PST和CT檢測(cè)技術(shù)在青東5塊透空式進(jìn)海路工程中的應(yīng)用

姜?jiǎng)t才

摘要：青東5塊產(chǎn)能建設(shè)工程透空式進(jìn)海路，在施工過(guò)程中，部分蓋梁受到了船舶的撞擊，造成不同程度的損傷。為確保橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，需要對(duì)損傷橋樁及蓋梁進(jìn)行檢測(cè)以確定其損傷程度，并決定如何處理。而常規(guī)橋梁檢測(cè)中的外觀檢查、回彈儀檢測(cè)和小應(yīng)變檢測(cè)等方法均無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，采用PST成橋樁病害檢測(cè)和CT檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)損傷橋樁及蓋梁進(jìn)行檢測(cè)分析并提出合理的處理意見(jiàn)，實(shí)施后保證了橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。

關(guān)鍵詞：PST、CT檢測(cè)技術(shù)；青東5塊；透空式進(jìn)海路；應(yīng)用

1 前言

青東 5 塊新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)地面工程擬建灘涂道路、透空式進(jìn)海路及灘海陸岸平臺(tái)一座。項(xiàng)目地處山東東營(yíng)萊州灣西部極淺海海域，透空式進(jìn)海路起點(diǎn)為青東5深水段實(shí)體進(jìn)海路樁號(hào)K6+180處，終點(diǎn)與青東5灘海陸岸平臺(tái)相接，樁號(hào)K8+472.95，全長(zhǎng)2.29km。其中K6+180～K8+370 段采用跨度10m 的管樁橋涵式結(jié)構(gòu)進(jìn)海路。

在施工過(guò)程中有三架蓋梁曾遭受船舶撞擊，受到不同程度的損傷。為確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，需要對(duì)損傷橋樁及蓋梁進(jìn)行檢測(cè)以確定其損傷程度并決定如何處理。常規(guī)橋梁檢測(cè)中的外觀檢查、回彈儀檢測(cè)和小應(yīng)變檢測(cè)等手段均無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，因此采用了PST成橋樁病害檢測(cè)和CT檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)損傷橋樁與蓋梁進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)損壞程度，我們選擇了第58、第59及第210排三個(gè)蓋梁和第210排的左、中、右三根樁進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。蓋梁長(zhǎng)9m，寬1.8m，高1.3m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。橋樁為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，管樁直徑1.2m，管樁壁厚12.5cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80，管樁在蓋梁施工前就已進(jìn)行填芯混凝土的澆筑。蓋梁與橋樁的損傷情況如下圖1～圖4。

2 檢測(cè)方法及其技術(shù)特點(diǎn)

此次檢測(cè)主要針對(duì)被撞混凝土蓋梁和橋樁的混凝土強(qiáng)度和撞擊影響范圍。蓋梁檢測(cè)采用混凝土CT技術(shù)，橋樁檢測(cè)采用PST成橋樁檢測(cè)技術(shù)，對(duì)第210排的中樁截面同時(shí)也進(jìn)行CT檢測(cè)。

2.1 橋梁混凝土CT檢測(cè)

CT檢測(cè)是以二維截面為單位，將三維結(jié)構(gòu)分解成二維的組合，再將二維的結(jié)果合成為三維的結(jié)構(gòu)。CT技術(shù)通過(guò)對(duì)混凝土彈性波速成像，可以了解混凝土的結(jié)構(gòu)完整性、密實(shí)性和強(qiáng)度分布，用于混凝土的質(zhì)量和損傷影響評(píng)價(jià)。該方法分辨率高、可靠性好、圖像直觀，可有效解決工程病害評(píng)價(jià)問(wèn)題。

混凝土CT檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)是以混凝土的波速作為質(zhì)量評(píng)價(jià)的定量指標(biāo)，波速與彈性模量、強(qiáng)度、密實(shí)性正相關(guān)，低波速異常與疏松、缺陷、損傷有關(guān)。它的突出特點(diǎn)是能檢測(cè)出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷和損傷。

