橋梁樁基檢測(cè)低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

羅水源、劉兵兵

（江西省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

橋梁是重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其樁基質(zhì)量狀況直接影響橋梁的安全性和承載能力。在樁基工程中，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的非破壞性評(píng)估方法，通過(guò)在樁體中施加低應(yīng)變載荷并捕捉反射波信號(hào)，評(píng)估樁基的完整性和質(zhì)量狀況。該技術(shù)能夠檢測(cè)樁體中的缺陷、裂縫、變形等問(wèn)題，并提供有關(guān)樁基質(zhì)量的定量和定性信息。通過(guò)分析反射波信號(hào)的振幅、時(shí)間延遲和頻譜特征，可以判斷樁基的健康狀況、質(zhì)量問(wèn)題和承載能力。

1 橋梁樁基檢測(cè)低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)

低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)是一種用于評(píng)估橋梁樁基質(zhì)量的非破壞性檢測(cè)方法。它基于材料的彈性性質(zhì)和反射波的傳播規(guī)律，可通過(guò)檢測(cè)材料中的微小變形來(lái)評(píng)估樁基的完整性和質(zhì)量狀況。該技術(shù)主要應(yīng)用于檢測(cè)橋梁樁基的缺陷、夾泥、裂縫等問(wèn)題，能夠提供準(zhǔn)確的質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，為工程建設(shè)決策提供依據(jù)。

低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)施加外力或激振，使樁體發(fā)生微小的變形，通過(guò)傳感器捕捉反射波的信號(hào)。這些反射波的傳播速度和幅度會(huì)受到樁體質(zhì)量的影響，可以通過(guò)分析這些信號(hào)評(píng)估樁基的完整性和質(zhì)量情況。進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如樁體的材料性質(zhì)、尺寸、深度和周?chē)刭|(zhì)環(huán)境等。在檢測(cè)過(guò)程中，需要準(zhǔn)確施加外力或激振，并確保傳感器與樁體的良好接觸，以獲取準(zhǔn)確的反射波信號(hào)。此外，需要結(jié)合實(shí)際工程情況，合理設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)位和間距，以覆蓋整個(gè)樁基檢測(cè)范圍[1]。

2 案例分析

2.1 工程概況

低應(yīng)變反射波法作為超聲波方法的輔助手段，已廣泛應(yīng)用于我國(guó)橋梁工程建設(shè)中。它是一種常用的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，能夠滿(mǎn)足橋梁樁基工程的檢測(cè)需求，對(duì)提高樁基性能水平有積極意義。然而，由于地質(zhì)條件、樁體長(zhǎng)度、直徑等因素的差異，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中存在一定的離散度，需要加強(qiáng)對(duì)技術(shù)參數(shù)的分析，以保證檢測(cè)效果的準(zhǔn)確性。

選取某橋梁工程項(xiàng)目中的11 根樁基進(jìn)行檢測(cè)，并分析檢測(cè)數(shù)據(jù)。該橋梁工程項(xiàng)目的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖石風(fēng)化程度嚴(yán)重，周邊土質(zhì)條件差異較大。這些因素對(duì)低應(yīng)變反射波法的檢測(cè)過(guò)程產(chǎn)生了較大影響，容易導(dǎo)致檢測(cè)精度不合格等問(wèn)題。所選的11 根樁基為摩擦樁、旋挖機(jī)樁和鉆孔灌注樁，其長(zhǎng)度在16～40m 之間，直徑在1200～1800mm 之間，混凝土采用的是C30 材料。具體樁基信息如表1 所示。

表1 樁基信息

2.2 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè) 和評(píng)定，確定了1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、6 號(hào)和11 號(hào)樁為Ⅰ類(lèi)樁，5 號(hào)樁為Ⅱ類(lèi)樁，9 號(hào)和10 號(hào)樁為Ⅲ類(lèi)樁，7 號(hào)和8 號(hào)樁為Ⅳ類(lèi)樁。選擇具有代表性的樁基進(jìn)行評(píng)定，并采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行判定和分析。在1 號(hào)樁的檢測(cè)中，觀(guān)察到了明顯的反射信號(hào)，并在1.5m 深度的位置出現(xiàn)了縮徑信號(hào)，混凝土的波速相對(duì)較低，基本上可以確定出現(xiàn)了縮徑問(wèn)題。通過(guò)后續(xù)驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)該位置的樁頭在擴(kuò)徑后逐漸恢復(fù)到正常的樁徑，這種情況也被稱(chēng)為“大頭樁”。混凝土的波速略低于正常范圍，主要是因樁體長(zhǎng)度稍微超過(guò)了設(shè)計(jì)長(zhǎng)度尺寸[2]。

