1、小波变换在桩基完整性检测中的应用分析【摘要】桩基完整性检测即使用仪器对桩基中的裂纹、缩颈、空洞、断裂以及混凝土的夹泥、离析、桩底沉渣等问题进行测试，对于桩基完整性的检测，小波变换法与傅立叶检测法相比而言，检测效果更加的优越，小波变换法中具有较好的时-频分析特征，可以根据缺陷的实际情况给出不同的时-频结果，非常适宜用在一些非平稳信号的分析中，可以迅速完整的检测出桩基的缺陷性质、缺陷大小以及缺陷的实际位置，使用小波变换法得出的能量特征，可以对故障特征的向量进行诊断，在诊断过程中，并不需要建立诊断数学模型，就可以科学迅速的诊断出故障的类型，下面，就对小波变换在桩基完整性检测中的应用进行完整的分析。【
2、关键词】小波变换；桩基完整性检测；应用 中图分类号：TU473.1 文献标识码： A 文章编号： 一、引言 在各种建筑工程之中，桩基的底层适用性强、承载力大、成本低廉，其运用范围十分广泛，但是由于工程施工技术、施工设备等一些因素的限制，工程桩基缺陷的问题也逐年严重，为了确保工程施工的质量，必须使用有效的检测方式对桩基的完整性进行检测。桩基完整性检测即使用仪器对桩基中的裂纹、缩颈、空洞、断裂以及混凝土的夹泥、离析、桩底沉渣等问题进行测试，对于桩基完整性的检测方式通常可以分为有损检测和无损检测两种，无损检测主要是指声脉冲反射检测法，这种检测方法即用手锤在桩基顶部发出脉冲，在脉冲向下传播时，如果遇到
3、波阻抗，那么变化的截面将会出现反射的情况，即桩基的缺陷处会产生反射波，这就在一定程度上说明，桩基反射波的信号之中包含了大量的缺陷信息，可以根据这些缺陷信息识别出缺陷的类型、缺陷的严重程度以及缺陷的具体位置，那么，正确的认识缺陷信息的反射波信号，对桩基完整性做出科学合理的评价具有十分重要的作用。现阶段下常用的分析方法一般是用过调整桩基的模型参数来得出桩基阻抗波的分布情况，但是，这种检测方式往往具有一定的局限性，难以分析出渐变截面的桩基完整性，因此，必须对反射波检测法进行深入研究，寻求更好的检测途径。小波变换分析法便是近些年来出现的一种新型检测方法，也是应用数学的分支之一，也是处理信号的有效工具，
4、下面，就探讨小波变换法在桩基完整性检测中的应用。 二、小波变换相关理论 小波变换是通过时间、空间以及频率的局部转变，从信号中提取信号的方式，在信号的提取中，小波变换方式需要应用平移、伸缩等运算方式对信号和函数进行细化分析，因此，小波变化方式不仅联系了应用数学、计算机科学、物理学学科，同时可联系着图像处理、信息处理以及地震勘探等学科，相关专家学者认为，小波变换理论是数学学科的一个分支，是样调分析、泛函分析、数值分析以及 Fourier 分析的结晶，同时，小波变换理论也是一种多分辨分析和时间-尺度分析的新型理论，该理论在语音合成、信号分析、计算机视觉、图像识别、地震勘探、数据压缩以及大气和海洋波分
5、析方面的应用取得了较大的成果，小波变换作为一种新的分析和变换方法，继承了局部分析和变换法的思想，也克服了局部分析和变换法中大小频率变化不一致的缺点，可以提供信号频率同时改变的窗口，是进行信号处理和视频分析的理想计算工具，可以突出很多问题的特征，因此，小波变化理论引起了相关领域专家学者的重视，在很多领域的应用范围都越来越广泛。 三、小波变换在桩基完整性检测中的应用分析 （一）小波变换生脉冲信号特征的提取 对于桩基中存在的缺陷，当使用频率丰富的信号对其进行分析时，系统中的故障往往会对不同频率的组成成分有着一定的抑制作用，对另外一部分频率的组成成分会有一定的增强作用，那么，从这一层面来说，其输出系统
