簡析無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用

郭杰

摘要：文章首先簡要分析了橋梁樁基常見質量缺陷及其成因，并在此基礎上對無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對樁基質量缺陷問題的處理有所幫助。

關鍵詞：橋梁；樁基；無損檢測

1橋梁樁基常見質量缺陷及其成因分析

灌注樁和預制樁是橋梁樁基常見形式。在施工過程中，對于灌注樁受地質條件復雜、施工隊伍專業(yè)化水平低、技術設備不精確等因素的影響，易使橋梁樁基存在質量缺陷。尤其在橋梁工程投入運營之后，樁基質量缺陷會顯露出來，嚴重影響整個橋梁使用的安全性。為此，必須要對橋梁樁基的質量缺陷情況進行檢測評估，為樁基維修提供可靠依據(jù)。目前，對于灌注樁常見的橋梁樁基質量缺陷包括以下四類：

1.1縮徑

橋梁樁基樁徑與橋梁豎向承載力和抗彎能力有著直接關系。在橋梁工程建設中，經(jīng)常會出現(xiàn)橋梁樁徑縮小的問題，進而預留質量缺陷隱患。造成這一問題的原因具體包括以下兩個方面：一方面，地基處于不良地質條件或含水較高的地質條件下，使得橋梁樁基周圍的土層在受水的長期作用下逐步向樁孔中突起，最終導致樁徑縮短；另一方面，樁基所在位置是含有承壓水的地層，受地下水沖刷作用的影響，樁基混凝土砂漿會不斷流失，致使樁徑不斷縮小。在檢測樁徑縮小類樁基質量缺陷時，波形圖會在該類缺陷的頂界面產(chǎn)生相同的反射波，在底界面上產(chǎn)生相反的反射波。如果樁基樁徑縮小的程度越大，那么反射波的振幅也就越大。

1.2沉渣

在橋梁樁基施工過程中，經(jīng)常會發(fā)生樁基混凝土沉渣問題。造成這種問題的原因在于：鉆孔灌注樁在進行混凝土灌注之前，未徹底清理干凈孔底，或在清理完成之后，沒有及時灌注混凝土，使得樁基強度降低。在檢測存在此類質量隱患的橋梁樁基時，如果樁基底部為中風化巖，那么運用無損檢測技術就會出現(xiàn)較弱的同向反射波；如果樁基底部為弱風化圍巖，那么運用無損檢測技術也會產(chǎn)生較弱的同向反射波，且波速和波的頻率會急速降低，波的周期隨之變長；如果樁基本身較短，但混凝土強度較高時，那么檢測結果中就會出現(xiàn)多次同向反射波。

1.3樁基混凝土離析

在橋梁樁基施工中，混凝土樁基離析也是造成樁基質量缺陷的重要因素。產(chǎn)生這一問題的原因在于：混凝土攪拌不均勻；混凝土膠結不好；在混凝土樁基灌注過程中，因樁孔內(nèi)的積水未清除干凈，導致骨料沉在樁底、砂漿浮在骨料上，進而引發(fā)混凝土離析現(xiàn)象。在運用無損檢測技術檢測此類橋梁樁基時，混凝土樁基離析程度和深度是決定檢測波形反射波振幅的關鍵因素。若波形出現(xiàn)小范圍畸變，則說明混凝土樁基的離析程度較輕；若波峰嚴重降低直至消失，最終形成低頻合成波，則說明混凝土樁基的離析程度十分嚴重。

1.4斷樁

這是橋梁樁基病害的主要表現(xiàn)形式之一，導致斷樁的因素相對較多，大體可歸納為以下幾個方面：其一，混凝土配合比設計不合理；其二，由于混凝土運輸不及時導致已經(jīng)灌注的混凝土出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，致使導管無法拔出，影響了混凝土的正常灌注，從而引起斷樁；其三，首批灌注的混凝土用量不足或是導管埋深的深度不夠，都可能引起斷樁問題；其四，樁基灌注時，護筒底部漏水、孔壁坍塌，引起靜水壓力變化，由此會導致斷樁。

