地基基礎檢測中低應變法的實踐應用

王 棟

（四川冶金建筑工程質量檢測有限公司， 四川 成都 610066）

0 引言

低應變法是一種地基基礎檢測常用方法，是一種基于應力波基本理論的無損檢測技術。地基基礎在檢測過程中，容易受到地質條件、施工工藝等因素的影響，從而影響檢測精度。如果成功應用低應變法則可有效降低這些因素對樁基基礎檢測精度的影響，為后期施工提供必要的數據支持和理論依據。

1 低應變法檢測原理分析

低應變法是一種基于應力波基本理論的無損檢測技術，根據應力波激振方式的不同，可分為反射波檢測法、機械阻抗檢測法、共振檢測法、水電效應檢測法，從實踐應用的角度而言，反射波檢測法是目前應用比較廣泛的低應變地基基礎檢測法。具體檢測過程為：測試時，用力錘或力棒敲擊樁頂，產生縱向應力波從樁頂沿樁身向下傳播，當遇到界面缺陷或樁底波阻抗（ρAC）變化界面時，將反射應力波沿樁身傳播回樁頂，經傳感器接收后記錄下來，根據記錄到的波形，通過時域分析、頻域分析和阻抗分析等，從而判斷樁身混凝土的完整性、缺陷的類型、大小及其在樁身中的部位。具體檢測原理如圖1所示：

圖1 低應變法地基基礎檢測原理圖

從圖1中可以看出，低應變法地基基礎檢測原理為：在樁基頂部安裝傳感器對應力波信號進行全面采集，由于應力波在不同介質中層面中會形成正反兩種不同的波形，通過對此波形進行全面系統的分析判斷，就能得到樁基是否完整等信息。

2 地基基礎檢測中低應變法的實踐應用

2.1 選擇合理的測試儀器

在低應變法檢測中，常用的測量儀器為壓電式加速度傳感器，從具體應用效果的角度而言，速度信號有效的分析結果一般在2000Hz以下，但在加速設計時頻響線的頻率需要達到2200～2500Hz才能滿足實際需求。在具體檢測過程中，加速度的原始信號中存在高頻尖峰毛刺，這一點也決定了頻譜上能量的大小。所以在 10%的幅頻誤差范圍中，要盡量避免采用硬質材料直接敲打樁基。此外，在激振設備選擇時，需要根據瞬態激振試驗來選擇與之相適的錘頭，以獲得合適脈沖。實踐結構表明，除大直徑樁基之外，低應變法檢測過程中， 沖擊脈沖的最高頻率要控制在2000Hz以下。

2.2 檢測前的處理工作

在進行低應變法檢測前，需要相對樁頭進行全面處理，并選擇與之相適的測試參數。樁頂條件是否合理，對低應變法檢測信號的收集和分析有至關重要的影響。因此，在檢測前需要把樁體表面發生破損的部分全部清除，直到露出混凝土表面為止，確保樁頂表面的平整性，并磨平傳感器和敲擊點基礎的位置，保證傳感器的穩定性。在實際檢測中，如果發現多次錘擊信號的重復性比較差，需要對傳感器安裝位置是否平整進行檢查，如果發現露筋現象及時處理，避免樁頂截面阻抗發生變化而影響測試信號的準確性[1]。

在選擇低應變法測試參數時，信號記錄的時間段程度應當控制在5ms以上，幅頻信號的頻率范圍則要控制在2000Hz以下。設定的樁長應當是測試點到樁底的總施工長度，截面積應當為樁身施工的截面積。通過采樣間隔及頻率合理確定波速，以保證測試的精度。

2.3 合理安裝傳感器

在傳感器安裝時要和樁頂面相互垂直，通過專業的耦合劑進行粘結，避免在測試過程中傳感器發生位移而影響測試精度。除此之外，實心樁的激振點要擺放樁中心位置，測量傳感器的位置要和激振點處于相同水平面上。為提升檢測的精度，在激振點和測量傳感器安裝時要盡量避開主筋。如果采用瞬態激振，則要在施工現場先進行敲擊點試驗，根據試驗結果選擇與之相適的激振設備。

2.4 合理選擇檢測方法

低應變法在地基基礎檢測中，常用的檢測方式為錘擊法，傳統樁頂敲擊法的難度比較大，并且存在一定的局限性，為滿足現代建筑使用需求，需要對檢測方式進行合理調整。

假設樁基為一維線性桿，其長度為L，截面積為A，彈性模量為E，密度為，樁基彈性波速為C，波阻抗為Z，則該樁基的一維波動方程為：

按照此波動方程可知，當樁基中某個部位存在缺陷，則阻抗會發生變化，應力波從一種介質進入另一種介質時，其速度反射波和速度透射波可用v1和v2來表示。如果樁基質量完好則可得出如下公式：

從這這兩個公式中可以看出，樁基的缺陷程度可根據缺陷反射的幅值定性進行確定，其缺陷的位置則可以根據反射波的時間tx進行，具體公式如：

2.5 保證檢測效果

在具體檢測過程中，為最大限度上保證檢測精度和效果，在地基基礎檢測前，要先做好全面的準備工作，比如：去除樁頂浮漿，并抹平樁頂，為傳感器和激振點的安裝提供基礎。在具體檢測過程中，低應變法需要時刻保持檢測的精度，要保證被測樁基能進行 2次以上的重復測試，以提升測試精度，為進一步保證檢測效果還要做好細節處理工作。

2.6 低應變法的局限性

在地基基礎檢測過程中，無論哪一種檢測方式，都有其明顯有優缺點，就低應變法而言，隨著在地基基礎檢測中，具有檢測效率高、檢測質量有保證等優勢。但也存在一定的局限性，在具體應用過程中需要根據工程特性，充分考慮低應變法檢測的局限性，以提升檢測精度。比如：低應變法只能檢測出波阻抗發生相對變化的情況，可精確檢測出樁基是否存在縮徑或者擴徑等問題，也可以計算出缺陷存在的具體位置。但無法有效確定樁基缺陷的具體性質，此外，在樁基缺陷程度定量分析時也難以難道理想效果，就目前實踐應用現狀而言，低應變法在樁基檢測中，只能定性的給出樁基缺陷程度。特別是在平均波速和混凝土強度關系計算時，低應變法更是無法給出具體的關系結果。此外，當樁基的長徑比超過一定程度時，低應變法也無法給出精確的檢測結果。因此，在低應變法在地基基礎檢查中的實踐應用還要很大的發展空間。

3 結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了地基基礎檢測中低應變法的實踐應用，分析結果表明，在應用低應變法時，為獲得更加精確的檢測結果，需要充分結合地質資料以及樁基的完整性對樁基缺陷進行全面系統的檢測。雖然在具體應用過程中，低應變法還存在一定的局限性，但只要在參數合理、設備合理的基礎上，基本上可以滿足實際要求。