6、与正常系统相比而言，一部分信号能量会增强，另一部分信号能量的强度会减弱，在各种频率的组成成分之中，具有不同的故障信息，在这种系统下，就可以根据能量-故障的系统进行诊断，这种诊断方法是利用各个频率能量的变化来进行故障的争端，得出故障类型的实际映射关系。利用小波分解技术可以将信号的映射从一组小波伸缩到另一组基函数之中，信息量也十分完整，在通频的范围之内也得出了不同频道、不同层次的分解序列。对于分解序列，需要使用 A/D 采样信号对小波进行分解，通过小波变换情况以及实测加速度曲线进行频谱分析，一般情况下，信号的频率大多为 2000hz 以下。 （二）小波分析声脉冲反射信号 在利用小波变换理论分析声脉
7、冲反射信号前，需要选择一定数量的试验桩，对桩基桩头附近的裂缝、桩身完整、扩缩颈、扩底、离析、和桩底松散等缺陷进行模拟分析，看其缺陷的实际情况。目前，傅立叶变换分析法是研究回拨信号频域特新的研究方式，对于桩基的缺陷，一些缺陷可以从桩基的外观判断出来，但是使用常规生脉冲分析波法却难以判断缺陷的性质，即傅立叶变换分析法只能够分析时间窗口频谱信息，对于波阻抗变化情况较小的微弱信号，傅立叶分析方法难以全面的体现出完整的缺陷信息，在这种情况下，小波变换分析法对于信号低频使用较长的时间窗，对于信号高频则使用较短的时间窗，使用这种分析方法便可以很好的分析出桩基完整性的实际情况。对于小波变换法分析桩基完整性的公
8、式为： 在上述计算公式之中，a 为尺度系数，b 是位置系数，后面为小波函数，小波换换值是反应信号 f（t）在与尺度系数和位置系数的区域内，与尺度系数有关的局部时频特征，当尺度系数与位置系数的数值发生变化时，就可以使用小波变换对信号 f（t）进行直接分析，这就可以提取出信号 f（t）的性质和特征，即桩基缺陷的性质、缺陷位置以及缺陷大小情况，从本质上而言，小波变化计算方式反映了 f（t）在尺度系数与位置系数的变化状态，属于一种视-频变换的计算方式。 分析结果 使用小波变换方式可以分析出桩基缺陷声脉冲反射波的信号，使用小波分解法进行分别，得出每层的频率通道，从而分析出缺陷的具体情况，从分析结果可以得
9、出，不论缺陷的大小，在桩顶位置的反射信号均为大尺度分布情况，而不同类型的缺陷则呈现出不同的信号反射情况，在频域上的分布也会有所不同，且不同缺陷类型的桩基在不同频带的能量分布情况不同，那么根据这种能量特征的变化就可以判断出桩基缺陷的类型情况，并可以根据桩基缺陷的类型制定科学合理的解决方法。 结语 对于桩基完整性的检测，小波变换法与傅立叶检测法相比而言，检测效果更加的优越，小波变换法中具有较好的时-频分析特征，可以根据缺陷的实际情况给出不同的时-频结果，非常适宜用在一些非平稳信号的分析中，可以迅速完整的检测出桩基的缺陷性质、缺陷大小以及缺陷的实际位置，使用小波变换法得出的能量特征，可以对故障特征的向量进行诊断，在诊断过程中，并不需要建立诊断数学模型，就可以科学迅速的诊断出故障的类型，对故障进行准确的定位，因此，使用小波变换检测法进行桩基完整性的检测有着较好的应用前景，但是，在其实际的应用过程中，还存在有一些尚未解决的问题，相信通过相关专家学者的努力，小波变换检测法的应用范围会更加广泛。
