低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

摘?要：橋梁樁基工程處于地下，具有較強(qiáng)的隱蔽性，加上地質(zhì)條件、施工技術(shù)等因素影響，樁基質(zhì)量如果存在問(wèn)題將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害。加強(qiáng)橋梁樁基的檢測(cè)，保證橋梁樁基質(zhì)量十分必要。常見(jiàn)的檢測(cè)方法有：靜載荷試驗(yàn)、高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、聲波透射法和鉆孔取芯法。由于部分檢測(cè)方法具有破壞性和不可逆性，因此橋梁樁基檢測(cè)中常用的低應(yīng)變法和聲波透射法。

關(guān)鍵詞：低應(yīng)變;橋梁基裝;樁基質(zhì)量;無(wú)損檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.16??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

橋梁樁基完整性是橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要保障條件之一，因此橋梁樁基的完整性檢測(cè)十分必要。目前市場(chǎng)常見(jiàn)的樁基完整性的檢測(cè)方法有靜載荷試驗(yàn)、高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、聲波透射法和鉆孔取芯法，其中靜載荷試驗(yàn)、高應(yīng)變法、鉆孔取芯法對(duì)樁基具有破壞性，適用于抽樣檢測(cè)不適用大規(guī)模檢測(cè)。低應(yīng)變法檢測(cè)樁基完整性，對(duì)樁基樁身、樁基結(jié)構(gòu)、樁基性能沒(méi)有破壞，同時(shí)較為準(zhǔn)確準(zhǔn)確地判定出樁身的缺陷類(lèi)型、缺陷位置及缺陷大小，因此低應(yīng)變法實(shí)際應(yīng)用上更有優(yōu)勢(shì)。

1?低應(yīng)變法

1.1?低應(yīng)變法基本理論

低應(yīng)變法[1]是指在受檢樁基樁頂施加一個(gè)垂向瞬態(tài)沖擊力。樁身在沖擊力的作用下產(chǎn)生彈性波，采用可以接受位移、速度、加速度信號(hào)的傳感器接收響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的時(shí)域分析或頻域分析，判斷樁身結(jié)構(gòu)是否存在缺陷的方法。

低應(yīng)變法檢測(cè)樁身質(zhì)量的前提條件是把樁基假定為一維彈性直桿，且假定樁周土對(duì)彈性波沿樁身傳播沒(méi)有影響[2]。樁身中上下兩種不同介質(zhì)的波阻抗分別用Z1和Z2表示，介質(zhì)密度、波速、樁身截面積、彈性模量分別用ρ、c、A、E表示，其中：

令樁身質(zhì)量完整性系數(shù)：

反射系數(shù)為：

當(dāng)在樁頂部給一個(gè)動(dòng)態(tài)力后，產(chǎn)生彈性波，以波速c沿樁身傳播，當(dāng)截面波阻抗發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波和透射波。根據(jù)上下兩種介質(zhì)波阻抗的變化情況，可分為以下三種情況：

（1）波阻抗沒(méi)有變化。該情況下，反射系數(shù)為0，彈性波全部透過(guò)界面?zhèn)鞑ブ料露?，無(wú)反射波存在。由此我們可以認(rèn)為樁身完整，如果樁為嵌巖樁且樁底巖石與樁身混凝土波阻抗十分接近，樁底無(wú)反射信號(hào)。

（2）波阻抗變小。該情況下，反射系數(shù)大于0，彈性波傳播到界面發(fā)生反射，反射波與入射波同相，透射波的幅度小于入射波。

（3）波阻抗變大。該情況下，反射系數(shù)小于0，彈性波傳播到界面發(fā)生反射，反射波與入射波反相，透射波的幅度大于入射波[3]。

圖1樁身完整，樁長(zhǎng)為L(zhǎng)，樁底一次反射時(shí)間為t，彈性波在樁身中傳播的波速為c，則三者之間的關(guān)系為：

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作時(shí)需保證知道波速和樁長(zhǎng)中的一個(gè)數(shù)值。

1.2?檢測(cè)注意事項(xiàng)

為了保證低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性，降低現(xiàn)場(chǎng)不確定因素影響，在檢測(cè)工作開(kāi)展前，要做好如下準(zhǔn)備工作：（1）檢測(cè)前保證受檢樁樁身混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%且樁身強(qiáng)度不低于15Mpa，檢查受檢樁的材質(zhì)、強(qiáng)度、截面尺寸與設(shè)計(jì)文件是否相符。（2）處理待檢樁基樁頭。（3）合理安裝傳感器。

