地基基础检测中低应变法的实践应用

王 栋

（四川冶金建筑工程质量检测有限公司， 四川 成都 610066）

0 引言

低应变法是一种地基基础检测常用方法，是一种基于应力波基本理论的无损检测技术。地基基础在检测过程中，容易受到地质条件、施工工艺等因素的影响，从而影响检测精度。如果成功应用低应变法则可有效降低这些因素对桩基基础检测精度的影响，为后期施工提供必要的数据支持和理论依据。

1 低应变法检测原理分析

低应变法是一种基于应力波基本理论的无损检测技术，根据应力波激振方式的不同，可分为反射波检测法、机械阻抗检测法、共振检测法、水电效应检测法，从实践应用的角度而言，反射波检测法是目前应用比较广泛的低应变地基基础检测法。具体检测过程为：测试时，用力锤或力棒敲击桩顶，产生纵向应力波从桩顶沿桩身向下传播，当遇到界面缺陷或桩底波阻抗（ρAC）变化界面时，将反射应力波沿桩身传播回桩顶，经传感器接收后记录下来，根据记录到的波形，通过时域分析、频域分析和阻抗分析等，从而判断桩身混凝土的完整性、缺陷的类型、大小及其在桩身中的部位。具体检测原理如图1所示：

图1 低应变法地基基础检测原理图

从图1中可以看出，低应变法地基基础检测原理为：在桩基顶部安装传感器对应力波信号进行全面采集，由于应力波在不同介质中层面中会形成正反两种不同的波形，通过对此波形进行全面系统的分析判断，就能得到桩基是否完整等信息。

2 地基基础检测中低应变法的实践应用

2.1 选择合理的测试仪器

在低应变法检测中，常用的测量仪器为压电式加速度传感器，从具体应用效果的角度而言，速度信号有效的分析结果一般在2000Hz以下，但在加速设计时频响线的频率需要达到2200～2500Hz才能满足实际需求。在具体检测过程中，加速度的原始信号中存在高频尖峰毛刺，这一点也决定了频谱上能量的大小。所以在 10%的幅频误差范围中，要尽量避免采用硬质材料直接敲打桩基。此外，在激振设备选择时，需要根据瞬态激振试验来选择与之相适的锤头，以获得合适脉冲。实践结构表明，除大直径桩基之外，低应变法检测过程中， 冲击脉冲的最高频率要控制在2000Hz以下。

2.2 检测前的处理工作

在进行低应变法检测前，需要相对桩头进行全面处理，并选择与之相适的测试参数。桩顶条件是否合理，对低应变法检测信号的收集和分析有至关重要的影响。因此，在检测前需要把桩体表面发生破损的部分全部清除，直到露出混凝土表面为止，确保桩顶表面的平整性，并磨平传感器和敲击点基础的位置，保证传感器的稳定性。在实际检测中，如果发现多次锤击信号的重复性比较差，需要对传感器安装位置是否平整进行检查，如果发现露筋现象及时处理，避免桩顶截面阻抗发生变化而影响测试信号的准确性[1]。

在选择低应变法测试参数时，信号记录的时间段程度应当控制在5ms以上，幅频信号的频率范围则要控制在2000Hz以下。设定的桩长应当是测试点到桩底的总施工长度，截面积应当为桩身施工的截面积。通过采样间隔及频率合理确定波速，以保证测试的精度。

2.3 合理安装传感器

在传感器安装时要和桩顶面相互垂直，通过专业的耦合剂进行粘结，避免在测试过程中传感器发生位移而影响测试精度。除此之外，实心桩的激振点要摆放桩中心位置，测量传感器的位置要和激振点处于相同水平面上。为提升检测的精度，在激振点和测量传感器安装时要尽量避开主筋。如果采用瞬态激振，则要在施工现场先进行敲击点试验，根据试验结果选择与之相适的激振设备。

2.4 合理选择检测方法

低应变法在地基基础检测中，常用的检测方式为锤击法，传统桩顶敲击法的难度比较大，并且存在一定的局限性，为满足现代建筑使用需求，需要对检测方式进行合理调整。

假设桩基为一维线性杆，其长度为L，截面积为A，弹性模量为E，密度为，桩基弹性波速为C，波阻抗为Z，则该桩基的一维波动方程为：

按照此波动方程可知，当桩基中某个部位存在缺陷，则阻抗会发生变化，应力波从一种介质进入另一种介质时，其速度反射波和速度透射波可用v1和v2来表示。如果桩基质量完好则可得出如下公式：

从这这两个公式中可以看出，桩基的缺陷程度可根据缺陷反射的幅值定性进行确定，其缺陷的位置则可以根据反射波的时间tx进行，具体公式如：

2.5 保证检测效果

在具体检测过程中，为最大限度上保证检测精度和效果，在地基基础检测前，要先做好全面的准备工作，比如：去除桩顶浮浆，并抹平桩顶，为传感器和激振点的安装提供基础。在具体检测过程中，低应变法需要时刻保持检测的精度，要保证被测桩基能进行 2次以上的重复测试，以提升测试精度，为进一步保证检测效果还要做好细节处理工作。

2.6 低应变法的局限性

在地基基础检测过程中，无论哪一种检测方式，都有其明显有优缺点，就低应变法而言，随着在地基基础检测中，具有检测效率高、检测质量有保证等优势。但也存在一定的局限性，在具体应用过程中需要根据工程特性，充分考虑低应变法检测的局限性，以提升检测精度。比如：低应变法只能检测出波阻抗发生相对变化的情况，可精确检测出桩基是否存在缩径或者扩径等问题，也可以计算出缺陷存在的具体位置。但无法有效确定桩基缺陷的具体性质，此外，在桩基缺陷程度定量分析时也难以难道理想效果，就目前实践应用现状而言，低应变法在桩基检测中，只能定性的给出桩基缺陷程度。特别是在平均波速和混凝土强度关系计算时，低应变法更是无法给出具体的关系结果。此外，当桩基的长径比超过一定程度时，低应变法也无法给出精确的检测结果。因此，在低应变法在地基基础检查中的实践应用还要很大的发展空间。

3 结束语

综上所述，本文结合理论实践，分析了地基基础检测中低应变法的实践应用，分析结果表明，在应用低应变法时，为获得更加精确的检测结果，需要充分结合地质资料以及桩基的完整性对桩基缺陷进行全面系统的检测。虽然在具体应用过程中，低应变法还存在一定的局限性，但只要在参数合理、设备合理的基础上，基本上可以满足实际要求。