简析无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用

郭杰

摘要：文章首先简要分析了桥梁桩基常见质量缺陷及其成因，并在此基础上对无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对桩基质量缺陷问题的处理有所帮助。

关键词：桥梁；桩基；无损检测

1桥梁桩基常见质量缺陷及其成因分析

灌注桩和预制桩是桥梁桩基常见形式。在施工过程中，对于灌注桩受地质条件复杂、施工队伍专业化水平低、技术设备不精确等因素的影响，易使桥梁桩基存在质量缺陷。尤其在桥梁工程投入运营之后，桩基质量缺陷会显露出来，严重影响整个桥梁使用的安全性。为此，必须要对桥梁桩基的质量缺陷情况进行检测评估，为桩基维修提供可靠依据。目前，对于灌注桩常见的桥梁桩基质量缺陷包括以下四类：

1.1缩径

桥梁桩基桩径与桥梁竖向承载力和抗弯能力有着直接关系。在桥梁工程建设中，经常会出现桥梁桩径缩小的问题，进而预留质量缺陷隐患。造成这一问题的原因具体包括以下两个方面：一方面，地基处于不良地质条件或含水较高的地质条件下，使得桥梁桩基周围的土层在受水的长期作用下逐步向桩孔中突起，最终导致桩径缩短；另一方面，桩基所在位置是含有承压水的地层，受地下水冲刷作用的影响，桩基混凝土砂浆会不断流失，致使桩径不断缩小。在检测桩径缩小类桩基质量缺陷时，波形图会在该类缺陷的顶界面产生相同的反射波，在底界面上产生相反的反射波。如果桩基桩径缩小的程度越大，那么反射波的振幅也就越大。

1.2沉渣

在桥梁桩基施工过程中，经常会发生桩基混凝土沉渣问题。造成这种问题的原因在于：钻孔灌注桩在进行混凝土灌注之前，未彻底清理干净孔底，或在清理完成之后，没有及时灌注混凝土，使得桩基强度降低。在检测存在此类质量隐患的桥梁桩基时，如果桩基底部为中风化岩，那么运用无损检测技术就会出现较弱的同向反射波；如果桩基底部为弱风化围岩，那么运用无损检测技术也会产生较弱的同向反射波，且波速和波的频率会急速降低，波的周期随之变长；如果桩基本身较短，但混凝土强度较高时，那么检测结果中就会出现多次同向反射波。

1.3桩基混凝土离析

在桥梁桩基施工中，混凝土桩基离析也是造成桩基质量缺陷的重要因素。产生这一问题的原因在于：混凝土搅拌不均匀；混凝土胶结不好；在混凝土桩基灌注过程中，因桩孔内的积水未清除干净，导致骨料沉在桩底、砂浆浮在骨料上，进而引发混凝土离析现象。在运用无损检测技术检测此类桥梁桩基时，混凝土桩基离析程度和深度是决定检测波形反射波振幅的关键因素。若波形出现小范围畸变，则说明混凝土桩基的离析程度较轻；若波峰严重降低直至消失，最终形成低频合成波，则说明混凝土桩基的离析程度十分严重。

1.4断桩

这是桥梁桩基病害的主要表现形式之一，导致断桩的因素相对较多，大体可归纳为以下几个方面：其一，混凝土配合比设计不合理；其二，由于混凝土运输不及时导致已经灌注的混凝土出现初凝现象，致使导管无法拔出，影响了混凝土的正常灌注，从而引起断桩；其三，首批灌注的混凝土用量不足或是导管埋深的深度不够，都可能引起断桩问题；其四，桩基灌注时，护筒底部漏水、孔壁坍塌，引起静水压力变化，由此会导致断桩。

