簡(jiǎn)析無損檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

郭杰

摘要：文章首先簡(jiǎn)要分析了橋梁樁基常見質(zhì)量缺陷及其成因，并在此基礎(chǔ)上對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)痘|(zhì)量缺陷問題的處理有所幫助。

關(guān)鍵詞：橋梁；樁基；無損檢測(cè)

1橋梁樁基常見質(zhì)量缺陷及其成因分析

灌注樁和預(yù)制樁是橋梁樁基常見形式。在施工過程中，對(duì)于灌注樁受地質(zhì)條件復(fù)雜、施工隊(duì)伍專業(yè)化水平低、技術(shù)設(shè)備不精確等因素的影響，易使橋梁樁基存在質(zhì)量缺陷。尤其在橋梁工程投入運(yùn)營(yíng)之后，樁基質(zhì)量缺陷會(huì)顯露出來，嚴(yán)重影響整個(gè)橋梁使用的安全性。為此，必須要對(duì)橋梁樁基的質(zhì)量缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，為樁基維修提供可靠依據(jù)。目前，對(duì)于灌注樁常見的橋梁樁基質(zhì)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(guān)系。在橋梁工程建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)橋梁樁徑縮小的問題，進(jìn)而預(yù)留質(zhì)量缺陷隱患。造成這一問題的原因具體包括以下兩個(gè)方面：一方面，地基處于不良地質(zhì)條件或含水較高的地質(zhì)條件下，使得橋梁樁基周圍的土層在受水的長(zhǎng)期作用下逐步向樁孔中突起，最終導(dǎo)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(huì)不斷流失，致使樁徑不斷縮小。在檢測(cè)樁徑縮小類樁基質(zhì)量缺陷時(shí)，波形圖會(huì)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(huì)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(jìn)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(shí)灌注混凝土，使得樁基強(qiáng)度降低。在檢測(cè)存在此類質(zhì)量隱患的橋梁樁基時(shí)，如果樁基底部為中風(fēng)化巖，那么運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)就會(huì)出現(xiàn)較弱的同向反射波；如果樁基底部為弱風(fēng)化圍巖，那么運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)也會(huì)產(chǎn)生較弱的同向反射波，且波速和波的頻率會(huì)急速降低，波的周期隨之變長(zhǎng)；如果樁基本身較短，但混凝土強(qiáng)度較高時(shí)，那么檢測(cè)結(jié)果中就會(huì)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(zhì)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(jié)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(dǎo)致骨料沉在樁底、砂漿浮在骨料上，進(jìn)而引發(fā)混凝土離析現(xiàn)象。在運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)此類橋梁樁基時(shí)，混凝土樁基離析程度和深度是決定檢測(cè)波形反射波振幅的關(guān)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(yán)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(yán)重。

1.4斷樁

這是橋梁樁基病害的主要表現(xiàn)形式之一，導(dǎo)致斷樁的因素相對(duì)較多，大體可歸納為以下幾個(gè)方面：其一，混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理；其二，由于混凝土運(yùn)輸不及時(shí)導(dǎo)致已經(jīng)灌注的混凝土出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，致使導(dǎo)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(dǎo)管埋深的深度不夠，都可能引起斷樁問題；其四，樁基灌注時(shí)，護(hù)筒底部漏水、孔壁坍塌，引起靜水壓力變化，由此會(huì)導(dǎo)致斷樁。

2無損檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1靜載試驗(yàn)法

該方法主要是對(duì)橋梁樁基的豎向承載能力進(jìn)行檢測(cè)，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(huì)與周圍的土體產(chǎn)生作用，預(yù)先標(biāo)記在樁身上的檢測(cè)點(diǎn)則會(huì)隨著時(shí)間的推進(jìn)產(chǎn)生位移或沉降，再按照荷載位移的關(guān)系，繪制出相關(guān)曲線，由此便可判斷樁基的豎向承載能力。通過靜載試驗(yàn)法，能夠準(zhǔn)確模擬出地基與基礎(chǔ)的實(shí)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(diǎn)是操作簡(jiǎn)單方便、省時(shí)省力、試驗(yàn)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(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2超聲檢測(cè)法

該方法是以聲速值和樁基混凝土強(qiáng)度間的相關(guān)性為依據(jù)，通過聲速反映材料的密實(shí)度，再按照其與材料強(qiáng)度間的關(guān)系判斷材料的強(qiáng)度。同時(shí)，可借助聲速反映出材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性和連續(xù)性等指標(biāo)。采用該方法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要求檢測(cè)人員必須具備一定的經(jīng)驗(yàn)，以便能夠準(zhǔn)確無誤地完成數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)計(jì)算等工作，由此可以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法

該方法具體是指假設(shè)待檢測(cè)樁基的樁長(zhǎng)大于孔徑，且樁基為等截面梁體，在這一基礎(chǔ)上，使用振動(dòng)儀對(duì)樁頂進(jìn)行激振，由此產(chǎn)生的荷載會(huì)使樁身與周圍土體產(chǎn)生振動(dòng)，通過安裝在樁身上的應(yīng)變計(jì)將振動(dòng)的加速度傳遞給測(cè)試儀。當(dāng)樁基存在縮徑、擴(kuò)徑以及斷面等質(zhì)量缺陷時(shí)，彈性波在傳播時(shí)會(huì)發(fā)生發(fā)射，傳感器會(huì)對(duì)聲波進(jìn)行過濾放大，再將數(shù)據(jù)以波動(dòng)理論進(jìn)行分析，從而研究樁身與土體之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并對(duì)實(shí)測(cè)所得的速度信號(hào)進(jìn)行反演分析，由此便可判斷出樁基的質(zhì)量。該檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快、操作簡(jiǎn)單方便、檢測(cè)范圍廣。目前，在橋梁樁基無損檢測(cè)中，低應(yīng)變樁基檢測(cè)系統(tǒng)較為常見，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 低應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

采用該系統(tǒng)對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需注意以下事項(xiàng)：對(duì)樁基進(jìn)行激振時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保激振點(diǎn)在樁頂?shù)闹行奈恢锰?，且傳感器與激振點(diǎn)中心線之間的夾角不得小于45°；檢測(cè)完畢之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)變動(dòng)測(cè)法

該方法又被稱之為Case法，與靜載試驗(yàn)法相比，它的檢測(cè)成本更低一些，其能夠?qū)蛄簶痘耐暾院蛦螛敦Q向承載力進(jìn)行檢測(cè)。具體做法是在橋梁樁基的頂部施工一個(gè)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(duì)樁基的相關(guān)動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行收集，主要包括樁基的速度與力的時(shí)程曲線，依據(jù)相關(guān)理論和規(guī)范規(guī)定對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果判斷樁基的質(zhì)量和豎向承載能力。該方法的檢測(cè)系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：信號(hào)采集分析儀、傳感器、激振設(shè)備、貫入度測(cè)量?jī)x等。檢測(cè)前，應(yīng)對(duì)樁頭進(jìn)行平整處理，實(shí)際檢測(cè)中，采集的點(diǎn)數(shù)不得小于1024點(diǎn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度不得低于12bit。

結(jié)論

綜上所述，樁基礎(chǔ)以其自身諸多的優(yōu)點(diǎn)在橋梁工程中獲得了廣泛應(yīng)用，但由于各方面因素的影響，使得樁基常常會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量缺陷，這在一定程度上影響了橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。為此，在橋梁工程中，必須采取合理可行的方法對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。本文提出了幾種樁基無損檢測(cè)技術(shù)，每種方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際工程需要進(jìn)行選用。

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