橋梁樁基檢測中無損檢測技術(shù)的實際應(yīng)用探索

吳凡 朱坤

摘 要：文章闡述了橋梁樁基常見病害，對橋梁樁基檢測中無損檢測技術(shù)進(jìn)行分析，對既有橋梁樁基人工激震動測法進(jìn)行研究，實現(xiàn)了對既有橋梁樁基的結(jié)構(gòu)狀況無損檢測，以促進(jìn)橋梁樁基檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：樁基檢測 無損檢測 樁基病害

1.橋梁樁基常見病害

樁基目前廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，是橋梁結(jié)構(gòu)的主要承受構(gòu)件，橋梁樁常見的形式主要有灌注樁、預(yù)制樁等。樁基施工工藝不科學(xué)，因勘察不精確等因素影響，會使建成的橋梁樁基存在各種缺陷隱患，隨著時間的推移，樁基質(zhì)量缺陷不斷加大，會影響橋梁的工作安全。目前關(guān)于橋梁樁基常見缺陷有樁基樁徑縮小、混凝土樁基沉渣離析等。

橋梁樁基樁徑直接關(guān)系著橋梁豎向承載力，橋梁樁基縮小在工程領(lǐng)域中較為常見。其主要因處于不良地質(zhì)條件，橋梁樁基周圍土層遇水后吸納管樁孔中突起，地質(zhì)構(gòu)造位含有承壓水地層時，導(dǎo)致樁基混凝土砂漿不斷流失。樁基施工中對樁基鋼筋籠綁扎過于密集露出鋼筋會造成樁徑縮小。

混凝土樁基離析指樁基施工中因混凝土攪拌不均，在進(jìn)行灌注混凝土樁時樁孔存有大量積水沖刷骨料，混凝土砂漿浮于骨料上導(dǎo)致混凝土樁基離析。樁基混凝土沉渣原因主要是在施工中鉆孔灌注樁未對孔底進(jìn)行有效的清孔，導(dǎo)致樁基強(qiáng)度減小，如樁基底部為中風(fēng)化巖，檢測會產(chǎn)生多次同向反射波，如為弱風(fēng)化圍巖，會產(chǎn)生較弱的同向反射波。

2.橋梁樁基檢測中無損檢測技術(shù)

常規(guī)的基樁檢測內(nèi)容主要集中在完整性與承載力檢測兩方面。直接法包括單樁豎向抗壓靜荷載實驗等；半直接法包括高低應(yīng)變法與聲波投射法等。

基樁動測技術(shù)以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)發(fā)展，70年代初期的時候，荷蘭研制基樁檢測系統(tǒng)，由此開始了檢測基樁動測技術(shù)在各個國家中的推廣使用。我國的多家單位針對樁基類型深入研究了動測方法、設(shè)備儀器等方面的內(nèi)容，由此促進(jìn)了低應(yīng)變動測技術(shù)的發(fā)展。該技術(shù)既方便又快捷，一直在橋梁基樁質(zhì)量檢測中有著廣泛的應(yīng)用。但受激發(fā)能量的制約，對長樁的樁底判別較困難，對樁身質(zhì)量判別受干擾因素較多。但需注意的是，低應(yīng)變法能否檢測單樁承載力存在較大爭論。

聲波投射法檢測在聲學(xué)檢測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展，自60年代起，我國便在工程檢測領(lǐng)域開始了應(yīng)用聲波檢測技術(shù)，70年代開始應(yīng)用于檢測混凝土灌注樁的完整性。由于超大直徑混凝土灌裝得到了大量的使用，由此推動了聲波投射法檢測技術(shù)的發(fā)展。此方法優(yōu)點(diǎn)是檢測全面、結(jié)果準(zhǔn)確可靠、檢測不受樁長的限制，適合超大直徑灌注樁的樁身完整性檢測。檢測范圍可覆蓋全樁長的各橫截面，無需樁頂露出地面即可檢測。

鉆芯法適用于檢測混凝土灌注樁的樁身材料強(qiáng)度，鉆機(jī)應(yīng)配備單動雙管鉆具，芯樣取出后應(yīng)由上而下放入芯樣箱中。及時記錄空號，記錄芯樣質(zhì)量的初步描述，選取芯樣進(jìn)行抗壓實驗。鉆芯法比較適用于大直徑樁的檢測，當(dāng)遇到樁長較大的情況，此時要對鉆芯孔垂直度進(jìn)行控制，要是樁出現(xiàn)偏斜，那么鉆芯孔機(jī)就會難于鉆至樁底。檢測速度慢。

3.基樁檢測中常見的問題

每種檢測方法基于其理論的原因有一定的適用范圍，必要時應(yīng)采用多種檢測方法相互補(bǔ)充，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，橋梁工程基樁檢測應(yīng)針對不同地質(zhì)情況，保證基樁工程質(zhì)量。對特長樁采用超聲波投射法。

低應(yīng)變檢測適用范圍有其局限性，定量分析不理想，有效檢測長度受樁土剛比與應(yīng)力波衰減制約，無法進(jìn)行整樁完整性的判別。聲波投射法可校核樁長，適合嵌巖樁與長樁的檢測。鉆芯法可檢測樁身混凝土強(qiáng)度，對重要橋梁工程基樁必須抽取一定比例的基樁檢測。

