高樁碼頭樁基檢測(cè)信號(hào)分析中的反褶積應(yīng)用

王元戰(zhàn)，楚東堂，陳楠楠，邵 帥

(1.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2. 廈門港口開發(fā)建設(shè)有限公司，廈門 361012)

樁基的無損檢測(cè)是當(dāng)今工程界的一個(gè)難題，有上部結(jié)構(gòu)的梁板式高樁碼頭由于自身結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境的特殊性，具有更高的檢測(cè)難度。

相比于單樁結(jié)構(gòu)，梁板式高樁碼頭存在復(fù)雜的上部結(jié)構(gòu)，整體呈現(xiàn)出明顯的三維效應(yīng)[1]，當(dāng)采用常用的低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，激振產(chǎn)生的應(yīng)力波會(huì)產(chǎn)生大量的次生反射和干擾信號(hào)，加大了信號(hào)分析的難度。為此，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究人員在應(yīng)力波傳播機(jī)理和高樁碼頭檢測(cè)方式上進(jìn)行了一系列研究。彭志豪[2]通過數(shù)值模擬研究了高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸對(duì)應(yīng)力波傳播的影響；季勇志[3]運(yùn)用三維導(dǎo)波理論對(duì)高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的三維效應(yīng)問題進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析；張強(qiáng)等[4]對(duì)比了各種檢測(cè)方式下的高樁碼頭樁基檢測(cè)信號(hào)的清晰程度，并用小波分析對(duì)最佳信號(hào)進(jìn)行了分析處理。但是，在目前的研究中，現(xiàn)有的樁基檢測(cè)信號(hào)處理方法效果往往不盡人意。為了得到比較清晰的檢測(cè)信號(hào)，多在檢測(cè)操作上退而求其次，采用在樁身激振，樁身接收信號(hào)的方法，而高樁碼頭現(xiàn)場(chǎng)惡劣的自然環(huán)境和有限的檢測(cè)空間會(huì)給這種檢測(cè)操作帶來相當(dāng)大的難度。因此，對(duì)于梁板式高樁碼頭來說，找到一種方便、準(zhǔn)確的檢測(cè)和信號(hào)處理方法成為工程界亟待解決的難題。

在對(duì)勘探和檢測(cè)領(lǐng)域的研究中我們發(fā)現(xiàn)，反射波法人工地震勘探和低應(yīng)變反射波法樁基檢測(cè)在檢測(cè)原理和檢測(cè)過程上具有較高的相似性[5]。由于人工地震勘探信號(hào)處理的相關(guān)理論研究較早，應(yīng)用較為成熟，倪艷春等[6]曾嘗試將反褶積的方法引入無上部結(jié)構(gòu)的單樁基礎(chǔ)樁基檢測(cè)中，并取得了一定的效果。相比于單樁結(jié)構(gòu)，梁板式高樁碼頭由于存在上部結(jié)構(gòu)，其信號(hào)傳播路徑和地震勘探更為一致，其信號(hào)處理也更具有現(xiàn)實(shí)意義，因此本文嘗試將反褶積方法引入低應(yīng)變反射波法高樁碼頭樁基檢測(cè)的信號(hào)處理當(dāng)中。

1 反褶積法進(jìn)行信號(hào)處理的原理

1.1 反褶積法在地震勘探中的求解思路

人工地震勘探是研究人工激發(fā)的彈性波在不同地層中傳播規(guī)律的一種物探方法[7]。

在反射波法地震勘探中，由地表震源爆炸產(chǎn)生的尖脈沖以一維彈性波的形式在地層中傳播，當(dāng)傳播到兩個(gè)巖層分界面時(shí)，會(huì)形成反射波返回地面，完成地震信號(hào)檢測(cè)過程。這樣得到的地震記錄可以表示為一個(gè)地層反射系數(shù)與地震波之間的褶積模型。假如沒有震源附近介質(zhì)對(duì)震源脈沖的改造作用，得到的地震記錄應(yīng)該是一系列尖脈沖。但是由于震源爆炸時(shí)巖石塑性圈等各種因素的干擾，使得震源發(fā)出的尖脈沖到達(dá)彈性形變區(qū)時(shí)變成了一個(gè)具有一定延續(xù)時(shí)間的地震子波b(t)，干擾對(duì)震源脈沖的這種改造作用就相當(dāng)于一個(gè)濾波器，地震記錄也就變成了地震子波和反射系數(shù)序列的褶積。

