芻議路橋檢測技術(shù)的應用和發(fā)展趨勢

陳良向

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361000）

1 路橋試驗檢測內(nèi)容及路橋試驗檢測發(fā)展現(xiàn)狀

路橋試驗檢測主要內(nèi)容

路橋檢測的內(nèi)容涵蓋廣泛，包括路橋的表觀缺陷檢測、橋梁上下部結(jié)構(gòu)專項檢測以及基礎(chǔ)檢測。對于路橋的表面缺陷檢測目前大部分還是靠單一的人工目視方法進行檢測評估。各種路橋結(jié)構(gòu)病害檢查與觀測的內(nèi)容包括：

(1)缺陷發(fā)生的部位、走向；

(2)缺陷分布狀況以及大?。?/p>

(3)缺陷的變化發(fā)展情況。

除了根據(jù)缺陷的特征，分析查明缺陷性質(zhì)、原因及其危害程度外，還要確定結(jié)構(gòu)是否需要修補并為修補方案的制訂提供可靠的依據(jù)。對于橋梁的上下部結(jié)構(gòu)專項檢測，主要檢測內(nèi)容為橋梁各部件的技術(shù)狀況調(diào)查以及承載能力評估檢測。

對于基礎(chǔ)檢測，主要內(nèi)容為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)完整性檢測和承載力檢測。

2 目前國內(nèi)外路橋試驗檢測發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外學者在路橋試驗檢測的研究中已經(jīng)取得了一些進展，在橋梁結(jié)構(gòu)的檢測實踐中研究出了一套較好的方法。如：對適用于路橋檢測的結(jié)構(gòu)狀態(tài)敏感參數(shù)積累了理論認識和實踐經(jīng)驗，能夠利用測試的數(shù)據(jù)進行計算模型的修正；研究了采用環(huán)境振動試驗以及強迫振動試驗分析車重、車速、路面狀況以及結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)對結(jié)構(gòu)局部受力的影響：開發(fā)了各種針對頻率、振型、動力系數(shù)等結(jié)構(gòu)自振特性及動力特性參數(shù)的一系列的測試方法和技術(shù)。對于基礎(chǔ)檢測方法方面，國內(nèi)外學者也通過理論研究和實踐驗證，總結(jié)出了基于動測原理的樁基礎(chǔ)完整性檢測方法以及為檢測樁基礎(chǔ)承載力而進行的樁基靜載試驗等一系列檢測方法。樁基礎(chǔ)完整性檢測方法主要有：聲波透射法、低應變法、高應變法以及鉆芯法；樁基礎(chǔ)承載力檢測方法主要有：單樁靜載試驗、高應變等。目前對于樁基礎(chǔ)完整性檢測：主要以聲波投射法(通過在聲測管內(nèi)的換能器采集各剖面每個測點的聲速、波幅、PSD值作為判據(jù))為主，低應變法(通過傳感器采集應力波的樁端反射、缺陷反射、波速以及頻譜分析數(shù)據(jù)判斷樁基的完整性及樁長等)也使用較為廣泛，其次采用鉆芯法檢測混凝土灌注樁的樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度和樁身完整性，并判定或鑒別樁端持力層的巖土性狀也較為普遍。而對于樁基礎(chǔ)的承載能力則主要以淡妝靜載試驗及高應變法為主。

3 橋梁樁基檢測評價方法及樁基質(zhì)量分類

隨著公路橋梁的大量修建以及作為橋梁基礎(chǔ)的樁基礎(chǔ)大量使用，樁基礎(chǔ)的旋工質(zhì)量檢測不可避免地越來越被人們關(guān)注。樁基的檢測對于控制樁基的質(zhì)量和保證公路建設(shè)中橋梁的使用功能及交通安全起到了極其重要的作用。當前公路橋梁樁基檢測主要的方法是鉆芯法和動測法，絕大多數(shù)橋梁樁基的檢測均采用動測法。動測法分為二種：一種是低應變法，另一種是聲波透射法。前者是通過判斷樁內(nèi)時域信號及頻域信號是否存在明顯缺陷評判樁基是否合格；后者是通過判斷聲學參數(shù)是否存在異常評判樁基是否合格，當出現(xiàn)聲學參數(shù)無異常、無聲速低于低限值、未出現(xiàn)同一剖面的兩個測點聲學參數(shù)異?；驔]有兩個或兩個以上剖面在同?深度聲學參數(shù)異常及聲速低于低限值異常的樁基則判斷其結(jié)果為合格。然而目前的檢測方法及質(zhì)量評價中存在以下較為明顯的問題：

