分析法中的疑难问题。 （1）浅部缺陷的检测。对于浅部缺陷，常常因为锤击主频的偏低，而被入射波的第一峰所掩盖。如果检测人员不仔细或经验不足，将导致浅部缺陷的漏判。 （2）振源的激振频率与传感器安装谐频不匹配时，产生振荡波形，而使许多不明显缺陷变得模糊不清。 （3）当桩底反向被缺陷的多次反射掩盖时，时域中很难发现桩底反射，这对桩身完整性的判断带来很大困难。 尤其是判定桩下部的桩身完整性的几乎是不可能的。有没有桩底反射是判断缺陷是否严重的一重要条件。较长桩桩身中部的缺陷，由于没有桩底反射，其严重程度也难以确定。 图3新乡某桥桩检测信号 3.2频域分析法对解决时域分析法疑难问题的重要作用。 （1）对于浅部缺陷检测的重要作用。 将检测到的时域信号做富里叶变换，分析频谱曲线（幅度谱），即可看出锤击频率的高低，锤击主频偏高，有利于检测浅部缺陷，锤击主频偏低，有利于发现深部缺陷。图3是新乡某桥桩检测实例。 第一次用尼龙锤敲击，得到图A，振源主频769.4Hz，根据图中时域检测信号可以看出，该桩为完整桩。再看频域信号，振源频率集中，馒头状的幅频曲线已将桩身系统固有频率掩盖，而且主频偏低。于是换用铁头力棒敲击，得到图b，从频域可以看出，换锤后，振源激发的高频成份增加，而且时域和频域中浅部缺陷均很明显。时域中计算桩身波速c=3386m/s，缺陷位置为0.85m。频域中计算桩身波速为c=3833m/s，缺陷位置为1.2m。开挖到桩顶以下1m，发现0.8～1.0m混凝土局部不密实，有蜂窝状空洞。 （2）对于振荡波形中桩底及缺陷判读的重要作用。 观察检测信号的频谱（振幅谱），找出传感器共振频率，然后对时域信号进行低通滤波处理，将会使时域信号中的缺陷露出庐山真面目。这是对时域信号后处理的重要指导作用。 图4为安阳某工程人工挖孔灌注桩2#桩的检测信号，进行频谱进行分析，可以看出，频带很窄，锤击频率、传感器安装谐频、桩身检测频率相近，产生共振，桩身波反射系统的有效频率成份被掩盖，使缺陷及桩底均无法判读。在频谱中可以清楚地看到主频为2.133 kHz。传感器的安装谐频一般较高，以1kHz为截止频率，对时域信号进行低通滤波处理，减弱传感器安装谐频干扰。在处理后的时域波形中，浅部的扩径和桩底反射得到很好的显示。图5中，上部为2#桩的原始波形，下部为滤波处理后的波形。 图6为安阳某工地人工挖孔桩的测试信号，在时域信号中缺陷非常清楚，且有多次反射，如果按规范判定，则为Ⅵ类桩。仔细分析时，缺陷的二次反射有可能掩盖桩底反射，如有桩底反射，则可判定为Ⅱ或Ⅲ类桩。对该测试信号的频谱进行分析时，能量较强的频差有两种，Δf1=113.9Hz ，Δf2=179.0Hz ，有桩底反射。应判为Ⅱ或Ⅲ类桩。从轻判，对该桩的完整性不放心，后进行开挖验证，缺陷为轻微离析，最终判定结果为Ⅱ类桩，可正常使用。如不对频谱进行认真分析，则可能误判。 4. 几点体会 在基桩低应变反射波法检测中，频域分析有着重要的作用，将时域分析与频域分析相结合，综合判定，会使我们更能准确地判断桩身完整性。 无论是时域分析还是频域分析，都必须采集到真实、漂亮的测试信号，采集频带尽可能的宽。在测试现场，如果仪器有此功能，应及时对采集到的信号做简单的频域分析，以选择合适的锤击及传感器安装方法。 5. 结束语 由于笔者经验不足，文中难免浮浅，如有不当之处，望广大读者指正。笔者写此文的主要目的是衷心地希望频域分析法能普遍地应用于低应变检测中，而不应被忽视；同时抛砖引玉，希望能引出更多的关于频域分析的研究文章，因为频域分析还有很多问题有待研究。 参考文献 [1]中华人民共和国建设部，建筑基桩检测技术规范.JGJ106-2003.，北京：中国建筑工业出版社，2003. [2]河南省建设工程质量监督总站，地基基础工程检测，河南：黄河水利出院版社，2006.8. [3]陈凡 徐天平 陈久照 关立军，基桩质量检测技术，北京：中国建筑工业出版社，2003.11. [文章编号]1619-2737（2015）01-15-537 [作者简介] 秦希俊（1963-），男，籍贯：河南长垣人，职称：工程师，1982年毕业于郑州地质学校，从事地质勘查找矿、桩基检测等工作。
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