公路桥梁中桩基检测新技术的开发和应用研究

2013-08-15李晓波

黑龙江交通科技 2013年7期

陈薇，李晓波

(1.贵州省交通科学研究院有限责任公司;2.贵阳建筑勘察设计有限公司市政设计院)

1 公路桥梁桩基工程的检测方法

1.1 超声波检测法

超声波是一种机械波，波动及机械振动为其超声测试的进行提供了物理基础，此外，超声波检测法也属于弹性波测试法，因此，固体介质中弹性波的传播为其提供了有效的理论基础。需要对混凝土的质量进行检测时，通常采用超声波检测法来测定超声波在混凝土传播过程中的声度、声时、频率、波幅等声学参数，从而反映混凝土的质量。根据桩体中声波换能器的不同设置方法，使用声波透射法对混凝土灌注桩进行检测时，通常分为桩外孔透射法、桩内跨孔透射法及内单孔透射法。

超声波检测桩身混凝土具有以下特点:检测时，可覆盖全桩长的各个横截面，因此所掌握的信息是比较全面的，而且操作不受场地及桩长与长径比的影响。数据分析比较简单快捷，能对桩身混凝土缺陷的位置、范围、性质、程度及结果进行准确而有效的判断。此外，还能检测出嵌岩桩的桩底沉渣范围及其厚度，而且也便于缺陷善后补救措施的处理。但是，此方法对缺陷比较敏感，但是当混凝土不均匀或因声测管不平行等非缺陷因素而导致的声时变化则通常不予反映。

1.2 钻芯检测法

钻芯检测法主要根据规定的抽检比例进行检测，属于局部破损检测法，采用此方法可对混凝土的强度、桩身的完整性、持力层性状、桩长以及桩底沉渣厚度是否符合设计规范及标准进行准确判断。钻芯取样环节在钻芯法检测有着非常重要的地位，其质量的好坏会对桩基整体质量的评价产生关键性影响。

混凝土芯样通常有以下两种情况:一是表面不够光滑，缺乏一定的完整性;二是表面很光滑，形状规则而完整。钻探设备、桩身质量都会影响到粗骨料和水泥胶结的质量，此外，因操作工艺而引起的芯样不完整也会对其产生一定影响。但是，因操作失误而导致的芯样破损不能代表桩基混凝土的质量情况，因此，对芯样进行钻孔作业时，并尽量保持芯样的代表性及原状性，对于某些发生已破碎及不完整的芯样应做出相应发分析及判断。通常以桩基总数的5%～10%对钻芯进行取样检查，钻芯的检测结果会直接影响到桩基的取舍，因此如果在无破损检测中或工程的实际施工中出现异常情况时，应对钻芯检测对钻芯作进一步判断，以对桩身完整性及质量情况进行正确而有效的判断。对钻孔进行布置时，通常会避开桩基的边缘位置，而且为了避免与钢筋笼发生碰撞现象以及为了避免芯样因钻眼斜出桩体外而无法正常取出，于是通常采用垂直钻进方法，芯样钻取完成后，应及时对桩基的完整性进行有效判断及评价，如果发生混凝土试块存在强度不足等问题时，为了在一定程度上保证评价的准确性，应对芯样实施抗压强度试验。

1.3 静载荷试验法

在公路桥梁的桩基工程中，单桩的竖向承载力检测是非常重要的，根据相关资料可知，静载荷试验法是其中比较简单而有效的方法，它先给桩基顶部增加一定程度的承载力，接着用缓慢的速度对承载力进行有效维持，然后对基桩底部在施加荷载过程中的作用进行仔细观察，接着就通过P-S载荷曲线来进一步确定单桩的竖向承载力并对桩基的施工质量进行正确而有效的判断。环境对公路桥梁的施工有着非常直接的影响作用，采用静载荷实验法时要考虑到施工周期、检测成本以及现场的安全系数等问题。因此，通常很少使用这种方法。

1.4 低应变动测法

就目前而言，低应变动测法和其他检测方法相比，是公路桥梁桩基检测中比较全面且准确度比较高的方法。它使用小锤对桩基的顶部进行敲击，并把传感器设置在桩基顶部，然后利用传感器对桩基的应力波信号进行有效接收，接着对信号频率及速度的进行反演分析，从而对分析并总结出桩基的完整性报告。这种检测方法具有适用范围广、准确度高以及简便快捷等优点。

1.4.1 测试系统的构成

信号采集仪、传感器、小型打印机以及力锤等是低应变动测试系统的主要构成部分，其信号设备中使用的是16位的模数转换器，采集系统的采集频率都必须大于截止频率的2.5倍，而且对系统的抗干扰性能有比较高的要求，测试时通常采用DC电源，通常选用内置放大式且频率范围较宽的加速度计。

1.4.2 测试过程

(1)选取锤击点。如果锤击点和传感器相距太近，传感器很可能会受到锤击冲击力的影响，如果两者相距太远，那么传感器又有可能会因为横波影响而出现波形震荡的情况，因此，为了保证能够准确地反映桩基的实际情况，检测时最好把锤击点定在和传感器相距18～30 cm的位置。

(2)选取测试点。选取测试点应结合桩基直径的具体情况，当桩基直径大于1.3 m时，最少要选取3个测试点，而且应把测试点与钢筋笼的距离控制在10 cm以上，测试点应均匀分布在桩基中心周围，为了使测试点内壁和传感器进行更好粘结，应对测试点进行合理而有效的打磨及处理。

(3)设置传感器。对传感器进行安装时，应结合测试点位置的选取情况，建议使用黏贴方式安装，使用橡皮泥、黄油以及石蜡等辅助黏贴时，应对桩基顶部的干燥情况进行有效检查。需要特别注意的是，为了在一定程度上避免对传感器接收应力波产生影响，应尽可能地让粘贴层薄一点。另一方面，为了使测试的精确度得到有效提高，应采集尽可能多的应力波信号，并在偏振不同及敲击位置不同的情况下对所得波形的一致性进行密切观察;如果桩基长度与直径的比例在30以上且桩基内部出现比较多缺陷的时候，就会在很大程度上影响到测量结果的准确性。

1.4.3 适用范围

(1)导致应力波的衰减过程加速。

(2)导致缺陷反射波的峰值出现削减现象。

(3)可测桩基的长度比较容易受到动土阻力波的影响，结合工程的实际情况及相关经验可知，使用低应变动测法时，通常要把桩基半径控制在0.9 m以下，而其长度则通常控制在5～50 m。桩基长度大于50 m时，虽然仍可接收到应力波信号，但是深度缺陷及局部缺陷方面的反应会容易受到地质条件及公路桥梁桩基承载力过大的影响。