(1)檢測人員水平不一，對檢測方法的掌握和評價的標準理解的差異，導致對樁基質(zhì)量的判別存在明顯的偏差；

(2)由于一些非技術(shù)因素導致的錯誤判斷或漏判等都會對工程質(zhì)量造成嚴重的隱患。

國內(nèi)各省、地區(qū)在建設(shè)公路時．對橋梁樁基都以100%的比例進行低應變檢測 (重點橋梁用超聲波透射法)。質(zhì)量評定分類標準由于規(guī)范上無明確的定量規(guī)定，且個人的對規(guī)范的把握和認識存在較大差異，導致質(zhì)量評定的結(jié)果也存在較大的差異性。作者通過查閱大量的資料，結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗將樁基的質(zhì)量評定分為以下4個類別：

(1)完整樁：動測波形規(guī)則衰減。樁身完好，達到設(shè)計樁長，波速正常，混凝土強度達到設(shè)計要求。一般情況下，單純擴徑也列入此類。

(2)基本完整樁：動測波形有小畸變變形，樁底反射清晰，樁身有小缺陷，如輕度徑縮、局部輕度離析等。一般對單樁承載力和橫向剪切抗力影響不大，樁身混凝土波速正常、可達到混凝土設(shè)計要求。

(3)明顯缺陷樁：動測波形出現(xiàn)較明顯的不規(guī)則反射。對應樁身缺陷如裂紋、徑縮、夾泥等，樁身混凝土強度達不到設(shè)計要求，對單樁承載能力有一定影響。該類樁一般要求設(shè)計單位復核單樁承載力后提出是否可用的意見。

(4)嚴重缺陷樁：動測波形嚴重畸變，嚴重離析，夾泥，嚴重徑縮，斷樁等。該類樁一般不能使用，需要進行工程處理。

雖然以上4種分類較為完整全面，但實踐經(jīng)驗告訴我們，有些問題依然難以掌握。例如對于樁長的檢測：由于混凝土樁基本身因徑縮、離析等缺陷往往測出樁長大于設(shè)計樁長，也有可能由混凝土灌注樁初灌混凝土沒有封好樁底造成短樁，但這種情況通過取芯驗證是不準確的。另外，對于2類及3類樁的區(qū)別，不同檢測單位及不同檢測人員也有不同的理解。① 由于導致動測波形出現(xiàn)較明顯不規(guī)則的因素較多(如：樁周土的變化、樁徑變化、缺陷影響等)；②缺陷的嚴重程度的判定更無量化指標依據(jù)；再者樁基缺陷的出現(xiàn)深度對樁基質(zhì)量判別也有較大影響。所以在實際樁基檢測結(jié)果判定中，在出現(xiàn)無法通過一種方法或測試結(jié)果對樁身完整性進行確定時，仍然要本著嚴謹?shù)脑瓌t，采用多種方法進行比對，不能僅僅憑著一種測試結(jié)果單純依據(jù)規(guī)范進行判定。

4 動測與鉆芯兩種檢測方法的區(qū)別及互補性

在樁基檢測工作中動測 (低應變法及聲波透射法)與鉆芯法是兩種常用的方法。一般說來，動測選擇的頻率較高，一般為樁數(shù)的100%，而鉆芯檢測頻率一般為3%。主要原因為鉆芯檢測周期長、成本高，故選擇頻率相對較低。由于動測法和鉆芯法檢測樁基的工作原理不同，所以實際工作中往往出現(xiàn)兩種檢測方法結(jié)果不一致的情況，這就要靠技術(shù)水平的積累和取長補短地綜合運用動測和鉆芯這兩種方法。

5 對基樁質(zhì)量控制和分類的分析

(1)樁基質(zhì)量的控制：對于橋梁樁基來講，由于處在重要的工程部位，有時是?一樁一柱的基礎(chǔ)，這就要求它必須是100%合格。樁基質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在其形成過程中，如果能夠在成孔和灌注兩方面控制好，無疑不會出現(xiàn)不合格樁，因此，現(xiàn)場監(jiān)理工程師的監(jiān)督也是樁基施工質(zhì)量保證的一個重要條件

