淺談公路樁基檢測新技術應用要點

胡承寧，金 鑫

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 公路樁基的分類

根據(jù)施工方法的不同，可以將樁基分為以下幾種:沖孔、挖空以及鉆孔;根據(jù)樁基承載力的不同，其可以分為摩擦樁、端承樁以及摩擦端承樁;根據(jù)樁基直徑的不同，其可以分為大、中、小直徑樁基，通常公路工程中使用的都為大直徑樁基;根據(jù)樁基底部形狀有鋼底、平底樁;根據(jù)樁基縱向截面有直身樁、多節(jié)樁、擴底樁、竹節(jié)樁和表面帶螺紋的樁基。而在選擇樁基檢測技術時，必須根據(jù)具體的工程實際，針對不同類型的樁基采取適宜的檢測方法，從而獲得準確的檢測結果。

2 公路中樁基的檢測技術分析

2.1 靜載荷實驗法

靜載荷實驗法是一種十分常見的樁基檢測技術。靜載荷實驗法，主要是通過對樁基的頂部施以一定的載荷，再對荷載進行控制確保整體的受力均勻，在此過程中要求對樁基底部情況進行觀察，并繪制出P－S 載荷曲線。根據(jù)實驗中所得到的曲線，檢測人員可以判斷出樁基工程的施工質量。

但是，靜載荷實驗法應用于公路工程也具有幾下缺點:(1)測量周期與時間長，不少設備的調試與測量需要較長的時間進行;(2)檢測成本高。

2.2 聲波透射法

聲波透射法自上個世紀80年代以來就得到了廣泛的應用，其主要是利用聲波的投射實現(xiàn)對樁基全面、立體且詳細的檢測。聲波透射法的使用過程如下所示。(1)將具有超聲波脈沖發(fā)射器與接受探頭的聲測管預埋在樁基中，用于接收脈沖發(fā)生儀器發(fā)出的脈沖。(2)采用測量系統(tǒng)對脈沖投射時間、接收脈沖的頻率、脈沖最大值以及接收波形等進行計算;(3)對所得的參數(shù)進行綜合性的考慮，并使用DSP 系統(tǒng)對樁基缺陷的位置、大小進行判定。

一般情況下，聲波透射法不容易受到施工周邊環(huán)境的影響，但是由于聲波具有透射、散射以及漫反射的問題，其檢測結構必然也存在一定的偏差。

2.3 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是采取鉆孔的方法，從公路樁基中取出樣芯，再由檢測人員對樣芯進行試驗，檢測樁基強度、樁底部沉渣以及局部缺陷等，最終判斷出樁基的施工質量。但是，由于鉆孔取芯法只是選取某一處的樣芯，無法對樁基的狀況進行全面的檢測，而只是通過局部的情況反應大致的情況，因此，其在實際工程中往往不會被大范圍地使用。

3 公路樁基檢測新技術分析

3.1 低應變動測原理

低應變動測，也可以稱為是反射波法，其由應力波理論發(fā)展而來，低應變動測不會對檢測樁基造成損傷，影響樁基的使用性能，是一種無損傷檢測技術。低應變動測主要是用小錘敲擊樁頂，其后彈性波會向著樁身的下部延伸，若是樁身存在波阻抗界面(樁體斷裂或是樁身截面積變化)都會導致反射波的出現(xiàn)。接著，通過傳感器接收反射波信號，并對其進行放大濾波和數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)對反射波信號的一一識別。利用低應變動測法可以實現(xiàn)對樁身混凝土完整性的判斷，明確樁身缺陷的的位置、大小。當前，我國對低應變動力檢測樁身完整性的分類及定義如表1 所示。

表1 樁身完整性分類

設樁為一維線彈性桿;L 為長度;A 為橫截面積;E 為彈性模量;ρ 為質量密度;C 為其彈性波速(C2=E/ρ)，廣義波阻抗Z=AρC，其一維波動方程如式(1)所示:

如果樁中某處的阻抗出現(xiàn)變化，應力波由介質Ⅰ(阻抗是Z1)進到介質Ⅱ(阻抗是Z2)，將會產(chǎn)生速度反射波Vr與速度透射波Vt。

令樁身質量完好系數(shù)β=Z2－Z1，如式(2)