2.2 PST成橋樁病害檢測(cè)

PST是基于聲波散射的成橋樁檢測(cè)技術(shù)，專為具有上部結(jié)構(gòu)的橋樁無(wú)損檢測(cè)開(kāi)發(fā)的，它能有效區(qū)分上部結(jié)構(gòu)的反射波與樁身缺陷的反射波，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁體結(jié)構(gòu)、缺陷與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成像，用于評(píng)價(jià)樁體損傷的部位和程度，適用于聲速管和小應(yīng)變不能勝任的工況。

PST檢測(cè)方式沿樁側(cè)面布置多道檢波器，根據(jù)記錄波場(chǎng)中上行波、下行波，進(jìn)行波場(chǎng)分離，分別進(jìn)行偏移成像。

橋樁損傷檢測(cè)將PST技術(shù)與CT技術(shù)相結(jié)合，用于各類橋樁損傷部位與損傷程度的檢測(cè)，它具有如下獨(dú)到的特點(diǎn)。

· PST技術(shù)通過(guò)使用16通道的接收電纜，記錄樁體中上行波、下行波傳播的時(shí)間-空間特征；

· PST技術(shù)有效地區(qū)分和分離出上行波與下行波場(chǎng)，分別對(duì)上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)及其損傷部位成像；

· PST技術(shù)可檢測(cè)樁體混凝土強(qiáng)度、變截面、損傷部位、樁長(zhǎng)以及基礎(chǔ)地質(zhì)結(jié)構(gòu)；

· PST設(shè)備可對(duì)樁體截面進(jìn)行CT成像，通過(guò)圖像提取展現(xiàn)樁體中的宏觀與微觀損傷裂隙分布，精細(xì)地判斷樁體的損傷程度。

3 檢測(cè)儀器和觀測(cè)布置

混凝土CT和橋樁PST檢測(cè)均采用北京同度工程物探技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的PST成橋樁檢測(cè)儀，PST 儀器配置16通道，配有檢波電纜，電纜內(nèi)檢波器間距25cm。

3.1 檢測(cè)儀器

儀器及配套見(jiàn)下表1中PST檢測(cè)儀器。

3.2 觀測(cè)布置

蓋梁CT 的檢測(cè)布置是將檢波電纜布置在蓋梁上邊緣，敲擊點(diǎn)布置在下邊緣與兩端。檢波器間距25cm，敲擊點(diǎn)間距也是25cm。為保證射線的正交性，在兩端補(bǔ)布檢波器，在下邊緣補(bǔ)充敲擊點(diǎn)。觀測(cè)布置點(diǎn)如下圖6～圖8。

第210 排中間樁體截面的CT檢測(cè)，檢波電纜圍繞樁身一圈，在電纜檢波之間敲擊。完成一圈后，將檢波器電纜與敲擊點(diǎn)一起移動(dòng)12.5cm，重復(fù)敲擊，達(dá)到加密檢測(cè)的目的。檢測(cè)布置點(diǎn)如下圖9。

橋樁檢測(cè)的布置是檢波器電纜緊貼橋樁垂入海水中，電纜底端配有重物，上部固定，使檢波電纜靠近樁身。敲擊點(diǎn)在檢波器電纜上方，距電纜第1 個(gè)檢波器距離25cm。敲擊點(diǎn)距蓋梁下界面65cm。檢測(cè)布置點(diǎn)如下圖10、圖11。

4 檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)檢測(cè)共完成三架蓋梁的CT成像，一個(gè)橋樁的橫截面CT成像和三根橋樁的PST 成像?，F(xiàn)分類對(duì)檢測(cè)結(jié)果做以分析。

4.1 蓋梁的檢測(cè)結(jié)果

本次檢測(cè)三架蓋梁，分別為第58、第59和第210排。按照外觀受損的嚴(yán)重程度排序，第210排被船舶撞擊最嚴(yán)重，第59排被船舶撞擊次嚴(yán)重，兩者目視均有可見(jiàn)破損、缺失、裂縫，第58排外觀無(wú)明顯損壞。三架蓋梁的波速CT圖像依次如下圖12中，其中第59排因外觀破損少檢測(cè)了1m。

