武汉市东西湖区建设工程质量检测中心 湖北武汉 430040
摘要：本文介绍了低应变反射波法的测试原理和测试方法，应用有限元软件ABAQUS模拟了完整桩、扩径桩、缺陷桩的典型反射曲线。
关键词：低应变；数值模拟；ABAQUS
一、低应变反射波法原理介绍
（1）原理介绍
低应变动力检测视桩为一维弹性体。当用手锤敲击桩顶后，产生应力波沿桩身向下传，根据一维波动理论：应力波在波阻抗变化处或桩底产生反射，反射到桩顶的应力波通过安装在桩顶的拾振器接收，并用采集仪记录下来，整个过程由计算机控制。检测得到的波形反映出桩身的结构特性，即不同形式的桩身结构，可导致应力波的反射特性不同；结构面的位置不同其反射应力波到达的时间不同[1-3]。
已知桩长L，测得的应力波经桩底返回的时间为T，则桩身混凝土的应力波传播的速度为C=2L/T。当桩身某处（X截面）有缺陷时，检测系统会测到应力波从缺陷处返回的时间t，由关系式X=Ct/2便可确定桩身缺陷的位置。
综合考虑反射波相位、幅值、地质条件及施工记录等，便可对缺陷类型、缺陷程度作出判断。此外，根据弹性材料的模量关系式E=ρC2可知，弹性波速（C）是衡量混凝土强度高低的一个标准，一般情况下，波速越高，说明混凝土的强度越高，反之越差。
（2）检测方法
检测时，将一个传感器固定在无浮浆的桩顶表面，再将传感器与采集仪相连，通过手锤激振桩顶，采样仪采集桩身的振动信号。将所采的信号通过分析软件进行分析，确定所测桩的桩身结构完整性。检测流程如图1所示。
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图1 低应变检测流程示意图
二、数值模拟
（1）模型的建立
激振力采用半正弦波形式激振力，脉冲持续时间为1.0ms[4]。模拟的桩为方桩，边长为600mm，长度18m。桩底固定，竖向脉冲力在桩顶施加。桩顶部的接收时间为12ms。图2.1为模型网格图。
桩的弹性模量设为3e10Pa，泊松比为0.2，重度为2400g/cm3。
（2）完整桩的反射曲线
由图2.1，可见在t=10.82ms处出现反相位的桩底反射，峰－峰时差10.19ms，由C=（E/ρ）^0.5求出C=3535m，在通过L=CT/2得计算桩长18.016m，与实际桩长18.00m相符。
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图2.1 模型网格图
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图2.2 完整桩的计算曲线
（3）缩径桩的反射曲线
在2.5m处开始到4.5m位置设置了向内侧0.05m的缩径，如图所示。计算结果如图。在开始缩径位置2.01ms处出现缩径的正向波反射，在结束缩径的位置3.14ms处出现由缩径到扩径的反向波反射。且在3.53ms处可见轻微的二次反射波形。
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图2.3 缩径桩的计算曲线
（4）扩径桩的反射曲线
在9.0m处开始到12.0m位置设置了向外侧0.05m的扩径，如图所示。计算结果如图。在开始扩径位置5.70ms处出现扩径的反向波反射，在结束扩径的位置7.40ms处出现由扩径到缩径的反向波反射。
图2.
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4 扩径桩的计算曲线
三、结论和展望
运用通用有限元程序可以实现对低应变测试过程模拟，模拟结果较为可靠。今后可以通过加大对有限元动力分析过程的掌握，将地层、钢筋等复杂情况考虑进去，使计算更贴近实际，用计算结果指导实测分析。
参考文献：
[1] 卢伟倬.低应变反射波法参数影响分析[D] . 天津大学硕士学位论文，2003.
[2] 陈 凡 王仁军.尺寸效应对基桩低应变完整性检测的影响[J] . 岩土工程学报，1998.
[3] 罗文章. 管桩在低应变瞬态集中荷载作用下的速度响应[D] . 中国建筑科学院硕士论文，2002.
[4] 陈小三. 低应变反射波法检测桩基完整性的模拟分析[D] . 西安建筑科技大学硕士学位论，2011.