對(duì)6 號(hào)樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，并未觀(guān)察到明顯的反射信號(hào)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷問(wèn)題，混凝土的波速處于正常范圍內(nèi)。然而，該樁的樁體長(zhǎng)度較長(zhǎng)且直徑較大，在低應(yīng)變反射波法檢測(cè)過(guò)程中，很難快速準(zhǔn)確捕捉樁底的反射波。為了確保檢測(cè)的準(zhǔn)確度，可以采用重型尼龍錘等方法進(jìn)行激振處理，以獲取窄脈沖低幅度波信號(hào)。從該檢測(cè)結(jié)果的分析中發(fā)現(xiàn)，在樁體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況下，檢測(cè)精度受到較大影響。

為了解決這一問(wèn)題，可以采用其他超聲波透射法進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。例如，在5 號(hào)樁的檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)樁底沒(méi)有明顯的反射信號(hào)，但在深度8.7m 位置上出現(xiàn)了縮徑信號(hào)，混凝土的波速在正常范圍內(nèi)。然而，通過(guò)超聲波透射法的反復(fù)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)8.7m 位置的樁體處于正常狀態(tài)，而在12.3m 處出現(xiàn)了離析問(wèn)題。經(jīng)進(jìn)一步分析，出現(xiàn)應(yīng)變反射波縮徑信號(hào)主要是由于樁身在8.7m 以上出現(xiàn)了漸變擴(kuò)徑情況，之后樁徑恢復(fù)到原有直徑，而在12.3m 位置并未出現(xiàn)離析的病害問(wèn)題。5 號(hào)樁低應(yīng)變反射波波形如圖1 所示。

圖1 5 號(hào)樁低應(yīng)變反射波波形

對(duì)9 號(hào)樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，觀(guān)察到了輕微的反射信號(hào)，且在13.6m 和21.8m 位置出現(xiàn)了明顯的縮徑信號(hào)，而波速處于正常范圍內(nèi)。應(yīng)用超聲波透射法進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)13.6m 和21.8m 位置存在異常，且9m 處的PSD 值未能達(dá)到正常狀態(tài)。初步判斷表明，13.6m位置出現(xiàn)了夾泥現(xiàn)象，而9m 位置存在離析問(wèn)題。此外，應(yīng)用超聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在1.8m 深度處的聲速和波幅未能達(dá)到臨界值，出現(xiàn)異常變化，而22.5m 位置存在夾泥的情況。分析上述結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種檢測(cè)方法之間存在較大差異。對(duì)于7 號(hào)樁，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法未觀(guān)察到明顯的反射信號(hào)，但在17.5m深度出現(xiàn)了明顯的縮徑信號(hào)，混凝土的波速處于正常范圍。然而，在超聲波透射法檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)28.6m 位置存在夾泥情況。經(jīng)過(guò)對(duì)該檢測(cè)結(jié)果的全面分析，發(fā)現(xiàn)低應(yīng)變反射波法的數(shù)據(jù)偏差較大，尤其是在嚴(yán)重病害問(wèn)題的準(zhǔn)確判定上存在困難，容易導(dǎo)致質(zhì)量事故，不利于質(zhì)量監(jiān)督和管控[3-4]。

2.3 有效檢測(cè)樁長(zhǎng)分析

在橋梁樁基檢測(cè)過(guò)程中，樁體長(zhǎng)度通常是已知的參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)方案即可確定。但是很多橋梁工程項(xiàng)目在建設(shè)中受到地質(zhì)條件、施工環(huán)境以及人為操作等各方面因素影響，實(shí)際樁體長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)方案存在一定的偏差，造成樁底反射波速發(fā)生較大的變化，會(huì)對(duì)質(zhì)量判定和分析產(chǎn)生不利的影響。如果在具體的檢測(cè)環(huán)節(jié)，通過(guò)完整樁體長(zhǎng)度的波速平均值反算樁體長(zhǎng)度，計(jì)算結(jié)果很有可能超出原始設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)10%左右，偏差較為明顯。因此，通常不宜采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行樁體長(zhǎng)度測(cè)量，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)較大偏差。