低應(yīng)變檢測時應(yīng)針對不同樁型選擇不同材質(zhì)的錘擊力棒，用帶尼龍質(zhì)錘擊頭力棒，提高錘擊速度，激震方式是檢測長樁較好的方式，同時，運(yùn)用硬質(zhì)材料激發(fā)的方式可以知道樁身淺部的缺陷程度。

嵌巖樁在橋梁基樁中廣泛采用，一般嵌巖段較長，如采用低應(yīng)變方法檢測，應(yīng)力波很快擴(kuò)散，使有效檢測范圍減小，難以對整樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行客觀評價。

現(xiàn)場檢測開始前，必須先做好準(zhǔn)備工作，要求樁頂至設(shè)計標(biāo)高，避免一些因素影響到采集有效有效信號，例如出露鋼筋過長、樁頭處理不到位等。需注意的是，應(yīng)對激震點(diǎn)的測點(diǎn)進(jìn)行打磨平整，保證聲測管材質(zhì)的剛度，安裝時運(yùn)用絲扣進(jìn)行連接，保證連接質(zhì)量，鋼筋籠安裝的過程中也要對聲測管進(jìn)行保護(hù)。

4.既有橋梁樁基人工激震動測法研究

4.1人工激震動測法概述

地震波結(jié)構(gòu)傳播中縱波波速大于橫波，波形在橋梁樁基傳播中隨橋梁樁基局部材料參數(shù)變化，樁基缺陷尺寸大于波長在缺陷界面產(chǎn)生反射現(xiàn)象。波在橋梁樁基傳播中隨時間的推移減弱振幅，人工激震動測原理是通過激振器瞬時激震，應(yīng)力波沿樁基缺陷傳播產(chǎn)生反射，應(yīng)變儀接受傳回的反射波特征拾取，進(jìn)行系統(tǒng)信息的過濾，分析地震波反射波的波形特點(diǎn)判斷既有橋梁樁基質(zhì)量。

將列陣式傳感器布置在橋墩規(guī)定測點(diǎn)處，采集規(guī)定測點(diǎn)處傳感器微震反射信號，利用激振震源與樁基結(jié)構(gòu)狀況反射信號存在對應(yīng)關(guān)系。如圖1所示為樁基檢測示意圖。

采用人工激震動檢測既有橋梁時，若安裝不合理會導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)干擾波，要根據(jù)工程檢測的實際情況確定傳感器的布置。利用人工激震動進(jìn)行檢測，將樁基視為均質(zhì)同向材料，假設(shè)其震動為彈性，應(yīng)變及移動應(yīng)服從胡克定律。如地震反射波在傳播中遇到阻抗力不同的界面會發(fā)生變化。地震波在樁基傳播由小截面樁基進(jìn)入大截面，可判斷樁基自身存有擴(kuò)徑缺陷。

4.2既有橋梁樁基人工激震動測法的實施

無損檢測前應(yīng)與建橋梁樁基檢測相同，對整個橋梁樁基可能存在的缺陷進(jìn)行大概估計。設(shè)計樁長及樁基混凝土的強(qiáng)度，然后進(jìn)行檢測。

利用人工激震動檢測法進(jìn)行檢測，首先應(yīng)選好傳感器安裝位置，通過將所出的信號經(jīng)一定的處理實現(xiàn)無損檢測。傳感器的使用量對樁基檢測精度影響很大，傳感器是樁基人工激震動檢測系統(tǒng)的重要組分，隨著現(xiàn)代橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)向大型化方向發(fā)展，為測試既有樁基結(jié)構(gòu)自身動力性能，需要很大的激振器。利用傳感器借助隨機(jī)處理技術(shù)檢測既有橋梁樁基很關(guān)鍵，通過環(huán)境測量橋梁樁基的動力響應(yīng)，橋梁樁基自身不會產(chǎn)生危害。在自然環(huán)境下可通過數(shù)據(jù)分析判斷橋梁樁基是否有損傷。

傳感器的性能直接影響既有橋梁檢測采集波形的質(zhì)量，要根據(jù)現(xiàn)場具體情況選定傳感器。傳感器的頻響曲線性應(yīng)大于所測信號主體范圍，小直徑宜采用加速度傳感器，橋墩傳感器布置位置應(yīng)合理，必要時可布置多余傳感器。通常利用黃油對橋墩界面進(jìn)行干燥無水處理，傳感器要具有良好的幅頻特性，避免使用普通速度計與高阻尼應(yīng)變計。

激振器在既有橋梁樁基人工激震動測系統(tǒng)中提供震源，目前對既有橋梁樁基采用人工激震動測法技能型檢測主要采用脈動法、突然施加荷載法、掃頻法等。

5.結(jié)束語

綜上所述，文章對橋梁樁基無損檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，提出橋梁樁基人工激震動測法無損檢測技術(shù)，實現(xiàn)既有橋梁樁基結(jié)構(gòu)樁的無損檢測。既有橋梁樁基檢測三維感染因素較多，選擇合理的激震位置對檢測結(jié)果影響很大，實際工程中應(yīng)充分利用縱橫波的特點(diǎn)，減少干擾波對檢測結(jié)果數(shù)據(jù)的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冠男.既有橋梁樁基無損檢測技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[2]李許東.無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2016（10）： 51-52.

[3]楊蕊.無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2017（05）：128-129+132.