應(yīng)力波反射法判定缺陷程度的量化計(jì)算

陳仕坤

（廣東惠和工程檢測(cè)有限公司 廣東廣州 510410）

1 缺陷程度的量化計(jì)算

假設(shè)樁在x～x+△x處有一理想缺陷段[1]，見(jiàn)圖1，樁頂入射波為V0，缺陷透射波為V。樁身缺陷界面Ⅰ（上界面）的入射波為Vi，反射波為Vr，樁身阻抗為Z1，缺陷段阻抗為Z2，阻抗比即樁身完整性系數(shù)）[2]。

圖1 樁身缺陷

當(dāng)樁頂入射波V0沿著樁身向下傳播[3-4]，樁身材料阻尼引起的阻力波幅值衰減符合指數(shù)規(guī)律，樁身阻尼系數(shù)為a，樁周土阻力引起的阻力波導(dǎo)致的速度衰減值為Vs1，令e-αx=φ則有：

其中：x——缺陷位置到樁頂?shù)木嚯x；

C——波速；

△t——缺陷反射波與樁頂入射波峰的時(shí)間差。

當(dāng)反射波Vr沿著樁身向上傳播[3-4]，樁身材料阻尼引起的阻力波幅值衰減符合指數(shù)規(guī)律，樁身阻尼系數(shù)為a，樁周土阻力引起的阻力波導(dǎo)致的速度衰減值為Vs2，并注意到樁頂為自由端，速度加倍，則有V=2×（αx-Vs2）=2×（φVr-Vs2），則：

②當(dāng)不考慮樁周土對(duì)應(yīng)力波傳播的影響時(shí)，即是Vs1=0，Vs2=0，則：

③不考慮樁身阻尼對(duì)應(yīng)力傳播的影響時(shí)，即是φ=1，則：

④不考慮樁周土對(duì)應(yīng)力波傳播的影響且不考慮樁身阻尼對(duì)應(yīng)力傳播的影響時(shí)，即是 Vs1=0，Vs2=0，φ=1，則 Vi=V0，Vr=0.5V，β==-1，其中 n=，引用DBJ 15-60—2019《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》高應(yīng)變判定樁身完整性判定依據(jù)得表1所示。

表1 依據(jù)缺陷透射波速度V與樁頂入射波V0的比值n判定樁身完整性

表2 依據(jù)缺陷透射波速度V與樁頂入射波V0的比值n判定樁身完整性

許多檢測(cè)領(lǐng)域的同行在判定缺陷反射波的幅度時(shí)，直接采用缺陷透射波速度V（陷透射波速度V未進(jìn)行指數(shù)放大）與樁頂入射波V0的比值確定，認(rèn)為有以下觀點(diǎn)：①當(dāng)=0時(shí)，為Ⅰ類(lèi)樁；②當(dāng)0＜時(shí)，為Ⅱ類(lèi)樁；③當(dāng)時(shí)，為Ⅲ類(lèi)樁；④當(dāng)時(shí)，為Ⅳ類(lèi)樁。雖然界限數(shù)值和表1比較接近，但筆者認(rèn)為上述觀點(diǎn)并無(wú)嚴(yán)格的理論及實(shí)踐依據(jù)，表1的界限數(shù)值0.222、0.5已經(jīng)導(dǎo)致樁身缺陷程度被輕判，若采用界限數(shù)值則樁身缺陷程度更被輕判，檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重失真，故對(duì)上述觀點(diǎn)持否定態(tài)度。

2 工程實(shí)例

實(shí)例1：一根有缺陷的樁，樁身應(yīng)力波波速為C=4000m/s，質(zhì)量密度2.4t/m3，樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的反射波時(shí)域曲線如圖2所示。

圖2 樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的反射波時(shí)域曲線

入射波（半正弦脈沖）V1=V0e-αx，t∈[0，1]ms，V0=2mm/s

缺陷反射波（半正弦脈沖）V2=V0sinωt∈[10，11]ms

假設(shè)樁周土阻力和樁身材料阻尼引起的阻力波幅值衰減符合指數(shù)規(guī)律a=0.02/m，（x為應(yīng)力波行進(jìn)的距離）[3]。請(qǐng)結(jié)合高應(yīng)變判定樁身完整性判定依據(jù)，不考慮其他因素，純粹量化判斷樁身完整性類(lèi)別。

實(shí)例2：一根有缺陷的樁，樁身應(yīng)力波波速為C=4000m/s，質(zhì)量密度2.4t/m3，樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的反射波時(shí)域曲線如圖3所示。

圖3 樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的反射波時(shí)域曲線

入射波（半正弦脈沖）V1=V0sinωt，t∈[0，1]ms，V0=2mm/s

不考慮樁周土阻力和樁身材料阻尼對(duì)應(yīng)力波的影響。請(qǐng)結(jié)合高應(yīng)變判定樁身完整性判定依據(jù)，不考慮其他因素，純粹量化判斷樁身完整性類(lèi)別。

由于缺陷反射波（半正弦脈沖）V2=V0sinωt，則樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的速度幅值為V0=×2=0.25mm/s

由于缺陷反射波（半正弦脈沖）V2=1V0sinωt，則樁面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)得的8速度幅值為V0=×2=0.25mm/s

3 結(jié)語(yǔ)

本文判定缺陷程度的量化計(jì)算亦存在局限性：①樁周土阻力引起的阻力波導(dǎo)致的速度衰減值Vs、樁身材料阻尼系數(shù)a目前研究不足，特別對(duì)于多層樁周土?xí)r，試圖量化樁周土阻力引起的阻力波導(dǎo)致的速度衰減值Vs會(huì)存在較大的困難[5]；②缺陷段長(zhǎng)度△x太小，則界面Ⅱ（下界面）產(chǎn)生的壓縮波，削弱界面Ⅰ（下界面）產(chǎn)生的拉伸波，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷界面Ⅰ（下界面）的缺陷程度；③樁身缺陷段△x上下附近位置存在其他缺陷時(shí)，動(dòng)測(cè)儀采集間隔過(guò)大，也導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷界面Ⅰ（下界面）的缺陷程度。