如何提高模型桩低应变检测的准确性
                                                                     浅谈模型桩低应变测试中的峰值法与起跳法
      通常在低应变检测计算波速和确定缺陷位置时有“峰值法”和“起跳法”两种。所谓“峰值法”，也称“峰-峰法”，根据桩底反射计算波速以及根据波速确定缺陷位置时，都采用峰值点确定时间。所谓“起跳法”，也称“升-升法”，采用入射波和反射波的起跳点来计算波速和缺陷位置。
      低应变检测尤其是模型桩测试时，通常会遇到一个问题，明明缺陷和桩底位置都很明显，但是测出来的缺陷位置与实际的缺陷位置存在明显偏差，这个偏差，有些规范的条文说明做了一些解释，但是那种解释有些隔靴搔痒，比如以激振点和测点之间的距离，以及表面波波速低于纵波波速为因素的解释，多少有些荒唐。桩顶那么小的区间，尤其尼龙棒一类的模型桩，直径很小，激振点到安装点的范围内，直达波谈不上是表面波波速的，依然是纵波波速。此外，仪器的采集触发，是以传感器接收到信号为始点的，实际上去掉了这个传播距离的影响。
      如果单纯依据波的传播特性来解释缺陷位置计算误差，更多的应该归咎于大桩浅部的三维效应，包括三维纵波波速与一维纵波波速相差近20%这些方面，测点与安装点之间的距离影响，基本可以忽略不计，特别是小桩和尼龙棒模型桩。

                                                                图1岩海模型桩之一

                               a）峰值法                                                                                 b）起跳法
                                                                图2   同一实测曲线的不同判读模式
      造成缺陷定位误差的真正原因，其实主要是材料中的波速弥散。
图2为图1所示的2.5m长模型桩实测信号，传感器安装在模型桩右侧，从桩顶往下137cm处有明显的缩径缺陷，（a）和（b）分别展示了峰值法和起跳法计算的缺陷位置，不难看出，起跳法测出的位置误差更小，更接近实际的缺陷位置。
      应力波在传播过程中会有材料阻尼引起的波速弥散，导致同一种介质，不同频率波速不同，光波如此，应力波同样如此。波速弥散与材料特性密切相关，尼龙棒比混凝土严重，混凝土比钢材严重。一个典型的案例便是，同一根桩，超声波测试的波速（即便一维）比低应变高出500m/s左右，而低应变又比高应变高出200m/s以上。因为材料阻尼，高频信号在传播过程中会更容易被吸收，导致剩下来的应力波，低频更丰富（早晚太阳是红的、中午是白的，就是这个道理），以至于信号的主瓣宽度逐渐变大，如图2，从桩顶的0.56ms变成桩底的0.68ms。此时如果用峰值法确定波速，那么桩底参与计算的时间值明显偏大，应力波相速度低于实际波速，导致缺陷位置，特别是浅部缺陷位置计算结果偏浅。而起跳法取的是起跳点，波速弥散导致的波速变低问题影响较小，因而计算结果更加接近实际。桩长越长，弥散效应引起的后果越严重，峰峰法计算的误差也就越大。
起跳法的难点在于如何准确确定起跳点。这需要一定经验，如图3所示。即便是模型桩也不能以反射波与坐标轴的相交点为起跳点，还是以反射趋势开始点为起跳点为宜，当然具体应观察反射开始前的波形特征。
 

                                                              图3起跳法起跳点的确定难度
      一个比较合理的建议是，对于尼龙棒模型桩，根据起跳法确定应力波传播波速，以峰值法确定浅部缺陷位置；以峰值法确定应力波传播速度，同样以峰值法确定深部缺陷位置；中部缺陷，可以二者综合。
对于工程桩，缺陷位置可以适当超估，特别是遇到需要现场开挖或者抽芯验证时。
                                                                                                                                       武汉岩海公司技术部
                                                                                                                                             2022年11月28日