混凝土CT的工程解釋遵循下列原則：圖像中紅色為高波速區(qū)，波速4300m/s以上，黃色為中高波速區(qū)，波速在4000m/s-4300m/s之間，這兩種顏色的區(qū)域混凝土密實(shí)完整，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50標(biāo)準(zhǔn)，未受撞擊影響。綠色區(qū)為中等波速區(qū)，波速在3400m/s-4000m/s之間，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C40 標(biāo)準(zhǔn)，未受撞擊影響；天藍(lán)色區(qū)域?yàn)榈筒ㄋ賲^(qū)，波速在2000-3400m/s之間，混凝土強(qiáng)度低于C20-C30，屬于低強(qiáng)度區(qū)，澆筑質(zhì)量偏低；藍(lán)色與深藍(lán)色區(qū)域?yàn)樗缮⒒炷羺^(qū)，波速低于2000m/s，為裂縫與微裂隙發(fā)育區(qū)。其中波速在1000-2000m/s的區(qū)域?yàn)槲⒘严栋l(fā)育區(qū)，外觀看不到宏觀裂縫，但波速明顯偏低；波速低于1000m/s的區(qū)域?yàn)榱芽p發(fā)育區(qū)，肉眼可現(xiàn)明顯的宏觀裂縫。根據(jù)上述判別原則，對(duì)3 架蓋梁的CT檢測(cè)結(jié)果做出如下解釋判斷。

4.1.1 第58 排蓋梁：

第58 排蓋梁CT圖像長(zhǎng)9m，高1.3m。圖中90%以上的區(qū)域都是紅黃色區(qū)，少量綠色區(qū)，未見(jiàn)天藍(lán)和深藍(lán)色區(qū)。該蓋梁混凝土基本密實(shí)完整，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有損傷痕跡。

4.1.2 第59 排蓋梁：

第59 排蓋梁的CT 圖像長(zhǎng)8m，高1.3m，右端由于外觀破損少檢測(cè)了1m。梁體中部混凝土強(qiáng)度較高，完整性好，波速4000m/s以上，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50 標(biāo)準(zhǔn)；梁體兩端的面積都是綠色區(qū)域，波速在3400-4000m/s 范圍，混凝土僅達(dá)到C40標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度稍低，但混凝土較均勻，檢測(cè)部分未見(jiàn)損傷痕跡。該蓋梁的樁體支撐部位未見(jiàn)低速區(qū)，外觀破損不影響承載力。

4.1.3 第 210 排蓋梁：

第210排蓋梁的CT 圖像長(zhǎng)9m，高1.3m。圖像反映混凝土結(jié)構(gòu)極不均勻。梁體左部5.5m范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度較高，完整性好，波速4000m/s 以上，沒(méi)有損傷痕跡；梁體右端3.5m范圍內(nèi)，波速低于2000m/s，說(shuō)明混凝土內(nèi)部有微裂隙發(fā)育，混凝土結(jié)構(gòu)松散，特別是右下角1.5m范圍內(nèi)，波速低于1000m/s，外觀有宏觀裂縫。第210排蓋梁右端3.5m的范圍為撞擊損傷影響區(qū)，梁體右角明顯撞擊開(kāi)裂。梁體損傷影響區(qū)約占梁體長(zhǎng)度的40%，建議對(duì)該蓋梁進(jìn)行更換。

4.2 截面 CT檢測(cè)結(jié)果

對(duì)第210 排中間位置的樁體進(jìn)行了一個(gè)截面的CT 檢測(cè)試驗(yàn)。截面位置在蓋梁下方0.55m處。截面CT 圖像如下圖13。從該圖像中可以清楚地看到，樁體中心區(qū)的波速比邊緣低。邊緣混凝土的波速，在4000m/s 以上，達(dá)到了C80標(biāo)準(zhǔn)。中心區(qū)的波速在2800-3500m/s 范圍。在樁體正北方和東南方向存在低速區(qū)，波速低于2800m/s，表明樁體的外殼已遭到損傷，與PST 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有損傷的是同一根樁。

4.3 PST成橋樁檢測(cè)結(jié)果

本次檢測(cè)第210排蓋梁下的三根樁，按位置命名為右、中、左樁。樁體地上高度6～7m，直徑1.2m，為空心樁，樁內(nèi)已用混凝土填充。三根樁的偏移圖像與上行波數(shù)據(jù)分別如下圖14～圖16。

