低應(yīng)變反射波法在橋梁工程樁基檢測中的運用研究

摘? 要：當(dāng)前樁基礎(chǔ)已成為現(xiàn)代工程中應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)類型之一，其中混凝土灌注樁在公路橋梁中被廣泛使用。混凝土灌注樁一般為地下作業(yè)，或水下作業(yè)，其施工具有連續(xù)性，質(zhì)量監(jiān)測及控制存在一定難度，極易出現(xiàn)沉渣、斷樁、縮頸等缺陷，因此對工程質(zhì)量影響較大。低應(yīng)變反射波法是一種效率高、成本低的無損檢測技術(shù)，將其應(yīng)用到橋梁工程樁基檢測中可大大提升檢測效率，保證檢測質(zhì)量?；诖?，本文主要簡述了低應(yīng)變反射波法在橋梁工程樁基檢測中的運用，以期為工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：低應(yīng)變反射波法;檢測原理;橋梁樁基

中圖分類號：U445.551? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2020）07-0000-00

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，樁基施工中樁身質(zhì)量缺陷概率達到20%。當(dāng)前，我國每年用樁量多達百萬根，樁基造價高，其在工程總造價中所占比例約1/4以上。因此，如何做好樁基施工質(zhì)量控制成為一項重要工作。隨著科技水平的不斷進步，各種先進的檢測技術(shù)被廣泛運用到各大樁基工程建設(shè)中。低應(yīng)變樁基檢測法是一種無損檢測技術(shù)，是我國現(xiàn)階段樁基整體性能有效判斷的重要方法，其在保證樁身完整性的同時，還能準確判斷樁基本身缺陷的類型、位置及損壞程度，同時還能檢查樁的長度，估算樁體混凝土強度，因此，在橋梁工程樁基檢測中開展低應(yīng)變反射波法應(yīng)用研究具有重要意義。[1]

1 低應(yīng)變反射波法檢測原理

目前，我國已形成了一套系統(tǒng)、成熟的檢測原理，低應(yīng)變反射波法在應(yīng)用過程中，測試樁在頂部的垂直震動將轉(zhuǎn)化為特定的應(yīng)力波，能量已縱向彈性波沿樁身彈性波傳播，在此過程中其樁身變化明顯，且會促使波在阻抗界面出現(xiàn)較大差異，例如擴大或減少速度與相應(yīng)波幅等。[2]將錘擊對應(yīng)的反射波波形與傳感器安裝位置樁的頂部反射信號相結(jié)合，按照處理結(jié)果的反射波計算樁身不同位置彈性波傳播速度，并參考地質(zhì)信息、施工記錄等，準確判斷樁的缺陷類型，并統(tǒng)計估算樁基混凝土的強度等級、樁長度等。

2 工程概況

某橋梁工程全長887.46 m，全寬35.5 m，為上、下行分離式斷面。橋梁設(shè)計樁基234根，樁徑分為兩類，即1.2 m、1.5 m，樁長分為2類，即7.0 m、29.0 m，混凝土設(shè)計強度等級為C25。在做好前期考察調(diào)研工作的基礎(chǔ)上，與地質(zhì)勘察報告等工程技術(shù)資料結(jié)合，按照設(shè)計要求，決定采用低應(yīng)變反射波法對本橋梁樁基工程進行完整性檢測。

3 樁基低應(yīng)變反射波現(xiàn)場檢測分析

3.1 前期準備

作為一門具有較強實踐性的應(yīng)用技術(shù)，樁基檢測技術(shù)必須做好檢測前期準備工作，如資料收集、檢測方案的完整性、儀器參數(shù)設(shè)置等，這樣才能保證獲取的樁基檢測反射曲線及評定結(jié)果準確。每一個項目都具有獨特性，且屬于不可復(fù)制的個體，任何一種樁基檢測方法都不可以適用于全部工程項目，因此，在檢測前，必須按照樁基礎(chǔ)的工程地質(zhì)情況、施工工藝等選擇適合的檢測方法，這就要求檢測前做好各項準備工作，收集相關(guān)資料。例如，試驗檢測前，應(yīng)掌握樁的類型、樁直徑、混凝土強度、工程地質(zhì)條件等相關(guān)資料。[3]