為了使地震記錄能夠清晰的反映地下分層情況，我們希望在所得到的地震記錄上，每個(gè)界面的反射波都能表現(xiàn)為一個(gè)尖脈沖，因此，反褶積的目的就是使模糊的地震記錄還原為真實(shí)的反射系數(shù)序列ξ(t)。

假設(shè)地震記錄x(t)為

(1)

對(duì)式(1)兩邊求Fourier變換，可得在頻率域上的地震記錄表示式：

X(ω)=B(ω)·ξ(ω)

(2)

式(2)中的三個(gè)變量，從左到右依次為地震頻譜、子波頻譜和反射系數(shù)的頻譜，如果讓：

A(ω)=1/B(ω)

(3)

顯然可以導(dǎo)出：

ξ(ω)=A(ω)·X(ω)

(4)

將式(4)做反Fourier變換至?xí)r間域可得：

ξ(t)=a(t)*x(t)=a(t)*b(t)*ξ(t)

(5)

在式(5)中，a(t)為A(ω)的時(shí)間函數(shù)，同時(shí)可以得出：

a(t)*b(t)=δ(t)

(6)

式中，δ(t)因?yàn)閎(t)為地震子波，而a(t)和b(t)之間又存在著頻譜互為倒數(shù)的關(guān)系，所以把a(bǔ)(t)稱為反子波，又稱為反褶積因子。

假如能夠由子波求出反子波a(t)，然后再將反子波a(t)與地震記錄x(t)做褶積，就可以求出反射系數(shù)序列ξ(t)，即：

(7)

這樣一個(gè)過程就叫做反褶積[8]。經(jīng)過這樣的處理，就可以達(dá)到提高地震記錄縱向分辨能力的目的，這個(gè)過程可以通過下圖形象的表示出來。

圖1 反褶積過程的示意圖

1.2 反褶積因子的求取原理

對(duì)于反褶積因子的求取，本文采用維納反褶積的方法，其基本思想是設(shè)計(jì)一個(gè)濾波算子，用它把已知的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為與給定的預(yù)期信號(hào)在最小平方誤差的意義下是最佳接近的輸出[9]。

先假設(shè)預(yù)期信號(hào)為窄脈沖d(t)，在子波已知的情況下，設(shè)待求的反褶積因子a(t)起始時(shí)刻為-m0，延續(xù)長(zhǎng)度為(m+1)。當(dāng)已知地震子波b(t)時(shí)，實(shí)際輸出與預(yù)期信號(hào)的誤差平方和可以表示為：

(8)

為使誤差平方和最小，可以通過求Q的極值的方法，得到滿足下式的濾波因子a(t):

(l=-m0,-m0+1,…,-m0+m)

(9)

因?yàn)榈卣鹱硬╞(t)的自相關(guān)函數(shù)為：

(10)

而地震子波和預(yù)期信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)為：

(11)

所以式(9)可以轉(zhuǎn)化為：

rbb(l-τ)·a(l)=rbd(l)

(12)

該方程的系數(shù)矩陣為一種特殊的矩陣形式，被稱之為托布利茲(Toeplitz)矩陣，其形式如式(13)所示：

(13)

由式(12)可知，只要已知地震子波b(t)，求出其自相關(guān)函數(shù)rbb(t)，帶入矩陣運(yùn)算即可求出反褶積因子a(t)，用a(t)和地震記錄x(t)褶積理論上即可得到壓縮成尖脈沖的反射系數(shù)序列，即理想的地震記錄，也就是地層反射系數(shù)序列ξ(t)。

a(t)*x(t)=a(t)*b(t)*ξ(t)≈ξ(t)

(14)

