低應(yīng)變動測中波速影響因素的分析

黃旸　李一誠

摘 要：低應(yīng)變動測法是當前樁基檢測工作中對樁身完整性檢測普遍使用的方法，具有快捷、簡便、有效、經(jīng)濟的特點。而在低應(yīng)變動測法曲線分析的過程中，波速是一個很重要的參數(shù)，波速準確性直接影響樁身缺陷位置判斷的準確性。

關(guān)鍵詞：低應(yīng)變動測；波速；影響因素；分析

中圖分類號： TU473.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-249-2

0 引言

低應(yīng)變動測主要用于樁基完整性檢測，其將基樁看成一維均勻介質(zhì)，以一維波動理論為基礎(chǔ)，通過在樁頂施加一個激勵信號產(chǎn)生沿樁身傳播的彈性波，當彈性波遇到缺陷或傳播至樁底時，波阻抗變化較大，原有的振動發(fā)生變化，在缺陷位置會產(chǎn)生一個反射波，由安裝在樁頂?shù)臋z波器接收，通過分析檢波器接收到的反射波判斷樁身的完整性。

1 低應(yīng)變檢測基本原理

假設(shè)樁為一維線性彈性桿，其長度為L，橫截面積為A，彈性模量為E，質(zhì)量密度為ρ，彈性波速為C（C2=E/ρ），廣義波阻抗為Z=AρC；推導可得樁的一維波動方程：

2 波速影響因素分析

本文僅對樁基檢測實地測試中的測試波速做相關(guān)討論，主要影響因素為介質(zhì)及人工操作的差異性。

2.1 客觀因素——介質(zhì)（砼）對波速的影響

彈性波在樁身傳播速度的影響因素有很多，如砼強度、施工工藝、骨料的品種、粒徑等。但一般認為砼強度影響最大，在相同情況下，彈性波在樁身的傳播速度和樁身砼強度呈正相關(guān)關(guān)系。

圖3為湖北荊州某工地基樁檢測曲線，該樁樁身砼強度為C30，彈性波在樁身傳播速度為3.56km/s，和武漢地區(qū)樁身砼強度同為C30的傳播速度差距較大。據(jù)了解，該項目砼生產(chǎn)廠家使用的骨料與武漢區(qū)別很大，這可能是引起波速差距大的主要原因之一。

2.2 主觀因素——激發(fā)位置與收發(fā)距對波速的影響

實際操作中，激發(fā)位置與檢波器間距對波速的影響體現(xiàn)在兩方面：

①按照理論，數(shù)據(jù)處理時應(yīng)以入射波起跳點為時間零點，若以入射波波峰為時間零點，因波在樁身傳播能量衰減會導致頻率降低，反射波脈沖寬度增加，產(chǎn)生誤差。但在實際操作中，因反射波起跳位置不易確定，往往以入射波波峰為時間零點，而激發(fā)位置與檢波器間距越遠，脈沖寬度越寬，所測波速誤差越大。

②如圖4所示，d為激發(fā)位置與檢波器間距，l為樁長，波的傳播速度為v，波水平傳播時間為t1，波豎直傳播時間為t2，測試波速為v視，測試所得時間為t。檢測時，波沿樁面?zhèn)鞑サ綑z波器位置處，檢波器才打開。

圖5為武漢某工地同一根樁上采集的曲線，樁身砼強度為C30，樁長12 m。其中a、c為同一條曲線，a曲線激發(fā)位置與檢波器間距10 cm，a以入射波波峰為時間零點，c以入射波起跳點為時間零點；b、d為同一根工程樁的測試所得的另一條曲線，激發(fā)位置與檢波器間距50 cm，b以入射波波峰為時間零點，d以入射波起跳點為時間零點。按相關(guān)波動理論應(yīng)以入射波起跳點為時間零點，若以入射波波峰為時間零點，因波在樁身傳播能量衰減會導致頻率降低，會因反射波脈沖寬度增加而導致誤差的產(chǎn)生。但在實際操作中，因反射波起跳位置不易準確判定，往往以入射波波峰為時間零點。從圖中可見：

①激發(fā)位置與檢波器間距越大，脈沖寬度越寬，以入射波波峰為時間零點，產(chǎn)生速度誤差越大，a、c相差13m/s，b、d相差81 m/s；

②在相同情況下，激發(fā)位置與檢波器間距越大，所測的波速越高，a、b相差44 m/s，c、d相差212m/s；

3 結(jié)語

低應(yīng)變動測中，波速是樁身完整性判斷的重要參數(shù)。影響測試波速的因素眾多，因此測試過程中應(yīng)按規(guī)范確定波速平均值，不能草率使用地區(qū)經(jīng)驗波速進行判別；采集曲線時傳感器安裝位置和激發(fā)位置應(yīng)滿足規(guī)范相關(guān)要求，盡可能地降低主觀因素對波速判別造成的影響。