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?；炷凉嘧兑话銥榈叵伦鳂I(yè)，或水下作業(yè)，其施工具有連續(xù)性，質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(duì)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將其應(yīng)用到橋梁工程樁基檢測(cè)中可大大提升檢測(cè)效率，保證檢測(cè)質(zhì)量?；诖耍疚闹饕?jiǎn)述了低應(yīng)變反射波法在橋梁工程樁基檢測(cè)中的運(yùn)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(cè)原理;橋梁樁基

中圖分類號(hào)：U445.551? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）07-0000-00

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，樁基施工中樁身質(zhì)量缺陷概率達(dá)到20%。當(dāng)前，我國(guó)每年用樁量多達(dá)百萬(wàn)根，樁基造價(jià)高，其在工程總造價(jià)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(xiàng)重要工作。隨著科技水平的不斷進(jìn)步，各種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)被廣泛運(yùn)用到各大樁基工程建設(shè)中。低應(yīng)變樁基檢測(cè)法是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，是我國(guó)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(shí)，還能準(zhǔn)確判斷樁基本身缺陷的類型、位置及損壞程度，同時(shí)還能檢查樁的長(zhǎng)度，估算樁體混凝土強(qiáng)度，因此，在橋梁工程樁基檢測(cè)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(cè)原理

目前，我國(guó)已形成了一套系統(tǒng)、成熟的檢測(cè)原理，低應(yīng)變反射波法在應(yīng)用過(guò)程中，測(cè)試樁在頂部的垂直震動(dòng)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(guò)程中其樁身變化明顯，且會(huì)促使波在阻抗界面出現(xiàn)較大差異，例如擴(kuò)大或減少速度與相應(yīng)波幅等。[2]將錘擊對(duì)應(yīng)的反射波波形與傳感器安裝位置樁的頂部反射信號(hào)相結(jié)合，按照處理結(jié)果的反射波計(jì)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(zhǔn)確判斷樁的缺陷類型，并統(tǒng)計(jì)估算樁基混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、樁長(zhǎng)度等。

2 工程概況

某橋梁工程全長(zhǎng)887.46 m，全寬35.5 m，為上、下行分離式斷面。橋梁設(shè)計(jì)樁基234根，樁徑分為兩類，即1.2 m、1.5 m，樁長(zhǎng)分為2類，即7.0 m、29.0 m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(bào)告等工程技術(shù)資料結(jié)合，按照設(shè)計(jì)要求，決定采用低應(yīng)變反射波法對(duì)本橋梁樁基工程進(jìn)行完整性檢測(cè)。

3 樁基低應(yīng)變反射波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

3.1 前期準(zhǔn)備

作為一門具有較強(qiáng)實(shí)踐性的應(yīng)用技術(shù)，樁基檢測(cè)技術(shù)必須做好檢測(cè)前期準(zhǔn)備工作，如資料收集、檢測(cè)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(cè)反射曲線及評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確。每一個(gè)項(xiàng)目都具有獨(dú)特性，且屬于不可復(fù)制的個(gè)體，任何一種樁基檢測(cè)方法都不可以適用于全部工程項(xiàng)目，因此，在檢測(cè)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(cè)方法，這就要求檢測(cè)前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，收集相關(guān)資料。例如，試驗(yàn)檢測(cè)前，應(yīng)掌握樁的類型、樁直徑、混凝土強(qiáng)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(cè)儀器的重點(diǎn)，是反射過(guò)程中檢測(cè)信號(hào)收集、計(jì)算和處理反射波的主要設(shè)備，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，本工程采用PIT測(cè)樁儀，其特點(diǎn)為體積小、重量輕、高信噪比等。

3.3 檢測(cè)時(shí)間的確定

為保證樁底反射信號(hào)清晰、準(zhǔn)確，不宜太早測(cè)試樁基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程，檢測(cè)樁的樁身混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到70%或不得低于15 MPa，此時(shí)檢測(cè)具有較高精度。該工程檢測(cè)時(shí)間定為成樁14天之后。