三根樁的結(jié)果對(duì)比如下圖17，橋樁檢測(cè)結(jié)果解釋原理如下：PST 檢測(cè)提供的是樁體結(jié)構(gòu)的偏移圖像，圖像的原點(diǎn)是蓋梁和樁的交界面?？v坐標(biāo)是從交界面算起的深度。不同深度上的橫向線條表示反射界面的位置，線條橫向的長(zhǎng)度表示界面反射強(qiáng)度的大小。線條長(zhǎng)表示反射強(qiáng)，界面兩側(cè)差異大。線條紅色表示介質(zhì)波阻抗變大、剛度上升的界面，藍(lán)色表示波阻抗變小、剛度下降的界面。偏移圖像中波阻抗變化的界面包含多種物理對(duì)象，結(jié)構(gòu)缺陷、裂縫、樁身截面積變化、樁體周圍地層界面等都在偏移圖像中有所反映。根據(jù)PST 圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)缺陷解釋時(shí)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)資料排除樁體結(jié)構(gòu)變化界面，再根據(jù)地質(zhì)資料排除地層界面，除去這些反射界面之后，余下的基本都是結(jié)構(gòu)損傷界面。本次檢測(cè)的樁身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，都是預(yù)制壓入的單樁，樁之間沒(méi)有系梁，下部結(jié)構(gòu)的正常反射只有樁底。雖然樁周圍的地質(zhì)資料不清，但因?yàn)闃段唤咏?，可以?根樁的偏移圖像放在一起進(jìn)行分析比較，確定地層反射界面的位置。

根據(jù)上述解釋原則，對(duì)圖17中的3根樁的偏移圖像進(jìn)行分析和比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)一些共同的特點(diǎn)。

4.3.1 上圖17中3 幅偏移圖像中最上部的藍(lán)色反射界面在2m處，為水面的位置；

4.3.2 上圖17中3 幅圖中最強(qiáng)的反射界面位于6.5m處，是海底界面的反射；

4.3.3 上圖17中海底界面以下，還存在9組反射界面，這些界面在3 根樁的圖像中位置是一致的，推斷為地層界面；

4.3.4 樁底界面的反射在24m左右，其中左側(cè)和中間的兩根樁底界面很清楚，右側(cè)的樁底界面不清楚。

上述分析比較確定了結(jié)構(gòu)與地層的反射界面位置，剔除這些共同的反射界面后可以發(fā)現(xiàn)，中樁在3.0m的位置還存在一個(gè)較強(qiáng)的反射面，其它兩根樁在這個(gè)位置上無(wú)反射。該反射面具有先藍(lán)后紅的特點(diǎn)，推斷該處存在損傷面。檢測(cè)時(shí)損傷面在水下1m 位置，即距離蓋梁和樁的交界面3m處。

5 檢測(cè)分析結(jié)論和建議

綜合蓋梁CT檢測(cè)、PST 橋樁檢測(cè)和橋樁截面CT 檢測(cè)的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

（1）第210排蓋梁右段3.5m長(zhǎng)度內(nèi)遭受了撞擊損傷，混凝土波速低于2000m/s，存在微裂隙與宏觀裂縫，混凝土遭受了破壞；

（2）第210排中間位置的樁體，在距蓋梁3.0m 的位置存在損傷，截面CT 的檢測(cè)結(jié)果也證明該樁體外殼遭受損傷；

綜上所述，建議對(duì)第210排蓋梁進(jìn)行更換，對(duì)中樁進(jìn)行加固、修補(bǔ)處理。

6 結(jié)束語(yǔ)

按檢測(cè)意見(jiàn)，對(duì)第210排蓋梁拆除后重新進(jìn)行了澆筑，并對(duì)第210排中間樁基進(jìn)行了加固處理，處理后經(jīng)過(guò)檢測(cè)達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)，確保了橋梁結(jié)構(gòu)安全，取得了成功應(yīng)用。

綜上所述，PST成橋樁病害檢測(cè)以及混凝土橋梁CT檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到橋梁施工質(zhì)量控制、運(yùn)營(yíng)橋梁的運(yùn)維保診斷及病害治理效果評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)，都將發(fā)揮特殊的作用，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

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