2无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用

2.1静载试验法

该方法主要是对桥梁桩基的竖向承载能力进行检测，具体做法是自桩基的顶部逐步施加荷载，在竖向荷载的作用下，桩基会与周围的土体产生作用，预先标记在桩身上的检测点则会随着时间的推进产生位移或沉降，再按照荷载位移的关系，绘制出相关曲线，由此便可判断桩基的竖向承载能力。通过静载试验法，能够准确模拟出地基与基础的实际工作状况，其与桩基的受力条件非常接近，这种方法的特点是操作简单方便、省时省力、试验过程安全可靠。需要注意的是，操作人员在施加荷载的过程中，要控制好荷载，不可施加过大，以免影响检测结果的准确性。

2.2超声检测法

该方法是以声速值和桩基混凝土强度间的相关性为依据，通过声速反映材料的密实度，再按照其与材料强度间的关系判断材料的强度。同时，可借助声速反映出材料内部结构的均匀性和连续性等指标。采用该方法对桥梁桩基进行检测时，要求检测人员必须具备一定的经验，以便能够准确无误地完成数据处理和统计计算等工作，由此可以确保检测结果的准确性。

2.3低应变动测法

该方法具体是指假设待检测桩基的桩长大于孔径，且桩基为等截面梁体，在这一基础上，使用振动仪对桩顶进行激振，由此产生的荷载会使桩身与周围土体产生振动，通过安装在桩身上的应变计将振动的加速度传递给测试仪。当桩基存在缩径、扩径以及断面等质量缺陷时，弹性波在传播时会发生发射，传感器会对声波进行过滤放大，再将数据以波动理论进行分析，从而研究桩身与土体之间的动态响应，并对实测所得的速度信号进行反演分析，由此便可判断出桩基的质量。该检测方法的优点是速度快、操作简单方便、检测范围广。目前，在桥梁桩基无损检测中，低应变桩基检测系统较为常见，该系统的结构如图1所示。

图1 低应变检测系统结构示意图

采用该系统对桥梁桩基进行检测时，需注意以下事项：对桩基进行激振时，应当确保激振点在桩顶的中心位置处，且传感器与激振点中心线之间的夹角不得小于45°；检测完毕之后，应当对所得的数据进行分析，确定出波速平均值，这就要求桩基的数量最少不低于5根。

2.4高应变动测法

该方法又被称之为Case法，与静载试验法相比，它的检测成本更低一些，其能够对桥梁桩基的完整性和单桩竖向承载力进行检测。具体做法是在桥梁桩基的顶部施工一个竖向荷载，其大小通常为桩身总重量的10%或单桩承载力的1%，随后对桩基的相关动力系数进行收集，主要包括桩基的速度与力的时程曲线，依据相关理论和规范规定对其进行分析计算，由计算结果判断桩基的质量和竖向承载能力。该方法的检测系统由以下几个部分构成：信号采集分析仪、传感器、激振设备、贯入度测量仪等。检测前，应对桩头进行平整处理，实际检测中，采集的点数不得小于1024点，模数转换的精度不得低于12bit。

结论

综上所述，桩基础以其自身诸多的优点在桥梁工程中获得了广泛应用，但由于各方面因素的影响，使得桩基常常会出现一些质量缺陷，这在一定程度上影响了桥梁结构的整体质量。为此，在桥梁工程中，必须采取合理可行的方法对桩基质量进行检测。本文提出了几种桩基无损检测技术，每种方法都有自己的优点，可根据实际工程需要进行選用。

参考文献：

[1]万振凯.王占刚.基于神经网络的复合材料缺陷超声波检测研究[J].资源环境与工程.2012（5）.

[2]程翠.应力波反射法基桩完整性检测结果影响因素及对策[J].岩石力学与工程学报.2013（4）.

[3]潘长胜.赫广伟.桥梁检测技术及其发展趋势简述[J].黑龙江交通科技.2011（9）.

[4]吴敏哲.谢异同.样条小波在基桩完整性检测中的应用[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版）.2014（1）.

[5]曾永军.赵伟封.林江奕.浅谈超声法检测灌注桩的应用[J].山西建筑.2012（6）.