3.4 參數(shù)的設(shè)置

采樣頻率會(huì)對(duì)信號(hào)的時(shí)域、頻域分析的準(zhǔn)確性造成直接影響，檢測(cè)時(shí)需設(shè)置信號(hào)采樣頻率。頻率設(shè)置合理，才能保證檢測(cè)精度，提升時(shí)域分析的準(zhǔn)確性。但有些時(shí)候，為了提升分析精度，往往會(huì)增加采樣頻率，這種情況下勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)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(wú)法滿足需求。因此，在采樣頻率設(shè)置時(shí)，必須經(jīng)過(guò)合理的分析、對(duì)比，保證數(shù)值設(shè)置的合理性。根據(jù)工程實(shí)際情況，為本工程樁身混凝土強(qiáng)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(zhǎng)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(cè)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(zhǔn)確性，甚至關(guān)乎測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，原因在于振動(dòng)產(chǎn)生于樁頭頂部。在樁頭處理中，需做到以下幾點(diǎn)：

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

（2）樁頂可測(cè)量出完整的樁截面尺寸。

（3）樁頂干燥、清潔，無(wú)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(jì)值以上，如圖1所示。

3.6 激振點(diǎn)選擇

不得隨意設(shè)置激振點(diǎn)，避免對(duì)入射波垂直傳播造成不利影響，或?qū)π畔?lái)源產(chǎn)生干擾。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程，一般可在實(shí)心樁樁底中心進(jìn)行激震，若為空心樁，則設(shè)置于1/2壁厚位置。此外，激振點(diǎn)位置和傳感器安裝點(diǎn)、測(cè)試樁中心點(diǎn)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(gè)測(cè)點(diǎn);若樁徑在1000 mm以上，則測(cè)點(diǎn)設(shè)置不得低于4個(gè)。為獲取最佳曲線，本工程設(shè)4個(gè)以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)。[5]

3.7 傳感器安裝

傳感器安裝時(shí)，結(jié)合工程實(shí)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(diǎn)，以橡皮泥耦合作為粘結(jié)方式。

3.8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

檢測(cè)前，需做好現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備的詳細(xì)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(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能減小干擾，尤其是震動(dòng)干擾、機(jī)電干擾等，若在震動(dòng)過(guò)程中，周圍一起的震源將很容易和其本身震源疊加，對(duì)檢測(cè)曲線的正常規(guī)律造成很大影響。待各項(xiàng)檢測(cè)工作結(jié)束后，即可進(jìn)行試驗(yàn)及分析。

3.9 數(shù)據(jù)處理與分析

在對(duì)PIT分析軟件的研究中發(fā)現(xiàn)，濾波時(shí)用小波分析獲取的結(jié)果更能反映樁身的實(shí)際質(zhì)量情況，隨后，利用高通濾波對(duì)小波分析進(jìn)行補(bǔ)充，通過(guò)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(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)?；诖耍疚牡蛻?yīng)變反射波樁基檢測(cè)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(shí)際情況，本次檢測(cè)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(dá)到規(guī)定要求，圖2、圖3為部分實(shí)測(cè)曲線。[6]

圖2? L20-2號(hào)樁基檢測(cè)曲線

圖2為橋梁L20-2號(hào)樁，樁徑1.50 m，樁長(zhǎng)14.13 m，濾波結(jié)果過(guò)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(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，提供了良好的檢測(cè)依據(jù)。由圖2可見(jiàn)，該樁號(hào)樁身曲線平滑，未見(jiàn)奇異點(diǎn)，樁底反射清晰，樁完整性好，屬于I類樁。

圖3? L0-2號(hào)樁基檢測(cè)曲線

圖3為橋梁L0-2號(hào)樁，樁徑1.20 m，樁長(zhǎng)20.00 m。通過(guò)分析可知，檢測(cè)曲線已做濾波處理，但依舊存有奇異點(diǎn)，可初步判定該位置樁存有缺陷，結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)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(qiáng)風(fēng)化礫巖10～22 m厚;⑤強(qiáng)風(fēng)化粘土巖22～28.4 m厚;⑥強(qiáng)風(fēng)化礫巖28.4～29.6 m厚。

該樁號(hào)選擇旋挖鉆成孔，鉆孔過(guò)程中未見(jiàn)異常。隨后利用“小波+高通濾波”方式分析，實(shí)測(cè)中，可見(jiàn)4 m位置存在輕微擴(kuò)徑缺陷，其原因在于粉土層產(chǎn)生了擴(kuò)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。基于4 m位置擴(kuò)徑并不會(huì)影響檢測(cè)曲線，且8.1 m位置縮頸嚴(yán)重程度較輕，且樁身連續(xù)，基本上可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可判定L0-2號(hào)樁基為II樁。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)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(cè)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(cè)的一種常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其特點(diǎn)為高效、成本低、便捷等。為此，在檢測(cè)中，必須重視檢測(cè)方法的合理選用，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-10-05

作者簡(jiǎn)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.