1.3 反褶積應(yīng)用于樁基檢測(cè)中的步驟

本文在利用反褶積進(jìn)行樁基檢測(cè)信號(hào)分析時(shí)，首先對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，變成零相位波形之后再進(jìn)行反褶積，同時(shí)加hamming窗進(jìn)行一次初始濾波，用Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

整個(gè)信號(hào)處理過程如下：

(1) 在碼頭合適位置激振信號(hào)，選取合適的位置布置傳感器，提取傳感器接收到的速度時(shí)程曲線，分別作為樁身反射信號(hào)和子波信號(hào)的來源。

(2) 分別對(duì)樁身反射信號(hào)和子波進(jìn)行波形零相位化和初始濾波，得到標(biāo)準(zhǔn)的樁身反射信號(hào)x(t)和子波信號(hào)b(t)。根據(jù)反褶積因子的求取原理，求得反褶積因子a(t)，利用a(t)和樁身反射信號(hào)x(t)褶積得到經(jīng)過反褶積處理之后的樁基檢測(cè)信號(hào)。

(3) 經(jīng)過反褶積處理之后的信號(hào)，在高頻區(qū)域有時(shí)還會(huì)帶有一部分剩余干擾信號(hào)，這種情況可對(duì)信號(hào)進(jìn)行一次低通濾波處理。

2 有限元模型及參數(shù)確定

在低應(yīng)變法檢測(cè)樁基時(shí)，樁和土均處于線彈性變形階段，所以在數(shù)值模擬中，碼頭樁基和樁周土均采用線彈性材料[10]。設(shè)置砂土和粘土兩層土體，土體參數(shù)均按天津地區(qū)典型土壤的相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 樁、土材料參數(shù)

考慮相鄰結(jié)構(gòu)之間的相互影響，建立將縱梁、橫梁、樁帽等上部結(jié)構(gòu)固結(jié)為一體的群樁模型[11]，共包含9根樁，按對(duì)稱分布。按照《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定確定群樁結(jié)構(gòu)各部分的尺寸如下：

(1) 碼頭構(gòu)件：樁基長(zhǎng)度為30 m，橫截面尺寸為0.45 m×0.45 m；樁帽高度為0.6 m，橫截面尺寸為0.75 m×0.75 m；縱橫梁頂面與地面等高，截面尺寸為0.45 m×1.2 m，面板厚度為0.5 m，橫向排架間距3.5 m，前后樁距為3.6 m。

(2) 土體設(shè)置：土體上下表面和海面平齊，總厚度為20 m，其中砂土層在上，厚度為4 m，粘土厚度為16 m，粘土層縱向超過樁底4 m。

最終的有限元完整群樁模型如圖2所示。

圖2 梁板式高樁碼頭有限元模型

(3) 激振脈沖設(shè)置：激振點(diǎn)輸入的瞬時(shí)縱向激振力采用升余弦脈沖來模擬[12]。

(15)

式中，T為激振脈沖作用時(shí)間，本文中取為2.0×10-3s，I為激振力沖量，取為0.06 N/s。

(4) 缺陷設(shè)置：對(duì)于缺陷樁，缺陷類型采用最常見的縮頸缺陷的形式，缺陷深度為0.2 m，為反映普遍情況，缺陷位置分別設(shè)置在樁頂以下10 m、15 m和20 m深度處。

3 高樁碼頭低應(yīng)變檢測(cè)的可行性分析

由于梁板式高樁碼頭整體性較好，利用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，激振信號(hào)會(huì)發(fā)生彌散，使得最終檢測(cè)結(jié)果存在不確定性因素。因此，首先要對(duì)低應(yīng)變反射波法在梁板式高樁碼頭檢測(cè)中的可行性和操作方式進(jìn)行分析。

