中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
一、橋梁樁基工程檢測的重要性
樁基是結(jié)構(gòu)物的主要承重部分,其質(zhì)量的好壞,直接影響結(jié)構(gòu)物使用的安全性及長久性。而樁基又屬隱蔽工程,其質(zhì)量的檢測、評價為工程建設(shè)各方所關(guān)注。近年來公路建設(shè)規(guī)模較大,每年施工樁基量很大,樁基的檢測頻率、方法正不斷加強。橋梁各種樁基檢測方法的實踐和研究不斷進步,在這里就橋梁樁基檢測技術(shù)作簡單的概述與各同行交流。
樁基工程是一個系統(tǒng)工程,其分類繁多。在公路橋梁建設(shè)中,普遍為長、大直徑樁(直徑,按承載力分為摩擦樁、端承樁、摩擦端承樁,按成樁方法分則以灌注樁為主,灌注樁依成孔方法又分為沖孔、鉆孔、挖孔等。
二、橋梁樁基工程檢測方法要點分析
從地區(qū)特性看,山區(qū)多挖孔樁、端承樁,軟土地區(qū)多鉆孔樁、摩擦樁;但從檢測技術(shù)上看,我們較重視的是檢測樁基和樁周的地質(zhì)情況、是挖孔樁還是鉆孔樁、是主墩樁還是引橋樁等,這些區(qū)別,在樁基檢測方法及應(yīng)用上,其作用是相當重要的。樁基檢測在80年代末90年代初只使用聲波透射法抽檢(抽檢率<30%),目前已發(fā)展為靜載試驗、高應(yīng)變、低應(yīng)變、聲波透射法、鉆孔取芯法等綜合全面普檢。下面我們將各種方法詳細介紹。
1.低應(yīng)變動測法
低應(yīng)變動測法是使用小錘敲擊樁頂,通過粘接在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮諄碜詷吨械膽?yīng)力波信號,采用應(yīng)力波理論來研究樁土體系的動態(tài)響應(yīng),反演分析實測速度信號、頻率信號,從而獲得樁的完整性結(jié)論。低應(yīng)變動測法工作簡單、方便,而且檢測速度較快(一天可測過百根樁),但如何獲取好的波形、如何能較好地分析樁身的完整性,這是檢測工作的關(guān)鍵,下面就各要點進行討論。
1.1 適用范圍
低應(yīng)變動測法采用一維應(yīng)力波理論來分析樁土體系的動態(tài)響應(yīng),其主要假設(shè)為:樁的長度遠大于直徑。用手錘蔽擊樁頂產(chǎn)生的應(yīng)力波,其波長一般在lm至幾m之間,理論分析表明,一維彈性桿中波長應(yīng)大于10倍桿徑,這樣一維波動方程的解才是精確的。而在錘擊大直徑樁頂產(chǎn)生壓縮波后,會產(chǎn)生兩種特殊的現(xiàn)象:一是沿樁體傳播的彌散現(xiàn)象;二是橫向慣性現(xiàn)象。因此,時域曲線不但有縱波存在,還有橫波存在,而大直徑樁中波速是頻率的復雜函數(shù),限制著可測樁的直徑。在實測中,樁側(cè)土阻力特別是動土阻力對應(yīng)力波傳播的影響非常大,表現(xiàn)在以下方面:①導致應(yīng)力波迅速衰減;②影響缺陷反射波幅值;③產(chǎn)生土阻力波。析,多作對比,對缺陷下定義時,不能過于武斷。低應(yīng)變動測法較難區(qū)分局部混凝土膠結(jié)差、離析、縮頸等情況,也較難區(qū)分擴孔、地質(zhì)變化、嵌巖等情況,故只能對信號作有程度的區(qū)分和大致定性,而不能過于夸大地下結(jié)論,如承載力、混凝土強度、缺陷類型、大小等。
2.聲波透射法
聲波透射法是最早采用的樁基完整性無損檢測法,在上世紀08年代末正式應(yīng)用于福建省橋梁樁基檢測上,其方法是在灌注混凝土之前,在樁孔內(nèi)預(yù)埋數(shù)根聲測管,作為超聲脈沖發(fā)射與接收探頭的通道,用超聲探測儀沿樁的縱軸方向逐點測量超聲脈沖穿過各橫截面時的聲參數(shù),然后對這些測值作各種特定的數(shù)值判據(jù)或形象判斷處理后,得出樁的缺陷類型、大小、位置、混凝土均勻性指標和強度等級。下面就各檢測要點進行討論:
2. 1 適用范圍
聲波透射法適用性較強,樁徑在6Oem一1(X刃cm,只對已埋設(shè)聲測管的范圍內(nèi)混凝土進行完整性檢測,聲測管以外(包括持力層,擴孔部分等)不在檢測范圍內(nèi)。
2.2 測試系統(tǒng)