若是對樁頂施以一定的瞬時外力F(t)，樁內彈性波會向著樁身的下部延伸，遇到波阻抗界面則出現(xiàn)反射，則其彈性波速計算如式(3)所示

式中:L 為樁長;Δt 為樁底反射波到過時間。

若是樁身具有缺陷或是出現(xiàn)斷樁的情況，各界面的反射波就會導致曲線極為復雜。針對這樣的情況，檢測人員應詳細分析波形，確定合理的缺陷反射時間，并依據(jù)此確定缺陷位置，如式(4)

式中:C 為同一工地內多根已測合格樁樁身縱波速度的平均值;Lx 為缺陷部距樁頂?shù)木嚯x。

3.2 現(xiàn)場檢測應主要的幾個問題

(1)在對公路的樁基進行檢測時，應做好事先的清理工作，除去樁基上的浮漿、割去過長的鋼筋，以確保檢測的準確性。

(2)現(xiàn)場檢測的準備工作還包括檢測設備的測試，確保其無異常、無損壞。

(3)應根據(jù)公路施工的實際情況，進行激振方式與接收條件的選擇試驗。

(4)對樁基進行檢測時，應將激振點、傳感器設置到位，前者要保持在樁頭中心，后者要保持距樁中心2/3R;值得注意的是，24 個測點的安排應根據(jù)具體的樁基大小來定，但是必須遵循圓周狀均勻分布的原則。

(5)在檢測中，可以使用增強信號的措施，避免隨機干擾的影響。

(6)小能量激振、高截止頻率的傳感器與放大器的應用，都可以達到提高檢測分辨率的目的。

(7)在檢測的過程中，每根被檢測的單樁都要反復測試。若是出現(xiàn)異常波形，首先應檢查檢測過程是否受到一些干擾因素的影響，并將干擾因素去除之后再次進行檢測。

3.3 試驗數(shù)據(jù)分析

如果單樁有缺陷，其缺陷性質以及嚴重程度可以按照以下的波形特征進行分析:

(1)縮頸問題。在對單樁進行檢測時，若是其存在縮頸的缺陷，則檢測得到的波形還算規(guī)則，會出現(xiàn)和入射波的振動方向同相的反射波。同時，如果縮頸缺陷較為嚴重，則不易看到樁底的反射。

(2)擴頸問題。檢測時，若是樁身存在縮頸的缺陷，其檢測得到的波形也還算規(guī)則，會出現(xiàn)和入射波的振動方向反相的反射波，能夠看到樁底的反射。

(3)斷裂問題。若是樁身出現(xiàn)斷裂的缺陷，其斷裂出位置可以分為三個區(qū)域:①上部;②中部;③下部。一般說來，若是上部或中部出現(xiàn)斷裂問題，則會產(chǎn)生重復的同相反射，波幅高、衰變慢;若是下部出現(xiàn)斷裂問題，則其檢測得到的波形類似于完整樁，但其波速大于完整樁波速。

(4)離析問題。檢測時，若是樁身存在離析問題，則松散的混凝土會大量吸收應力波，導致最終檢測得到的波形很是不規(guī)則、頻率低，波速小于完整樁波速。

(5)多處缺陷問題。在對單樁進行檢測時，若是其存在多處缺陷，其反射波會出現(xiàn)互相干擾的現(xiàn)象，最終導致波形十分復雜。因此，針對此種問題，可使用不同的檢測方法分別對缺陷樁進行檢測，逐一分析。

3.4 影響樁基低應變檢測的因素

(1)通常，灌注樁的樁頭都會露出鋼筋，其會在一定程度上干擾檢測，導致反射信息不夠準確(傳感器不止能夠接收反射波，還可以接收鋼筋的回聲，因此出現(xiàn)干擾)。所以，在實際的檢測工程中，應用細砂、粘土屏蔽傳感器，使其無法接收鋼筋的回聲。

(2)樁頭存在破損。若是在樁基的施工過程中，因為施工不當?shù)仍蛟斐蓸额^破損，必然會影響到樁基檢測的準確性，大大削弱反射波。針對此種情況，最直接的解決措施即為破除破損部位。

總之，在樁基的檢測過程中，十分容易受到各種因素的干擾，導致樁基檢測的準確性大大降低，相關檢測人員必須加大對干擾因素排除工作的重視。

4 結 語

當前，隨著我國城市建設步伐的不斷加快，公路建設的質量受到了全社會的廣泛關注。其中，樁基作為直接影響公路施工質量的重要結構，其迫切需要一種安全可靠的檢測技術判斷其施工質量是否達到標準。當前，經(jīng)由大量的實踐表明，低應變動測對樁基質量的評判是科學、可靠的，值得推廣。

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