當(dāng)在待測(cè)樁基正上方的面板表面激振信號(hào)時(shí)，利用數(shù)值分析讀取激振信號(hào)在樁身的動(dòng)態(tài)能量分布如圖3所示。從圖3中可以看出，激振信號(hào)在豎向傳往待測(cè)樁的同時(shí)，會(huì)沿著碼頭上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向傳播，對(duì)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生干擾，但還是會(huì)有很大一部分激振能量通過豎向傳播到達(dá)待測(cè)樁樁身，這部分能量碰到樁身波阻抗發(fā)生明顯變化的部位，即樁身缺陷或者樁底時(shí)，即發(fā)生反射，被上部的傳感器所接收，這就為利用低應(yīng)變反射波法對(duì)梁板式高樁碼頭進(jìn)行檢測(cè)提供了可能。

圖3 激振信號(hào)在碼頭中傳播時(shí)的能量分布

為驗(yàn)證低應(yīng)變反射波法在梁板式高樁碼頭中的可行性，以天津港某梁板式高樁碼頭的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。該檢測(cè)中采用的是PIT-X2型樁身完整性測(cè)試儀，在樁帽邊緣激振信號(hào)，并在樁身側(cè)面對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行接收。對(duì)于樁身基本完整的測(cè)試樁，得到的檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 某梁板式高樁碼頭的實(shí)測(cè)曲線

從圖4中可以看出，當(dāng)采用低應(yīng)變反射波法對(duì)梁板式高樁碼頭進(jìn)行樁基檢測(cè)時(shí)，即使在非樁身的位置進(jìn)行激振，也仍然能夠得到比較完整的檢測(cè)信號(hào)，信號(hào)特征和單樁結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果較為一致。其主要問題為樁身反射信號(hào)較弱和干擾信號(hào)較多。所以，采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行梁板式高樁碼頭的檢測(cè)是可行的。

同時(shí)，經(jīng)過大量的數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可以得出，在碼頭不同位置激振和接收信號(hào)時(shí)，操作難度和信號(hào)清晰度的關(guān)系如圖5所示。

圖5 高樁碼頭檢測(cè)方式和信號(hào)清晰度的關(guān)系

從圖5中可以看出，如果能夠解決信號(hào)處理方面的難題，通過在面板上激振就能得到比較理想的結(jié)果，會(huì)大大減小實(shí)際檢測(cè)的操作難度，本文主要研究這種檢測(cè)方式，然后嘗試?yán)梅瘩薹e方法解決信號(hào)清晰度的問題。同時(shí)，為了增加區(qū)分度和減少失誤，可以對(duì)待測(cè)樁周圍的樁基用同樣的方法進(jìn)行檢測(cè)，以便于對(duì)比分析。

4 高樁碼頭樁基檢測(cè)信號(hào)的反褶積分析

4.1 面板激振樁身接收信號(hào)

采用這種方式進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將激振點(diǎn)的位置選取在待測(cè)樁樁頂正上方的面板表面，在碼頭上安裝兩個(gè)傳感器接收信號(hào)，第一個(gè)傳感器安裝在樁頂以下0.6 m的樁側(cè)，用于接收樁身反射信號(hào)，第二個(gè)傳感器安裝在面板表面激振點(diǎn)附近，接收到的信號(hào)作為近似子波的來源。當(dāng)不同深度處存在缺陷時(shí)，檢測(cè)結(jié)果如下：

(1)樁頂以下20 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁頂以下20 m深度處存在縮頸缺陷時(shí)，樁頂以下0.6 m處的傳感器接收到的原始樁身反射信號(hào)如圖6所示。

從圖6中可以看出，原始信號(hào)中干擾成分較多，且缺陷反射信號(hào)衰減嚴(yán)重，單從原始信號(hào)中無從判斷缺陷信號(hào)和樁底反射信號(hào)，下面我們將其做反褶積處理，得到的結(jié)果如圖7所示。

經(jīng)過反褶積處理之后，可以清晰的分辨出缺陷反射和樁底反射的波形，讀取各個(gè)反射波峰出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，可得缺陷反射和首波峰反射之間的時(shí)間差Δt為0.010 57 s。

在本文所用的有限元模型中，樁身材料的彈性模量E為3.4×1010Pa，密度ρ為2500 kg/m3，根據(jù)一維縱波理論可得面板激發(fā)的彈性波在樁身的傳播速度為：