3.2 儀器設(shè)備選定

樁基分析儀是樁基檢測儀器的重點，是反射過程中檢測信號收集、計算和處理反射波的主要設(shè)備，根據(jù)工程設(shè)計要求，本工程采用PIT測樁儀，其特點為體積小、重量輕、高信噪比等。

3.3 檢測時間的確定

為保證樁底反射信號清晰、準確，不宜太早測試樁基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程，檢測樁的樁身混凝土強度應(yīng)達到70%或不得低于15 MPa，此時檢測具有較高精度。該工程檢測時間定為成樁14天之后。

3.4 參數(shù)的設(shè)置

采樣頻率會對信號的時域、頻域分析的準確性造成直接影響，檢測時需設(shè)置信號采樣頻率。頻率設(shè)置合理，才能保證檢測精度，提升時域分析的準確性。但有些時候，為了提升分析精度，往往會增加采樣頻率，這種情況下勢必會帶來一些問題，例如頻域分析精度和采樣頻率為反比，若依舊選擇較高的采樣頻率，頻域分析很可能無法滿足需求。因此，在采樣頻率設(shè)置時，必須經(jīng)過合理的分析、對比，保證數(shù)值設(shè)置的合理性。根據(jù)工程實際情況，為本工程樁身混凝土強度為C25，估算波速為3700 m/s，設(shè)1000 Hz為采樣頻率，80 dB為放大增益，0.5%為長期變化量，濾波頻率設(shè)為可調(diào)。[4]

3.5 樁頭的處理

在低應(yīng)變反射波樁基檢測中，樁頭處理是否滿足規(guī)定極為關(guān)鍵，直接影響波形采集的準確性，甚至關(guān)乎測試結(jié)果的準確性，原因在于振動產(chǎn)生于樁頭頂部。在樁頭處理中，需做到以下幾點：

（1）樁頂開鑿到新鮮混凝土，磨平樁頂四個均勻分布的測點，測點與鋼筋的間距不應(yīng)低于15 cm。

（2）樁頂可測量出完整的樁截面尺寸。

（3）樁頂干燥、清潔，無污染，不得接觸水或其他雜質(zhì)。

（4）若基坑設(shè)有墊層，相比墊層高度，樁頂可高出10～15 cm，確保露出墊層至樁頂外徑在樁徑設(shè)計值以上，如圖1所示。

3.6 激振點選擇

不得隨意設(shè)置激振點，避免對入射波垂直傳播造成不利影響，或?qū)π畔碓串a(chǎn)生干擾。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程，一般可在實心樁樁底中心進行激震，若為空心樁，則設(shè)置于1/2壁厚位置。此外，激振點位置和傳感器安裝點、測試樁中心點之間的夾角必須在90°以上?；炷凉嘧稑稄皆?000 mm以下，設(shè)置不低于2個測點;若樁徑在1000 mm以上，則測點設(shè)置不得低于4個。為獲取最佳曲線，本工程設(shè)4個以上監(jiān)測點。[5]

3.7 傳感器安裝

傳感器安裝時，結(jié)合工程實際情況，在距離樁心2/3R處安裝傳感器，在樁中心周圍設(shè)激振點，以橡皮泥耦合作為粘結(jié)方式。

3.8 現(xiàn)場檢測

檢測前，需做好現(xiàn)場儀器設(shè)備的詳細檢查工作，保證設(shè)備安裝到位，保證儀器工作狀態(tài)良好。樁基檢測時，應(yīng)盡可能減小干擾，尤其是震動干擾、機電干擾等，若在震動過程中，周圍一起的震源將很容易和其本身震源疊加，對檢測曲線的正常規(guī)律造成很大影響。待各項檢測工作結(jié)束后，即可進行試驗及分析。