測試系統(tǒng)主要包括超聲檢測儀、超聲換能器、探頭升降裝置、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(新型數(shù)字式檢測儀已包括)等,由于國內(nèi)儀器價格便宜、性能較好,故得以廣泛使用。
2.3 測試過程
一般規(guī)定 ,樁徑‘1.om時埋聲測管2根,測1組數(shù)據(jù);樁徑1.2一2.Om時埋聲測管3根,測3組數(shù)據(jù);樁徑>2.om時埋聲測管4根,測6組數(shù)據(jù)。故測試組數(shù)由聲測管數(shù)量決定。一般人工放線檢測可由樁頂往樁底測或樁底往樁頂測,采用平測法(即2換能器置于同一水平面),測點間距為10一50cm,一般在缺陷位置加密檢測點,間距為10cm或ZOcm,另外,在樁身缺陷位置還可改用斜測法或扇形測法,以判定缺陷位置及大小。
2.4 缺陷的判斷
舊的檢測儀加示波器檢測一般只測量聲時值,新型檢測儀則聲時、波幅、頻率、波形均可同時測量及自動記錄。為加快檢測速度,現(xiàn)場一般測量聲時值及波幅值已足夠,在獲得大量的數(shù)據(jù)后,可繪出縱剖面上的“聲時― 深度”或“波幅、速度― 深度”曲線,然后進行判斷。目前常用的缺陷判斷方法有數(shù)值判據(jù)法及聲場陰影區(qū)重疊法,數(shù)據(jù)判斷法有概率法、PSD判據(jù)法、多因素分析法(NFP法)。概率法要求對全部數(shù)據(jù)進行糾偏及修正,并受多種因素影響;多因素分析法則將聲速、波幅和頻率3項參數(shù)進行綜合判斷,但由于頻率參數(shù)在實測中較少采集,故也較少應(yīng)用。在橋梁樁基檢測中,現(xiàn)多采用PSD判據(jù)法進行分析、判斷,實踐證明,該方法對缺陷十分敏感,而對因聲測管不平行或因混凝土不均勻等非缺陷原因引
起的聲時變化,則基本上不予以反映。
3 靜載試驗法
樁基工程中,單樁豎向承載力的確定十分重要。檢測單樁豎向承載力,最原始及最可靠的方法,就是靜載試驗法。樁基靜載試驗法是指在樁頂施加荷載,了解在荷載施加過程中樁土間的作用,通過測得。
曲線的特征,判別樁的施工質(zhì)量及確定承載力。在橋梁建設(shè)中,樁基靜載試驗法主要是以慢速維持荷載法,由于樁基荷載壓力大,施工環(huán)境惡劣,檢測時間長及檢測費用高,配套工作繁復,加上設(shè)計安全系數(shù)較高,一般情況下較難令樁基破壞即下沉量超限或混凝土破壞,故較少采用這種方法。故即使是高速公路橋梁或其它特大橋,均較少按規(guī)范規(guī)定抽取10%或不少于5根的樁基來檢測承載力。在地方規(guī)定中,只將低應(yīng)變動測法、聲波透射法及鉆孔取芯法列人普檢要求。
4 高應(yīng)變動測法
高應(yīng)變動測法是二十世紀09年代中應(yīng)用的一種檢測樁身完整性和單樁豎向承載力的方法,也稱為Case法或Capwap法。
該方法使用初期備受質(zhì)疑,后在大量靜動對比資料及實測證明下,建設(shè)各方基本上接受了這種將誤差控制在10%以內(nèi)的承載力檢測方法(與靜載試驗對比)。雖然其檢測費用較靜載試驗法大大降低,但其準備工作相對較繁瑣,但該方法的檢測結(jié)果對樁基設(shè)計及其它檢測方法均有一定的幫助。
5 鉆孔取芯法
本方法主要是利用鉆孔機(鉆頭內(nèi)徑一般為科loln )對樁身進行抽芯取樣,根據(jù)取出芯樣,對樁基的長度、混凝土強度、局部缺陷情況、樁底沉喳厚度、持力層情況等做出清楚判斷,但鉆孔取芯只能對小局部范圍進行準確判斷,故在樁基質(zhì)量等級評定時,仍以無損檢測為主。
鑒于樁基工程的重要性,設(shè)計工作需要校核。樁基礎(chǔ)在施工中容易出現(xiàn)各種質(zhì)量問題,因此樁基工程的試驗、檢測、驗收工作非常重要。其試驗、檢測、驗收的手段就是對樁基礎(chǔ)進行原位檢測和對混凝土的取樣檢測。
總結(jié):
施工前的檢測,目的是為設(shè)計及施工方案提供校核、修改的依據(jù);施工中的檢測,目的是監(jiān)督施工過程,保證施工質(zhì)量,達到設(shè)計要求;施工后的檢測,目的是對施工質(zhì)量進行驗收、評估和對質(zhì)量問題的處理提供依據(jù)。