2?樁基常見(jiàn)缺陷

2.1?樁身混凝土問(wèn)題

樁身混凝土連續(xù)性均勻性不好，會(huì)導(dǎo)致樁身混凝土離析、夾泥、空洞。離析指樁身外表完整，內(nèi)部混凝土松散。離析常見(jiàn)成因：成樁原料不符合標(biāo)準(zhǔn)或者混凝土配合比不當(dāng)，或者施工過(guò)程中振搗不充分導(dǎo)致混凝土不密實(shí)，在樁身某些位置砂石比例高導(dǎo)致混凝土呈現(xiàn)蜂窩狀。夾泥常見(jiàn)成因：成樁過(guò)程中混凝土質(zhì)量把控不嚴(yán)格混入沙土，或者成樁過(guò)程中孔壁坍塌，周?chē)嗤翐饺霕渡?空洞常見(jiàn)成因：混凝土中存在大顆粒砂石，振搗后混凝土仍不均勻，大量砂石的集中形成空洞。

2.2?樁身截面積問(wèn)題

樁身截面積發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)徑、縮徑、斷樁等問(wèn)題。擴(kuò)徑指灌注樁的某些位置截面積明顯擴(kuò)大的情況，這些位置的樁徑明顯大于設(shè)計(jì)樁徑。通常情況，擴(kuò)徑視為“良性缺陷”，對(duì)樁身完整性和結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響?？s徑指灌注樁的某些位置截面積明顯變下的情況，這些位置的樁徑明顯小于設(shè)計(jì)樁徑。通常情況，縮頸對(duì)對(duì)樁身完整性和承載力有負(fù)面影響。

3?工程實(shí)例

3.1?完整樁基

根據(jù)樁底受力情況可將樁基分為摩擦樁和端承樁，這兩種樁底的波形曲線在樁底部分有所不同。摩擦樁的樁身波阻抗大于樁底土層的波阻抗，由低應(yīng)變理論可知樁底反射波和入射波相位相同，端承樁波形曲線的樁底位置曲線根據(jù)樁底巖層的波阻抗與樁身波阻抗的大小而定。

案例1，西南某地區(qū)某橋樁基，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)18m，樁徑15m，混凝土強(qiáng)度為C35，樁底嵌巖，樁底巖層為弱風(fēng)化粉砂巖。低應(yīng)變檢測(cè)波形曲線如圖4，曲線平滑，樁底有同相反射信號(hào)，可判定樁身完整性良好。

3.2?樁基淺部裂痕夾泥

案例2，西南某地區(qū)某橋樁基，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)16.5m，樁徑10m，混凝土強(qiáng)度為C40，低應(yīng)變曲線如圖5（a）所示，由圖5可知，該樁淺部存在明顯缺陷，高頻振蕩衰減，波形曲線類(lèi)似于斷樁曲線，對(duì)樁淺部開(kāi)挖，0.8m左右處樁身混凝土存在裂痕，截除上部混凝土后，低應(yīng)變曲線圖5（b）正常。

案例3，某橋墩樁基設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)20.5m，樁徑1.0m，混凝土強(qiáng)度C35，低應(yīng)變曲線如圖6（a）所示，由圖6（a）可知，樁身2m處存在明顯缺陷，缺陷反射等間距，對(duì)樁基進(jìn)行開(kāi)挖，2m左右處發(fā)現(xiàn)樁身嚴(yán)重夾泥，混凝土連續(xù)性很差。將2m以上樁基截去重新接樁，重新檢測(cè)，低應(yīng)變曲線圖6（b）正常。

4?結(jié)語(yǔ)

樁基施工過(guò)程中不可控因素較多且受施工工藝限制，可能存在樁身傾斜、縮頸、夾泥、離析、斷樁等問(wèn)題，對(duì)樁身完整性產(chǎn)生影響，樁基承載力大打折扣。采用低應(yīng)變法對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合開(kāi)挖，取芯手段驗(yàn)證，可以對(duì)樁身完整性較為準(zhǔn)確的判定，避免因樁基質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]李向翠，陳國(guó)勇.反射波法在基樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1999（03）：4952+57.

[2]陳凡.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]張磊.超聲波透射法與低應(yīng)變反射波法在基樁檢測(cè)中的對(duì)比研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：孔嘯（1993—?），男，河南項(xiàng)城人，碩士，助教，研究方向：地震勘探技術(shù)、工程檢測(cè)。