低应变动测中波速影响因素的分析

黄旸　李一诚

摘 要：低应变动测法是当前桩基检测工作中对桩身完整性检测普遍使用的方法，具有快捷、简便、有效、经济的特点。而在低应变动测法曲线分析的过程中，波速是一个很重要的参数，波速准确性直接影响桩身缺陷位置判断的准确性。

关键词：低应变动测；波速；影响因素；分析

中图分类号： TU473.1 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-249-2

0 引言

低应变动测主要用于桩基完整性检测，其将基桩看成一维均匀介质，以一维波动理论为基础，通过在桩顶施加一个激励信号产生沿桩身传播的弹性波，当弹性波遇到缺陷或传播至桩底时，波阻抗变化较大，原有的振动发生变化，在缺陷位置会产生一个反射波，由安装在桩顶的检波器接收，通过分析检波器接收到的反射波判断桩身的完整性。

1 低应变检测基本原理

假设桩为一维线性弹性杆，其长度为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，弹性波速为C（C2=E/ρ），广义波阻抗为Z=AρC；推导可得桩的一维波动方程：

2 波速影响因素分析

本文仅对桩基检测实地测试中的测试波速做相关讨论，主要影响因素为介质及人工操作的差异性。

2.1 客观因素——介质（砼）对波速的影响

弹性波在桩身传播速度的影响因素有很多，如砼强度、施工工艺、骨料的品种、粒径等。但一般认为砼强度影响最大，在相同情况下，弹性波在桩身的传播速度和桩身砼强度呈正相关关系。

图3为湖北荆州某工地基桩检测曲线，该桩桩身砼强度为C30，弹性波在桩身传播速度为3.56km/s，和武汉地区桩身砼强度同为C30的传播速度差距较大。据了解，该项目砼生产厂家使用的骨料与武汉区别很大，这可能是引起波速差距大的主要原因之一。

2.2 主观因素——激发位置与收发距对波速的影响

实际操作中，激发位置与检波器间距对波速的影响体现在两方面：

①按照理论，数据处理时应以入射波起跳点为时间零点，若以入射波波峰为时间零点，因波在桩身传播能量衰减会导致频率降低，反射波脉冲宽度增加，产生误差。但在实际操作中，因反射波起跳位置不易确定，往往以入射波波峰为时间零点，而激发位置与检波器间距越远，脉冲宽度越宽，所测波速误差越大。

②如图4所示，d为激发位置与检波器间距，l为桩长，波的传播速度为v，波水平传播时间为t1，波竖直传播时间为t2，测试波速为v视，测试所得时间为t。检测时，波沿桩面传播到检波器位置处，检波器才打开。

图5为武汉某工地同一根桩上采集的曲线，桩身砼强度为C30，桩长12 m。其中a、c为同一条曲线，a曲线激发位置与检波器间距10 cm，a以入射波波峰为时间零点，c以入射波起跳点为时间零点；b、d为同一根工程桩的测试所得的另一条曲线，激发位置与检波器间距50 cm，b以入射波波峰为时间零点，d以入射波起跳点为时间零点。按相关波动理论应以入射波起跳点为时间零点，若以入射波波峰为时间零点，因波在桩身传播能量衰减会导致频率降低，会因反射波脉冲宽度增加而导致误差的产生。但在实际操作中，因反射波起跳位置不易准确判定，往往以入射波波峰为时间零点。从图中可见：

①激发位置与检波器间距越大，脉冲宽度越宽，以入射波波峰为时间零点，产生速度误差越大，a、c相差13m/s，b、d相差81 m/s；

②在相同情况下，激发位置与检波器间距越大，所测的波速越高，a、b相差44 m/s，c、d相差212m/s；

3 结语

低应变动测中，波速是桩身完整性判断的重要参数。影响测试波速的因素众多，因此测试过程中应按规范确定波速平均值，不能草率使用地区经验波速进行判别；采集曲线时传感器安装位置和激发位置应满足规范相关要求，尽可能地降低主观因素对波速判别造成的影响。