如何提高模型樁低應變檢測的準確性
淺談模型樁低應變測試中的峰值法與起跳法
通常在低應變檢測計算波速和確定缺陷位置時有“峰值法”和“起跳法”兩種。所謂“峰值法”，也稱“峰-峰法”，根據樁底反射計算波速以及根據波速確定缺陷位置時，都采用峰值點確定時間。所謂“起跳法”，也稱“升-升法”，采用入射波和反射波的起跳點來計算波速和缺陷位置。
低應變檢測尤其是模型樁測試時，通常會遇到一個問題，明明缺陷和樁底位置都很明顯，但是測出來的缺陷位置與實際的缺陷位置存在明顯偏差，這個偏差，有些規范的條文說明做了一些解釋，但是那種解釋有些隔靴搔癢，比如以激振點和測點之間的距離，以及表面波波速低于縱波波速為因素的解釋，多少有些荒唐。樁頂那么小的區間，尤其尼龍棒一類的模型樁，直徑很小，激振點到安裝點的范圍內，直達波談不上是表面波波速的，依然是縱波波速。此外，儀器的采集觸發，是以傳感器接收到信號為始點的，實際上去掉了這個傳播距離的影響。
如果單純依據波的傳播特性來解釋缺陷位置計算誤差，更多的應該歸咎于大樁淺部的三維效應，包括三維縱波波速與一維縱波波速相差近20%這些方面，測點與安裝點之間的距離影響，基本可以忽略不計，特別是小樁和尼龍棒模型樁。
圖1巖海模型樁之一
a）峰值法 b）起跳法
圖2 同一實測曲線的不同判讀模式
造成缺陷定位誤差的真正原因，其實主要是材料中的波速彌散。
圖2為圖1所示的2.5m長模型樁實測信號，傳感器安裝在模型樁右側，從樁頂往下137cm處有明顯的縮徑缺陷，（a）和（b）分別展示了峰值法和起跳法計算的缺陷位置，不難看出，起跳法測出的位置誤差更小，更接近實際的缺陷位置。
應力波在傳播過程中會有材料阻尼引起的波速彌散，導致同一種介質，不同頻率波速不同，光波如此，應力波同樣如此。波速彌散與材料特性密切相關，尼龍棒比混凝土嚴重，混凝土比鋼材嚴重。一個典型的案例便是，同一根樁，超聲波測試的波速（即便一維）比低應變高出500m/s左右，而低應變又比高應變高出200m/s以上。因為材料阻尼，高頻信號在傳播過程中會更容易被吸收，導致剩下來的應力波，低頻更豐富（早晚太陽是紅的、中午是白的，就是這個道理），以至于信號的主瓣寬度逐漸變大，如圖2，
從樁頂的0.56ms變成樁底的0.68ms。此時如果用峰值法確定波速，那么樁底參與計算的時間值明顯偏大，應力波相速度低于實際波速，導致缺陷位置，特別是淺部缺陷位置計算結果偏淺。而起跳法取的是起跳點，波速彌散導致的波速變低問題影響較小，因而計算結果更加接近實際。樁長越長，彌散效應引起的后果越嚴重，峰峰法計算的誤差也就越大。
起跳法的難點在于如何準確確定起跳點。這需要一定經驗，如圖3所示。即便是模型樁也不能以反射波與坐標軸的相交點為起跳點，還是以反射趨勢開始點為起跳點為宜，當然具體應觀察反射開始前的波形特征。
圖3起跳法起跳點的確定難度
一個比較合理的建議是，對于尼龍棒模型樁，根據起跳法確定應力波傳播波速，以峰值法確定淺部缺陷位置；以峰值法確定應力波傳播速度，同樣以峰值法確定深部缺陷位置；中部缺陷，可以二者綜合。
對于工程樁，缺陷位置可以適當超估，特別是遇到需要現場開挖或者抽芯驗證時。
武漢巖海公司技術部
2022年11月28日