(2)質(zhì)量分類：對樁的動測檢驗，目前尚未形成一個規(guī)范的定量質(zhì)量評價標準。對于同一種檢測結(jié)果，不同檢測單位甚至不同檢測人員之間都存在不同的看法與判斷。這種狀態(tài)對于綜合評價工程質(zhì)量及施工單位之間的評比都有影響。為此，本文根據(jù)近年來在公路工程建設(shè)實際工作中積累的經(jīng)驗，提出在公路建設(shè)項目中，具有一定量化指標的幾個簡易操作。

6 動測與鉆芯兩種檢測方法的比較

樁基低應變反射波檢測方法是建立在一系列假設(shè)前提條件F的，它首先假設(shè)樁是一個等截面、均質(zhì)(各向同性)的一維直桿且橫截面的直徑遠小于桿的長度、桿側(cè)及桿端物質(zhì)的密度明顯小于桿的密度。只有這樣才可應用彈性直桿中波傳播的理論和波動方程解釋工程樁的完整性問題。因此不僅檢測人員、建設(shè)單位主管及相關(guān)監(jiān)理人員也應當清楚作為低應變主要檢測方法的反射波的應用是有前提的，其檢測結(jié)果對完整樁是有效的。特殊情況下，現(xiàn)場監(jiān)理在灌注過程中發(fā)現(xiàn)的問題EE任何檢測方法都及時和準確。鉆芯檢測法因其優(yōu)點突出且直觀，而引起人們的J泛重視。但該方法成本高昂，鉆芯需時較長，無法在大范圍內(nèi)廣泛應用。另外鉆芯法對樁身完整性測試結(jié)果的代表性也受到質(zhì)疑，特別在確定縮徑等缺陷時更是無能為力。一般地說鉆芯法在確定樁身質(zhì)量有較強的說服力，對確定斷樁、夾泥、離析也有一定的優(yōu)勢。芯樣選取率要達到100%。它要求技術(shù)人員有豐富的實踐經(jīng)驗，對鉆進過程所遇到的各種情況要有完整、準確的記錄。有時斷樁部位在鉆芯過程中只反應為幾厘米或十幾厘米的突然掉鉆。如不能準確判斷，從提取的芯樣上很難判斷出嚴重的缺陷。因此鉆芯檢測法主要是對動測法的一個補充，是對混凝土質(zhì)量有懷疑的合格樁及動測評為不合格缺陷樁進行驗證。而對于深度不大的徑縮缺陷應采用開挖方法予以驗證。

7 路橋試驗檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢和展望

路橋試驗檢測技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：第一階段是以該專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业母泄俸蛯I(yè)經(jīng)驗為基礎(chǔ)的經(jīng)驗檢測技術(shù)，對檢測信息只能作簡單的數(shù)據(jù)處理；第二階段是以傳感器技術(shù)和動態(tài)測試技術(shù)為手段，以信號處理和建模處理為基礎(chǔ)的現(xiàn)代檢測技術(shù)，在工程中已得到了廣泛的應用。近年來，為了滿足大型復雜結(jié)構(gòu)的試驗檢測要求，檢測技術(shù)進入了以知識處理為核心，數(shù)據(jù)處理、信號處理與知識處理相融合的第三發(fā)展階段，智能檢測技術(shù)階段，智能化正成為路橋試驗檢測的主流。根據(jù)目前的發(fā)展未來大型路橋試驗檢測的研究發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)開發(fā)和應用以無線通信技術(shù)為手段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：開發(fā)能適用于交通荷載、風荷載及定點測試荷載的傳感器最優(yōu)布設(shè)技術(shù)；能更方便、快速、準確地采集需要的數(shù)據(jù)。

(2)自動損傷識別系統(tǒng)將測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和識別系統(tǒng)一并組裝到路橋檢測系統(tǒng)中，形成自動識別檢測和反饋．達到控制目的。

(3)實時的檢測系統(tǒng)與現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合的研究和發(fā)展，實現(xiàn)信息網(wǎng)絡共享。

(4)從設(shè)計到施工和運營階段建立可靠、完整的數(shù)據(jù)庫，積累大量土木工程領(lǐng)域的安全檢測和試驗檢測的知識和經(jīng)驗，最終建立專家系統(tǒng)。

結(jié)束語

綜上所述，今后的路橋檢測的技術(shù)研究工作將更加注重傳感系統(tǒng)的使用壽命、長期可靠性、傳感單元的組合檢測和進行專家信息系統(tǒng)的研究，并通過這方面的技術(shù)研究工作的進步逐步減少工程質(zhì)量的隱患從而使工程質(zhì)量得到保證。

[1]盧紅斌.公路橋梁試驗檢測技術(shù)及應用[J].科技資訊，2006，(28).