探討低應(yīng)變法在橋梁樁基檢測技術(shù)中的應(yīng)用分析

范 波

安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）

探討低應(yīng)變法在橋梁樁基檢測技術(shù)中的應(yīng)用分析

范 波

安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所（國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）

橋梁施工的各類樁基中，以鉆孔灌注樁的使用最為廣泛。鉆孔灌注樁的施工屬于隱蔽工程，施工難度大、施工工序復(fù)雜、施工條件受到諸多因素限制，從而使鉆孔灌注樁不可避免的出現(xiàn)質(zhì)量問題。因此對于橋梁樁基無損檢測具有重要意義。本文對低應(yīng)變法在橋梁樁基檢測技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

橋梁樁基檢測；無損檢測技術(shù)；應(yīng)用

前言

在橋梁的運(yùn)行中，基樁是其整個(gè)結(jié)構(gòu)中非常重要的組成部分，基樁的質(zhì)量是否過關(guān)直接關(guān)系到整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)安全。目前，各工程單位即監(jiān)理、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工等各方以及各有關(guān)部門對橋梁基樁的質(zhì)量問題給與了高度的關(guān)注。而且質(zhì)量檢測的主要指標(biāo)便是樁身完整性檢測，目前主要采用低應(yīng)變法來進(jìn)行基樁樁身的完整性檢測。

1　橋梁樁基的概述及常見病害

1.1橋梁樁基的概述

橋梁樁基是連接橋梁與承臺的基礎(chǔ)，通過橋梁樁基可以將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載有效的傳遞到地下較為堅(jiān)硬的土壤和巖層中。橋梁樁基承擔(dān)了較大的豎向荷載，同時(shí)也會承擔(dān)橋梁的水平荷載，可以對軟弱地基進(jìn)行處理。橋梁樁基是對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，以便對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載，橋梁樁基在橋梁工程中的應(yīng)用非常廣泛，并且橋梁樁基的加固效果也非常好。

1.2橋梁樁基常見病害

由于地質(zhì)條件和施工技術(shù)的關(guān)系導(dǎo)致橋梁樁基存在幾種常見缺陷，例如樁基樁徑出現(xiàn)縮小的現(xiàn)象，因?yàn)闃痘惭b在含水較高的地層中，地質(zhì)條件對樁基造成的危害比較大。樁基外部的混凝土層長期遇水會導(dǎo)致樁徑縮小，另外由于水流的長期沖刷造成樁基外徑的混凝土層不斷變薄，導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)樁徑縮小的現(xiàn)象?；炷敛馁|(zhì)的樁基還會出現(xiàn)沉渣的問題，該問題主要是因?yàn)闃蛄簶痘谑┕r(shí)，沒有對樁基孔底進(jìn)行徹底的清理，導(dǎo)致樁基強(qiáng)度不足。樁基在長期使用過程中，會出現(xiàn)中風(fēng)化巖的現(xiàn)象，出現(xiàn)樁基沉渣缺陷。混凝土樁基還會出現(xiàn)離析問題，這主要是因?yàn)榛炷翗痘谑┕み^程中，混凝土的攪拌不均勻，所以混凝土之間的固結(jié)程度受到影響，混凝土材料中出現(xiàn)骨料懸浮的現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土樁基最終出現(xiàn)形變現(xiàn)象。

2　低應(yīng)變檢測技術(shù)的原理

實(shí)際情況的鉆孔灌注樁，樁身長度往往比樁身直徑大許多倍，因此根據(jù)一維彈性波理論，可以將樁基視為一維彈性桿件，并且不考慮樁周圍土體對沿樁身傳播應(yīng)力波的影響。當(dāng)樁頂施加一瞬態(tài)錘擊振力，由于樁與周圍土之間的波阻抗差異懸殊，應(yīng)力波大部分能量將在樁內(nèi)傳播。而在傳播過程中遇到樁基截面發(fā)生變化，波將在阻抗變化的界面（如斷裂、裂縫、縮徑、擴(kuò)徑、夾泥等）產(chǎn)生反射。在波的傳播過程中，有一部分過界面繼續(xù)沿著桿往下傳播（稱為透射波），而另一部分則從阻抗的界面上反射回來（稱為反射波）。樁身的缺陷、樁底均可以根據(jù)反射波的相位、振幅、頻率等特性，輔以地質(zhì)資料、施工記錄以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對其性質(zhì)進(jìn)行綜合判定。