(16)

圖6 樁身20 m處縮頸缺陷原始信號(hào)

由此計(jì)算缺陷深度得：

Δlc=0.5Δt×cs=19.491 m

(17)

在數(shù)值模擬中，傳感器和缺陷位置的實(shí)際距離Δl為19.4 m，反褶積之后結(jié)果和理論值的相對(duì)誤差為0.47%，與實(shí)際情況吻合良好。

(2)樁頂以下15 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁頂以下15 m深度處存在縮頸缺陷時(shí)，樁頂以下0.6 m處的傳感器接收到的原始樁身反射信號(hào)如圖8所示。

從圖8中，同樣不能準(zhǔn)確判定缺陷位置，對(duì)其做反褶積處理之后，得到的結(jié)果如圖9所示：

經(jīng)過反褶積處理之后，可以清晰的看到在樁身15 m深度處存在一個(gè)完整的缺陷反射波形，缺陷反射和首波峰反射之間的時(shí)間差Δt為0.007 7 s，計(jì)算得到的缺陷深度為14.20 m，與理論值的相對(duì)誤差為1.40%，與實(shí)際情況吻合較好。

(3)樁頂以下10 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁頂以下10 m深度處存在縮頸缺陷時(shí)，樁身原始反射信號(hào)如圖10所示。

圖9 反褶積處理后信號(hào)

從圖10中，已經(jīng)可以看到一個(gè)疑似缺陷反射波形，但是干擾信號(hào)較多。計(jì)算缺陷反射波峰位置和首波峰反射位置的時(shí)間差可得Δt為0.004 86 s，計(jì)算得到的缺陷深度為8.973 m，與理論值9.4 m的相對(duì)誤差為4.54%，也從側(cè)面驗(yàn)證了當(dāng)采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行群樁結(jié)構(gòu)高樁碼頭樁基檢測(cè)時(shí)，由于反射波法本身的限制和上部結(jié)構(gòu)的影響，樁基淺部缺陷的檢測(cè)精度會(huì)受到影響。

下面對(duì)其做反褶積處理，得到的結(jié)果如圖11所示。從反褶積的結(jié)果可見，經(jīng)過反褶積處理之后，缺陷反射的波形變得很清晰，但樁底反射的波形不太明顯，同時(shí)對(duì)樁身后半段干擾信號(hào)的壓制效果減弱，反褶積之后缺陷位置的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況的相對(duì)誤差為3.87%。

對(duì)比以上三種深度處缺陷樁的數(shù)值模擬分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用面板激振，樁身接收信號(hào)的方法時(shí)，缺陷深度越深，缺陷反射的信號(hào)衰減越嚴(yán)重，當(dāng)樁基深部存在缺陷時(shí)，通過原始信號(hào)完全不能分辨出缺陷位置。對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行反褶積處理之后，可以一定程度上還原樁身真實(shí)情況，而且缺陷深度越深，反褶積處理的效果越明顯，計(jì)算結(jié)果精確度越高。

4.2 面板激振面板接收信號(hào)

下面，我們嘗試檢測(cè)操作最為方便，但是信號(hào)處理難度最高的一種檢測(cè)方法，即在樁身正上方的面板激振信號(hào)同時(shí)在面板接收檢測(cè)信號(hào)的方法。

當(dāng)采用這種形式檢測(cè)時(shí)，在面板上激發(fā)的應(yīng)力波在向下傳播的同時(shí)也會(huì)沿著面板和縱橫梁橫向傳播，遇到界面即反射回來，疊加在激振位置附近。反映在最終的檢測(cè)結(jié)果中就是，無論完整樁還是缺陷樁，在面板上接收到的信號(hào)從波形上看應(yīng)該是基本相同的，數(shù)值模擬結(jié)果也驗(yàn)證了這種推論，分析結(jié)果如圖12所示。

圖12中的四個(gè)波形分別是樁身完整，樁身10 m深度處、15 m深度處、20 m深度處存在縮頸缺陷的樁身反射信號(hào)。可以清晰的發(fā)現(xiàn)四個(gè)圖的波形基本一致，無從辨別缺陷信號(hào)。