2無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用

2.1靜載試驗法

該方法主要是對橋梁樁基的豎向承載能力進行檢測，具體做法是自樁基的頂部逐步施加荷載，在豎向荷載的作用下，樁基會與周圍的土體產(chǎn)生作用，預先標記在樁身上的檢測點則會隨著時間的推進產(chǎn)生位移或沉降，再按照荷載位移的關系，繪制出相關曲線，由此便可判斷樁基的豎向承載能力。通過靜載試驗法，能夠準確模擬出地基與基礎的實際工作狀況，其與樁基的受力條件非常接近，這種方法的特點是操作簡單方便、省時省力、試驗過程安全可靠。需要注意的是，操作人員在施加荷載的過程中，要控制好荷載，不可施加過大，以免影響檢測結果的準確性。

2.2超聲檢測法

該方法是以聲速值和樁基混凝土強度間的相關性為依據(jù)，通過聲速反映材料的密實度，再按照其與材料強度間的關系判斷材料的強度。同時，可借助聲速反映出材料內(nèi)部結構的均勻性和連續(xù)性等指標。采用該方法對橋梁樁基進行檢測時，要求檢測人員必須具備一定的經(jīng)驗，以便能夠準確無誤地完成數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計計算等工作，由此可以確保檢測結果的準確性。

2.3低應變動測法

該方法具體是指假設待檢測樁基的樁長大于孔徑，且樁基為等截面梁體，在這一基礎上，使用振動儀對樁頂進行激振，由此產(chǎn)生的荷載會使樁身與周圍土體產(chǎn)生振動，通過安裝在樁身上的應變計將振動的加速度傳遞給測試儀。當樁基存在縮徑、擴徑以及斷面等質量缺陷時，彈性波在傳播時會發(fā)生發(fā)射，傳感器會對聲波進行過濾放大，再將數(shù)據(jù)以波動理論進行分析，從而研究樁身與土體之間的動態(tài)響應，并對實測所得的速度信號進行反演分析，由此便可判斷出樁基的質量。該檢測方法的優(yōu)點是速度快、操作簡單方便、檢測范圍廣。目前，在橋梁樁基無損檢測中，低應變樁基檢測系統(tǒng)較為常見，該系統(tǒng)的結構如圖1所示。

圖1 低應變檢測系統(tǒng)結構示意圖

采用該系統(tǒng)對橋梁樁基進行檢測時，需注意以下事項：對樁基進行激振時，應當確保激振點在樁頂?shù)闹行奈恢锰帲覀鞲衅髋c激振點中心線之間的夾角不得小于45°；檢測完畢之后，應當對所得的數(shù)據(jù)進行分析，確定出波速平均值，這就要求樁基的數(shù)量最少不低于5根。

2.4高應變動測法

該方法又被稱之為Case法，與靜載試驗法相比，它的檢測成本更低一些，其能夠對橋梁樁基的完整性和單樁豎向承載力進行檢測。具體做法是在橋梁樁基的頂部施工一個豎向荷載，其大小通常為樁身總重量的10%或單樁承載力的1%，隨后對樁基的相關動力系數(shù)進行收集，主要包括樁基的速度與力的時程曲線，依據(jù)相關理論和規(guī)范規(guī)定對其進行分析計算，由計算結果判斷樁基的質量和豎向承載能力。該方法的檢測系統(tǒng)由以下幾個部分構成：信號采集分析儀、傳感器、激振設備、貫入度測量儀等。檢測前，應對樁頭進行平整處理，實際檢測中，采集的點數(shù)不得小于1024點，模數(shù)轉換的精度不得低于12bit。

結論

綜上所述，樁基礎以其自身諸多的優(yōu)點在橋梁工程中獲得了廣泛應用，但由于各方面因素的影響，使得樁基常常會出現(xiàn)一些質量缺陷，這在一定程度上影響了橋梁結構的整體質量。為此，在橋梁工程中，必須采取合理可行的方法對樁基質量進行檢測。本文提出了幾種樁基無損檢測技術，每種方法都有自己的優(yōu)點，可根據(jù)實際工程需要進行選用。

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