低應(yīng)變反射波法在震后梁橋樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

許有俊，陶連金，張 波

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引言

2008年5 月12 日下午14:28分，四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級(jí)特大地震，這次地震造成了交通生命線工程的嚴(yán)重破壞。24條高速公路、161條國(guó)省干線、8 618條鄉(xiāng)村公路、6 140座橋梁和156條隧道受損，公路、橋梁、隧道各類交通基礎(chǔ)設(shè)施損毀的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)670億元，其中橋梁損毀最為嚴(yán)重[1]。

其中，梁橋的損毀主要有以下幾種破壞方式:落梁引起的橋跨損壞，伸縮縫處損壞，相互沖擊造成梁端破壞，支座損傷破壞，防震擋塊破壞，蓋梁開裂破壞，橋墩彎曲延性不足致使橋墩的破壞及橋墩發(fā)生剪切或彎—剪等脆性破壞，橋臺(tái)填方的沉陷及橋臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)破壞等典型破壞形態(tài)。通過肉眼或借助測(cè)量及檢測(cè)設(shè)備，可對(duì)這些破壞形態(tài)進(jìn)行辨識(shí)。而對(duì)于橋梁樁基的損毀情況進(jìn)行調(diào)查較困難，主要是因?yàn)闃痘盥裼诤哟驳乇硪韵碌貙又?，若將其徹底挖深檢查不僅條件不允許，也不現(xiàn)實(shí)。而樁身完整性檢測(cè)儀通常適用于承臺(tái)和蓋梁尚未施工條件下，往往不具備規(guī)范所要求的檢測(cè)條件，對(duì)于成橋的樁基礎(chǔ)檢測(cè)在國(guó)內(nèi)外仍屬難題。

災(zāi)區(qū)損毀橋梁加固修復(fù)或重建時(shí)間緊迫，橋梁加固之前必須對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過大量的測(cè)試、試驗(yàn)和后期結(jié)果的處理，基于小應(yīng)變測(cè)樁設(shè)備的成橋樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法，通過波形曲線的時(shí)域和頻域分析及小波處理等技術(shù)，有效地判別樁基礎(chǔ)的缺陷及狀況。為保證基樁完整性檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)部分樁基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挖深驗(yàn)證對(duì)比，為橋梁的加固修復(fù)提供依據(jù)。

1 工程概況

某大橋位于四川省都江堰市，于2005年施工建造完成。該橋上部結(jié)構(gòu)為4孔25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，計(jì)算跨徑為24.30 m，每跨(單幅)橫向設(shè)8塊板。橋面鋪裝厚度為16～23 cm的C30混凝土。下部結(jié)構(gòu)采用直徑1.5 m的圓形雙柱式墩柱，鉆孔灌注樁直徑為1.5 m，墩柱與樁基為C30混凝土。

在汶川地震中，受順橋向水平地震力作用，主梁和墩柱基本朝同一方向偏移。無約束活動(dòng)節(jié)點(diǎn)處的位移過大使得橋跨在縱向的相對(duì)位移超出支座長(zhǎng)度，引起2#墩與3#墩之間主梁掉落，坍塌的梁體落在墩柱和系梁上，導(dǎo)致5、6號(hào)墩柱的縱偏量較大，最大縱向偏移量達(dá)54.2 cm，其余主梁完好。受橫橋向水平地震力作用，主梁和墩柱向河流下游方向偏移，偏移量在1.3～2.0 cm之間，蓋梁防震擋塊均不同程度受損，詳見圖1、圖 2、圖 3。

圖1 大橋震后落梁

圖2 大橋樁基位置示意

圖3 墩柱及樁基立面(尺寸單位:cm，高程:m)

2 低應(yīng)變反射波檢測(cè)結(jié)果

為驗(yàn)證該橋樁基在震后損壞狀況，參照公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程(JTG/T F81—01—2004)，采用美國(guó)PDI公司的PITTM低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)儀對(duì)該橋6根樁基進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測(cè)。

經(jīng)過大量的測(cè)試、試驗(yàn)和后期結(jié)果的處理，參考樁基施工澆注資料，通過波形曲線的時(shí)域和頻域分析及小波處理等技術(shù)濾除系梁以上墩柱產(chǎn)生的干擾信號(hào)，從而有效地判別樁基礎(chǔ)的缺陷及狀況。同時(shí)，為保證基樁完整性檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)墩柱偏移較大的樁基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挖深驗(yàn)證對(duì)比。