下面，我們嘗試?yán)梅瘩薹e方法進(jìn)行信號(hào)處理，以求得到樁身真實(shí)情況。對(duì)于子波的提取，首先依然采用在激振點(diǎn)附近提取信號(hào)作為近似子波的方法。經(jīng)過多次嘗試發(fā)現(xiàn)，采用這種形式的子波得到的反褶積結(jié)果不太穩(wěn)定，計(jì)算得到的缺陷反射曲線存在較大變形，計(jì)算精度不高。

為了得到比較精確的結(jié)果，我們需要找到一個(gè)更加合理的子波。根據(jù)反褶積方法的原理，我們嘗試模擬完整樁的樁身反射信號(hào)，利用其作為這種情況下反褶積信號(hào)處理的公用子波。

圖12 不同深度處存在缺陷時(shí)面板接收信號(hào)

圖13 樁頂以下10 m處缺陷原始信號(hào)

在目前的研究中，已經(jīng)有部分學(xué)者對(duì)模擬完整樁的樁身反射信號(hào)來解決樁基檢測(cè)問題的思路進(jìn)行了一些研究。天津大學(xué)的季勇志曾經(jīng)提出模擬完整樁信號(hào)，從中分離出干擾信號(hào)，之后將實(shí)際樁基檢測(cè)結(jié)果消減掉之前得到的干擾信號(hào)以期盡量排除干擾的檢測(cè)方法[13]，在有上部結(jié)構(gòu)的單樁結(jié)構(gòu)中，取得了不錯(cuò)的效果。但是，在群樁碼頭中，特別是對(duì)于面板激振面板接收信號(hào)的檢測(cè)方式，經(jīng)過多次數(shù)值模擬嘗試，直接采用這種信號(hào)分離的方法得到的結(jié)果干擾信號(hào)依舊較多，而且實(shí)際操作中，這種分離干擾信號(hào)的方法對(duì)模擬信號(hào)的精度要求很高，所以分離干擾信號(hào)的方法在群樁結(jié)構(gòu)中并不適用。但是，模擬完整樁的樁身反射信號(hào)作為反褶積的公用子波可以為解決信號(hào)處理的問題提供一個(gè)很好的思路。當(dāng)不同深度處存在缺陷時(shí)，用完整樁的樁身反射模擬信號(hào)作為公用子波得到的反褶積分析結(jié)果如下：

(1)樁頂以下10 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁身10 m深度處存在縮頸缺陷時(shí)，在面板激振，面板接收得到的原始信號(hào)如圖13所示。

從圖12中的對(duì)比分析中已經(jīng)得出，單從面板接收到的原始信號(hào)中已經(jīng)看不出任何缺陷反射信號(hào)的跡象，必須借助于其他處理方式對(duì)其進(jìn)行分析。下面利用公用子波得到的反褶積因子對(duì)其做反褶積處理，得到的結(jié)果如圖14所示。

圖14 反褶積處理后的信號(hào)

從反褶積處理之后的結(jié)果中，可以清晰的看出樁身10 m處存在一個(gè)明顯的缺陷反射波形，計(jì)算得到的缺陷深度為12.02 m。因?yàn)樵诿姘灞砻娼邮招盘?hào)時(shí)，實(shí)際缺陷位置距離傳感器的距離為12.3 m，所以反褶積之后得到的結(jié)果和實(shí)際深度的相對(duì)誤差為2.27%，與實(shí)際情況吻合較好。

(2)樁頂以下15 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁頂以下15 m深度處存在縮頸缺陷時(shí)，在面板激振，面板接收得到的原始信號(hào)波形曲線同圖13類似，這里不再贅附。利用公用子波得到的反褶積因子對(duì)原始樁身反射信號(hào)做反褶積處理，得到的結(jié)果如圖15所示。