3.9 數(shù)據(jù)處理與分析

在對PIT分析軟件的研究中發(fā)現(xiàn)，濾波時用小波分析獲取的結(jié)果更能反映樁身的實際質(zhì)量情況，隨后，利用高通濾波對小波分析進行補充，通過這種分析方式，可獲取更接近理論波形的特征曲線，并為樁身質(zhì)量評價提供可靠依據(jù)?；诖耍疚牡蛻?yīng)變反射波樁基檢測中決定選用小波分析結(jié)合高通濾波的分析方式。

根據(jù)工程實際情況，本次檢測樁基234根，其中233根為I類樁，1根為II類樁，并未發(fā)現(xiàn)III類樁、IV類樁，樁基完整性可達到規(guī)定要求，圖2、圖3為部分實測曲線。[6]

圖2? L20-2號樁基檢測曲線

圖2為橋梁L20-2號樁，樁徑1.50 m，樁長14.13 m，濾波結(jié)果過濾掉了原始波形中的一些噪音干擾，已將非樁自身因素的影響排除，為評定結(jié)果的準確性，提供了良好的檢測依據(jù)。由圖2可見，該樁號樁身曲線平滑，未見奇異點，樁底反射清晰，樁完整性好，屬于I類樁。

圖3? L0-2號樁基檢測曲線

圖3為橋梁L0-2號樁，樁徑1.20 m，樁長20.00 m。通過分析可知，檢測曲線已做濾波處理，但依舊存有奇異點，可初步判定該位置樁存有缺陷，結(jié)合地質(zhì)勘察報告，原地面土質(zhì)情況如下：①粉土填土0～1 m厚;②粉土1～6 m厚;③卵石6～10 m厚;④強風(fēng)化礫巖10～22 m厚;⑤強風(fēng)化粘土巖22～28.4 m厚;⑥強風(fēng)化礫巖28.4～29.6 m厚。

該樁號選擇旋挖鉆成孔，鉆孔過程中未見異常。隨后利用“小波+高通濾波”方式分析，實測中，可見4 m位置存在輕微擴徑缺陷，其原因在于粉土層產(chǎn)生了擴孔。在8.1 m位置存在縮頸缺陷，原因在于混凝土灌注施工中，卵石層產(chǎn)生塌孔?；? m位置擴徑并不會影響檢測曲線，且8.1 m位置縮頸嚴重程度較輕，且樁身連續(xù)，基本上可達到設(shè)計要求，可判定L0-2號樁基為II樁。

4 結(jié)語

綜上所述，作為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點項目，橋梁工程是公路建設(shè)體系的重要組成部分，提高橋梁樁基檢測水平，不僅能夠保證樁基質(zhì)量，還能保證工程安全。低應(yīng)變反射波法是橋梁工程樁基檢測的一種常用無損檢測技術(shù)，其特點為高效、成本低、便捷等。為此，在檢測中，必須重視檢測方法的合理選用，提高檢測準確性。

參考文獻

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[3] 章松.低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，（22）：108-108+100.

[4] 藍云輝.建筑工程樁基檢測中低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，5（27）：1798-1799.

[5] 胡靖.低應(yīng)變反射波法在某樁基工程檢測中的應(yīng)用[J].四川建材，2015，（2）：116-117.

[6] 朱小娟.論基樁低應(yīng)變法檢測技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014，（28）：38.

收稿日期：2019-10-05

作者簡介：鄭龍（1988—），男，甘肅寧縣人，本科，工程師，研究方向：交通工程。

Research on Application of Low Strain Reflected Wave Method in Pile Foundation Detection of Bridge Engineering

ZHENG Long

（Henan Transportation Science and Technology Research Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan? 450000）

Abstract： Pile foundation is one of the most widely used foundation types in modern engineering， especially concrete cast-in-place pile is widely used in highway Bridges. Generally， concrete cast-in-place piles are operated underground or under water. The construction is continuous， and the quality monitoring and control are difficult. Defects such as sediment， pile breaking and neck shrinking are easy to occur， which have a great impact on the project quality. The low strain reflected wave method is a kind of high efficiency and low cost nondestructive testing.Based on this， this article mainly briefly introduces the application of low-strain reflected wave method in the detection of pile foundation of bridge engineering， in order to provide a reference for engineering application.