2.1 基樁完整性檢測(cè)與挖探驗(yàn)證

1)3 號(hào)樁，設(shè)計(jì)樁頂高程為673.60 m，設(shè)計(jì)樁端高程為651.05 m，檢測(cè)波形見圖4。

圖4 3號(hào)樁基時(shí)域波形

檢測(cè)結(jié)果表明:樁端反射較明顯，但在約1.7 m處出現(xiàn)明顯缺陷反射信號(hào)，樁身混凝土波速處于正常范圍，屬于Ⅱ類樁。

挖深驗(yàn)證結(jié)果表明:3號(hào)樁挖至系梁表面以下1.8 m左右發(fā)現(xiàn)，距系梁頂面約2.1 m處樁身部分主筋和環(huán)向箍筋外露，在樁頭與承臺(tái)連接處出現(xiàn)環(huán)向缺陷，主要原因?yàn)槭┕r(shí)樁頭與承臺(tái)連接混凝土澆注不密實(shí)所致。

2)4 號(hào)樁，設(shè)計(jì)樁頂高程為673.60 m，設(shè)計(jì)樁端高程為651.05 m，檢測(cè)波形見圖5。

圖5 4號(hào)樁基時(shí)域波形

檢測(cè)結(jié)果表明:樁端反射較明顯，但在約2 m處出現(xiàn)缺陷(縮徑類)反射信號(hào)，樁身混凝土波速處于正常范圍，屬于Ⅱ類樁。

挖深驗(yàn)證結(jié)果表明:4號(hào)樁挖至系梁表面以下1.9 m左右發(fā)現(xiàn)，距系梁頂面約2.6 m處樁身大部分主筋和環(huán)向箍筋外露，主要原因?yàn)榛炷翝沧⒉幻軐?shí)和鋼筋保護(hù)層厚度不夠所致。

3)5 號(hào)樁，設(shè)計(jì)樁頂高程為674.10 m，設(shè)計(jì)樁端高程為662.66 m，檢測(cè)波形見圖6。

檢測(cè)結(jié)果表明:樁端反射不明顯，在約2.2 m處出現(xiàn)較明顯的缺陷反射信號(hào)，樁身破損較嚴(yán)重，屬于Ⅲ類樁。

挖深驗(yàn)證結(jié)果表明:5號(hào)樁挖至系梁表面以下2.1 m左右發(fā)現(xiàn)，斜向裂縫豎向貫通系梁延伸至樁身，系梁上裂縫長(zhǎng) 1.3 m，寬約0.8 mm;樁身豎向裂縫長(zhǎng)約0.45 m。主要原因?yàn)?第三跨落梁，直接壓在3號(hào)墩系梁和墩柱上，導(dǎo)致3號(hào)墩嚴(yán)重傾斜、根部壓潰。柱子、系梁與樁頭連接處，均產(chǎn)生豎向裂縫。

4)6 號(hào)樁，設(shè)計(jì)樁頂高程為674.10 m，設(shè)計(jì)樁端高程為662.66 m，檢測(cè)波形見圖7。

圖6 5號(hào)樁基時(shí)域波形曲線

圖7 6號(hào)樁基時(shí)域波形曲線

檢測(cè)結(jié)果表明:樁端反射不明顯，在約1.9 m處出現(xiàn)較明顯的缺陷反射信號(hào)，樁身淺部破損較嚴(yán)重，屬于Ⅲ類樁。

挖深驗(yàn)證結(jié)果表明:6號(hào)樁挖至系梁表面以下約2.0 m處發(fā)現(xiàn)，有一條豎向裂縫貫通系梁，長(zhǎng)1.1 m，寬約0.6 mm;樁身周圍有較多護(hù)樁的沙袋，刨開沙袋發(fā)現(xiàn)樁身周圍混凝土脫落，主要原因?yàn)榛炷翝沧⒉幻軐?shí)所致。

2.2 樁基檢測(cè)結(jié)果

通過低應(yīng)變反射波法與現(xiàn)場(chǎng)挖驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，二者結(jié)果基本相符。表明基于小應(yīng)變測(cè)樁設(shè)備的成橋樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法，可通過小波處理等技術(shù)有效地判別樁基礎(chǔ)的缺陷及狀況。兩種方法的相互驗(yàn)證表明，該橋樁基在震后沒有出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1)基樁測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)挖驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，二者結(jié)果基本一致。表明基于小應(yīng)變測(cè)樁設(shè)備的成橋樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法，可通過小波處理等技術(shù)有效地判別樁基礎(chǔ)的缺陷及狀況。

2)檢測(cè)結(jié)果表明該橋樁基在地震作用下沒有出現(xiàn)斷樁缺陷，為其加固修復(fù)提供了可能性。

3)成橋樁基往往不具備規(guī)范規(guī)定的檢測(cè)條件，因此低應(yīng)變反射波法基樁完整性檢測(cè)結(jié)合小波處理技術(shù)還需進(jìn)一步研究，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4)根據(jù)基樁測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)挖驗(yàn)結(jié)果，地震作用下該橋樁基主要以淺部病害為主。

[1] 杜修力，韓強(qiáng).5·12汶川地震中山區(qū)公路橋梁震害及啟示［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34(12):1271-1279.

[2] 范立礎(chǔ).橋梁抗震［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

[3] 中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T F81—01—2004 公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:人民郵電出版社，2004.

[4] 中華人民共和國(guó)交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.