3　低應(yīng)變法在樁基檢測工作中應(yīng)用

低應(yīng)變反射波法（ 低應(yīng)變法） 的檢測基礎(chǔ)是一維波動方程理論。這種檢測方法將受檢樁身假設(shè)成為“一位彈性桿件”，在進(jìn)行檢測過程中先用錘子在樁頂進(jìn)行錘擊，進(jìn)而激發(fā)樁頂周圍的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動，這些振動會從樁頂向下傳播，形成應(yīng)力波。當(dāng)應(yīng)力波傳播到缺陷界面處和樁基的底部時(shí)，應(yīng)力波會發(fā)生透射和反射，這些發(fā)射波會成為新的振源引起周圍質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動。有一部分反射波會經(jīng)過樁身傳播到達(dá)樁頂，此時(shí)這部分反射波就會被樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮?，形成相?yīng)的反射波形。我們可以根據(jù)反射波到達(dá)樁頂?shù)臅r(shí)間以及波形的具體情況推斷出樁基的長度和樁基缺陷的深度，同時(shí)還可以根據(jù)反射波形的相位和幅度判斷缺陷的種類。雖然低應(yīng)變法的原理很簡單，但是在實(shí)際的檢測過程中需要應(yīng)用到物理學(xué)、數(shù)學(xué)、信號學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)等多種學(xué)科知識，同時(shí)也需要由測量系統(tǒng)、激振系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)這三個(gè)子系統(tǒng)組成的樁基檢測儀對信號進(jìn)行采集和分析。

3.1數(shù)據(jù)的收集和整理

在橋梁樁基檢測過程中，傳感器是橋梁樁基檢測的關(guān)鍵設(shè)備。因此，檢測人員必須選擇高質(zhì)量的傳感器，只有保證傳感器的質(zhì)量，才能保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳感器必須和樁基的光面緊密銜接，不能存在縫隙，檢測人員為了保證傳感器和樁基的緊密性會在傳感器底部涂抹黃油。檢測人員在檢測完成以后需要建立數(shù)據(jù)檔案，并定期更新數(shù)據(jù)檔案，才能保證檢測數(shù)據(jù)和實(shí)際檢測結(jié)果相符。

3.2數(shù)據(jù)的處理

雖然低應(yīng)變檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于橋梁工程檢測中，但是低應(yīng)變檢測技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在一定的缺陷，會對橋梁工程的施工質(zhì)量和施工安全有很大影響。橋梁工程的樁基需要具備以下因素：一是波速，二是樁基反射信號，三是曲線信號。但是，樁基底部土質(zhì)的沉淀情況會對樁基檢測產(chǎn)生一定的影響，檢測人員必須充分考慮到外部因素對檢測曲線的影響。如今，傳統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)無法滿足檢測數(shù)據(jù)處理需求，施工企業(yè)必須引進(jìn)先進(jìn)的檢測技術(shù)，合理的處理檢測數(shù)據(jù)。樁基檢測是橋梁工程施工中必不可少的環(huán)節(jié)，而且需要貫穿橋梁施工全程，更好的保證橋梁工程的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，避免安全事故的發(fā)生。地基是橋梁工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是低應(yīng)變檢測技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。檢測人員需要加強(qiáng)地基檢測管理，保證橋梁工程地基的穩(wěn)定性。

4　低應(yīng)變法檢測注意事項(xiàng)

在檢測測量傳感器裝設(shè)與激振需注意以下事項(xiàng)： 傳感器裝設(shè)應(yīng)該和基樁的頂部面相垂直； 通過藕合劑進(jìn)行粘連時(shí)，要具備充分的粘連強(qiáng)度； 激振點(diǎn)要選取實(shí)體基樁的中心部位，裝設(shè)測量傳感器部位應(yīng)選擇在距基樁中心的2/3 半徑位置； 空心樁激振點(diǎn)和測量傳感器裝設(shè)部位應(yīng)放到相同水平面，同時(shí)和樁體中心的連線應(yīng)最好呈90°角，測量傳感器裝設(shè)部位和激振點(diǎn)應(yīng)在樁壁厚1/2 位置； 進(jìn)行瞬態(tài)激振可利用敲擊測驗(yàn)，應(yīng)選用適宜重量的錘墊與激振力錘，適宜采用寬脈沖得到樁體下端或樁底缺陷的反射信號，應(yīng)采取窄脈沖得到樁體上端缺陷的反射信號；穩(wěn)態(tài)激振要在每個(gè)設(shè)定的頻率之下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)響應(yīng)信號的收取，并依據(jù)基樁長度、徑長和樁周土的約束狀況對激振力實(shí)施調(diào)控。

5　結(jié)束語

總而言之，橋梁樁基的施工環(huán)境復(fù)雜，各工序也有其高度的隱蔽性，因此在施工過程極易出現(xiàn)影響基樁質(zhì)量的缺陷，而無損檢測技術(shù)因?yàn)槠錈o損的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用到橋梁工程的檢測中，其中在橋梁樁基檢測中應(yīng)用的最為廣泛。

［1］劉占文.超聲波法和低應(yīng)變法在橋梁基樁檢測中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2012（29）： 219-220.