反射波法测桩中的应力波传播状态分析

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[摘要]本文旨在用图解方式，理解基桩动测相关原理。解决初学者理论方面数学基础不足的问题。

【关键词】 基桩；动测；反射波

一、 引言

近几年来，全国房地产市场持续升温，桩基础的应用也越来越广泛。对于桩基础的检测也越来越受重视。但基桩动测技术涉及大量数学推导，检测人员需要一定的数学物理基础方可掌握基桩动测技术，同时各检测机构人员流动很频繁，导致检测人员素质参差齐。本文将从物理角度出发，避开大量数学推导，从物理现象入手讲述基桩动测中反射波法检测原理。

二、 应力波反射法测桩的基本原理

应力波反射法主要被用来检验桩身结构完整性，桩身缺陷位置及程度判定，也可以对施工桩长校核等。用手锤或力锤敲击桩顶，由此产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗Z（Z=ρcA）变化界面时，如缩颈、夹异物、混凝土离析或扩颈，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度曲线。从曲线的形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长。一个锤击脉冲需要一段时间来完成。这段时间我们定义为τ。下面我们图解反射的原理。

三、当桩顶自由，桩端固定时，应力波在桩身中传播周期分析

（a）锤击。当桩顶受锤击挤压时，此时顶面中产生应力为压应力，作用时间为τ，幅值为A。时域信号中记录曲线为速度曲线，时间间隔为τ的脉冲峰即为入射波，其幅值为V0。

（b）振动在桩身中传递，由于桩身截面无变化，波阻抗Z恒定，桩顶面产生的力脉冲导致的振动保持原样向桩底传递，不反生反射，桩顶传感器无响应。保持原样。

(c)应力波在固定端反射状态。图中所示当一个完整应力波至桩底后，由于时间效应，前半幅波率先被反射，反射向上压力波，与正向下运动未反射的下行压力波叠加，桩底面应力加倍，为压应力。此时，由于桩端为固定端，其运动被束缚，则桩底面运动速度为0。桩顶面无应力波到达，应力状态为0，速度为0。

(d)应力波经桩底反射后沿桩身继续向桩顶传播，此时应力状态为压应力。压应力使桩身截面产生一向上的运动，运动方向向上，与入射波反向。但因应力波还未到达桩顶面，传感器无响应。

（e）经桩底反射的应力波到达桩顶面，此时先到达的半幅应力波率先被反射为下行压力波，和后到达的半幅上行压力波产生叠加。应力抵消。其中，上行压力波与下行拉力波各使桩顶产生一向上的速度为V0的运动，两者运动状态叠加为一速度为2V0的运动，运动方向向上，与入射波反向。

四、当桩顶自由，桩端自由时，应力波在桩身中传播周期分析。

当桩顶受锤击挤压时，顶面中产生压应力，作用时间为τ，幅值为A。当一个完整应力波至桩底后，由于时间效应，前半幅波率先被反射，反射向上拉力波，与正向下运动未反射的下行压力波叠加，桩底面应力抵消。由于桩端为自由端，下行压力波和上行拉力波均导致桩底面产生一向下速度为V0的运动，相互叠加为2V0的向下运动，与入射波同相。经桩底反射的上行拉力波到达桩顶面，先到达的半幅应力波率先被反射下行压力波，和后到达的上行拉力波产生叠加，应力抵消。上行拉力波与下行压力波各使桩顶产生一向下的速度为V0的运动，叠加为一速度为2V0的运动，运动方向向下，与入射波同相。

五、结论

基桩检测是基础验收的保证资料，其重要性不言而喻，基桩动测技术由于其理论性较强，基桩检测人员的培训尤为困难。按我们以上所讨论的方法来理解动测原理，对我们实际检测工作必将起到很好的作用。

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