從反褶積處理之后的結(jié)果中，可以清晰的看出樁身15 m處存在一個(gè)明顯的缺陷反射波形，第二個(gè)反射波形的凹陷處為樁底反射的位置。計(jì)算缺陷反射位置得到的結(jié)果和實(shí)際缺陷深度的相對(duì)誤差為0.94%，與實(shí)際情況吻合良好。

(3)樁頂以下20 m深度處存在縮頸缺陷

當(dāng)樁身20 m處存在縮頸缺陷時(shí)，利用公用子波得到的反褶積因子對(duì)原始樁身反射信號(hào)做反褶積處理，得到的結(jié)果如圖16所示。

從反褶積處理之后的結(jié)果中，可以清晰的看出樁身20 m處存在一個(gè)明顯的缺陷反射波形，經(jīng)計(jì)算得到的結(jié)果和實(shí)際深度的相對(duì)誤差為0.53%，與實(shí)際情況吻合良好。

通過對(duì)各個(gè)深度處存在缺陷時(shí)，面板激振面板接收信號(hào)的反褶積分析可以看出，提取公用子波對(duì)測(cè)樁信號(hào)進(jìn)行反褶積處理的方法可以很好的解決信號(hào)清晰度的問題。

5 結(jié) 論

本文首次將反褶積方法應(yīng)用于梁板式高樁碼頭樁基檢測(cè)信號(hào)處理當(dāng)中，分別建立了樁基在不同深度處存在缺陷的有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析，驗(yàn)證了反褶積方法在高樁碼頭樁基檢測(cè)信號(hào)處理中的適用性，并得出了以下結(jié)論：

(1) 當(dāng)采用面板激振的形式進(jìn)行高樁碼頭的樁基低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)操作較為方便，但上部結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)的干擾嚴(yán)重，缺陷信號(hào)不能有效識(shí)別，尤其對(duì)于深層缺陷，缺陷信號(hào)衰減非常厲害，需要開展相關(guān)信號(hào)分析的研究。

(2) 當(dāng)在樁身上接收樁身反射信號(hào)時(shí)，可以將面板激振點(diǎn)附近接收到的樁身反射信號(hào)預(yù)處理之后作為近似子波，利用反褶積方法對(duì)測(cè)樁信號(hào)進(jìn)行處理，可以在一定程度上還原樁身實(shí)際情況，濾除上部結(jié)構(gòu)的干擾。

(3) 反褶積方法對(duì)于深層缺陷反射信號(hào)的分析效果最明顯，結(jié)果最準(zhǔn)確，對(duì)于淺層缺陷，受限于低應(yīng)變反射波法本身在淺部缺陷檢測(cè)上的局限和群樁上部結(jié)構(gòu)三維效應(yīng)的影響，檢測(cè)精度下降。

(4) 當(dāng)采用在高樁碼頭面板激振面板接收信號(hào)的形式檢測(cè)時(shí)，不同缺陷情況得到的原始樁身反射信號(hào)基本一致，這是因?yàn)楦蓴_信號(hào)疊加在激振位置附近，其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于從樁身傳播上來的缺陷反射信號(hào)。

(5) 當(dāng)采用面板激振面板接收信號(hào)時(shí)，采用模擬完整樁的面板接收信號(hào)作為公用子波的方法進(jìn)行反褶積信號(hào)處理可以得到比較理想的結(jié)果。考慮正在服役的高樁碼頭完整樁信號(hào)的模擬存在難度，可以在碼頭剛建好之后，提取一根完整樁的樁身反射信號(hào)存檔，作為以后檢測(cè)時(shí)的子波來源。

綜上可得，反褶積方法在高樁碼頭樁基低應(yīng)變檢測(cè)的信號(hào)處理中是一種不錯(cuò)的思路，可以在一定程度上還原樁身實(shí)際情況。同時(shí)，反褶積有很多種計(jì)算方法，將其引入樁基檢測(cè)信號(hào)處理中時(shí)，在具體實(shí)現(xiàn)過程上還帶有一定的嘗試性，在本文中，采用的是波形零相位化和純振幅維納反褶積兩個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)的，后續(xù)可以開展其他反褶積實(shí)現(xiàn)方法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用分析。

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