分析表2 數(shù)據(jù)可知，實(shí)際樁體長(zhǎng)度由超聲波透射法檢測(cè)進(jìn)行確定，準(zhǔn)確度相對(duì)較高。在該測(cè)量的環(huán)節(jié)，5、6 號(hào)樁的長(zhǎng)度在39.5m 以上，樁底已經(jīng)沒(méi)有反射信號(hào)，在不考慮地質(zhì)條件因素的影響下，可以確定低應(yīng)變反射波法不能應(yīng)用在長(zhǎng)度超過(guò)39.5m 的樁體測(cè)定中[5]。

表2 有效檢測(cè)樁長(zhǎng)分析

2.4 檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性分析

選擇5～9 號(hào)樁進(jìn)行檢測(cè)，兩種方法的數(shù)據(jù)對(duì)比如表3 所示。

通過(guò)對(duì)7 號(hào)樁的檢測(cè)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)低應(yīng)變反射波法只能準(zhǔn)確檢測(cè)到較淺的缺陷，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)較深的第二個(gè)缺陷或其他更深的缺陷。

同理，分析8 號(hào)樁的檢測(cè)結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)，樁體深度達(dá)到10.7m 時(shí)，存在夾泥缺陷，但反射信號(hào)并不明顯，可靠性較差。同時(shí)，對(duì)于8 號(hào)樁的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在多項(xiàng)缺陷，某種情況下低應(yīng)變反射波法能夠檢測(cè)到第二個(gè)深度缺陷。

對(duì)比5 號(hào)和9 號(hào)樁的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種檢測(cè)方法存在明顯差異。

經(jīng)過(guò)對(duì)以上應(yīng)用效果的分析，發(fā)現(xiàn)低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的可靠性有待提高。因此，需要聯(lián)合使用超聲波檢測(cè)方法，以更好地確定橋梁樁基的質(zhì)量問(wèn)題。

3 橋梁樁基檢測(cè)低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)要點(diǎn)

第一，在橋梁樁基檢測(cè)過(guò)程中，需要根據(jù)樁基的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況確定合適的載荷水平，并確保施加的載荷均勻分布在樁基上，過(guò)大或過(guò)小的載荷都可能導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真，影響評(píng)估的準(zhǔn)確性。

第二，進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)前，需要對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。包括校準(zhǔn)傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)和時(shí)間延遲等參數(shù)，以確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性和一致性。同時(shí)，需檢查設(shè)備的工作狀態(tài)和電源供應(yīng)情況，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

第三，傳感器的布置位置應(yīng)根據(jù)樁基的具體情況來(lái)確定選擇。在通常情況下，傳感器應(yīng)布置在樁頂、樁身和樁底等關(guān)鍵部位，以獲取全面的反射波信號(hào)。確保傳感器與樁體的貼合度良好，避免空隙或松動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)損失或干擾。

第四，進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，需要確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和完整性。在采集過(guò)程中，需注意傳感器接觸的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集的頻率。需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理和分析，包括波形分析、頻譜分析和振幅變化等，以得出對(duì)樁基質(zhì)量和健康狀況的評(píng)估結(jié)論。

4 結(jié)論

其一，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)是一種常用的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，在橋梁樁基工程中應(yīng)用廣泛，對(duì)提高樁基性能水平有一定的作用。

其二，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用受限，容易導(dǎo)致檢測(cè)精度不合格等問(wèn)題。

其三，對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的樁體，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)精度不夠準(zhǔn)確，需要采用其他的檢測(cè)方法（如超聲波透射法）進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。

其四，在樁體長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)方案存在偏差的情況下，低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)不能準(zhǔn)確測(cè)量樁體長(zhǎng)度，超聲波透射法的準(zhǔn)確度更高。

綜上所述，雖然低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基工程中有一定的應(yīng)用前景，但檢測(cè)結(jié)果會(huì)存在一定的數(shù)據(jù)偏差，可靠性不足，需要與其他檢測(cè)方法聯(lián)合使用，以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。