一、桥梁桩基工程检测的重要性

桩基是结构物的主要承重部分,其质量的好坏,直接影响结构物使用的安全性及长久性。而桩基又属隐蔽工程,其质量的检测、评价为工程建设各方所关注。近年来公路建设规模较大,每年施工桩基量很大,桩基的检测频率、方法正不断加强。桥梁各种桩基检测方法的实践和研究不断进步,在这里就桥梁桩基检测技术作简单的概述与各同行交流。

桩基工程是一个系统工程,其分类繁多。在公路桥梁建设中,普遍为长、大直径桩(直径,按承载力分为摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩,按成桩方法分则以灌注桩为主,灌注桩依成孔方法又分为冲孔、钻孔、挖孔等。

二、桥梁桩基工程检测方法要点分析

从地区特性看,山区多挖孔桩、端承桩,软土地区多钻孔桩、摩擦桩;但从检测技术上看,我们较重视的是检测桩基和桩周的地质情况、是挖孔桩还是钻孔桩、是主墩桩还是引桥桩等,这些区别,在桩基检测方法及应用上,其作用是相当重要的。桩基检测在80年代末90年代初只使用声波透射法抽检(抽检率<30%),目前已发展为静载试验、高应变、低应变、声波透射法、钻孔取芯法等综合全面普检。下面我们将各种方法详细介绍。

1.低应变动测法

低应变动测法是使用小锤敲击桩顶,通过粘接在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号,采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应,反演分析实测速度信号、频率信号,从而获得桩的完整性结论。低应变动测法工作简单、方便,而且检测速度较快(一天可测过百根桩),但如何获取好的波形、如何能较好地分析桩身的完整性,这是检测工作的关键,下面就各要点进行讨论。

1.1 适用范围

低应变动测法采用一维应力波理论来分析桩土体系的动态响应,其主要假设为:桩的长度远大于直径。用手锤蔽击桩顶产生的应力波,其波长一般在lm至几m之间,理论分析表明,一维弹性杆中波长应大于10倍杆径,这样一维波动方程的解才是精确的。而在锤击大直径桩顶产生压缩波后,会产生两种特殊的现象:一是沿桩体传播的弥散现象;二是横向惯性现象。因此,时域曲线不但有纵波存在,还有横波存在,而大直径桩中波速是频率的复杂函数,限制着可测桩的直径。在实测中,桩侧土阻力特别是动土阻力对应力波传播的影响非常大,表现在以下方面:①导致应力波迅速衰减;②影响缺陷反射波幅值;③产生土阻力波。析,多作对比,对缺陷下定义时,不能过于武断。低应变动测法较难区分局部混凝土胶结差、离析、缩颈等情况,也较难区分扩孔、地质变化、嵌岩等情况,故只能对信号作有程度的区分和大致定性,而不能过于夸大地下结论,如承载力、混凝土强度、缺陷类型、大小等。

2.声波透射法

声波透射法是最早采用的桩基完整性无损检测法,在上世纪08年代末正式应用于福建省桥梁桩基检测上,其方法是在灌注混凝土之前,在桩孔内预埋数根声测管,作为超声脉冲发射与接收探头的通道,用超声探测仪沿桩的纵轴方向逐点测量超声脉冲穿过各横截面时的声参数,然后对这些测值作各种特定的数值判据或形象判断处理后,得出桩的缺陷类型、大小、位置、混凝土均匀性指标和强度等级。下面就各检测要点进行讨论:

2. 1 适用范围

声波透射法适用性较强,桩径在6Oem一1(X刃cm,只对已埋设声测管的范围内混凝土进行完整性检测,声测管以外(包括持力层,扩孔部分等)不在检测范围内。

2.2 测试系统

测试系统主要包括超声检测仪、超声换能器、探头升降装置、数据采集与处理系统(新型数字式检测仪已包括)等,由于国内仪器价格便宜、性能较好,故得以广泛使用。

2.3 测试过程

一般规定 ,桩径‘1.om时埋声测管2根,测1组数据;桩径1.2一2.Om时埋声测管3根,测3组数据;桩径>2.om时埋声测管4根,测6组数据。故测试组数由声测管数量决定。一般人工放线检测可由桩顶往桩底测或桩底往桩顶测,采用平测法(即2换能器置于同一水平面),测点间距为10一50cm,一般在缺陷位置加密检测点,间距为10cm或ZOcm,另外,在桩身缺陷位置还可改用斜测法或扇形测法,以判定缺陷位置及大小。

2.4 缺陷的判断

旧的检测仪加示波器检测一般只测量声时值,新型检测仪则声时、波幅、频率、波形均可同时测量及自动记录。为加快检测速度,现场一般测量声时值及波幅值已足够,在获得大量的数据后,可绘出纵剖面上的“声时― 深度”或“波幅、速度― 深度”曲线,然后进行判断。目前常用的缺陷判断方法有数值判据法及声场阴影区重叠法,数据判断法有概率法、PSD判据法、多因素分析法(NFP法)。概率法要求对全部数据进行纠偏及修正,并受多种因素影响;多因素分析法则将声速、波幅和频率3项参数进行综合判断,但由于频率参数在实测中较少采集,故也较少应用。在桥梁桩基检测中,现多采用PSD判据法进行分析、判断,实践证明,该方法对缺陷十分敏感,而对因声测管不平行或因混凝土不均匀等非缺陷原因引

起的声时变化,则基本上不予以反映。

3 静载试验法

桩基工程中,单桩竖向承载力的确定十分重要。检测单桩竖向承载力,最原始及最可靠的方法,就是静载试验法。桩基静载试验法是指在桩顶施加荷载,了解在荷载施加过程中桩土间的作用,通过测得。

曲线的特征,判别桩的施工质量及确定承载力。在桥梁建设中,桩基静载试验法主要是以慢速维持荷载法,由于桩基荷载压力大,施工环境恶劣,检测时间长及检测费用高,配套工作繁复,加上设计安全系数较高,一般情况下较难令桩基破坏即下沉量超限或混凝土破坏,故较少采用这种方法。故即使是高速公路桥梁或其它特大桥,均较少按规范规定抽取10%或不少于5根的桩基来检测承载力。在地方规定中,只将低应变动测法、声波透射法及钻孔取芯法列人普检要求。

4 高应变动测法

高应变动测法是二十世纪09年代中应用的一种检测桩身完整性和单桩竖向承载力的方法,也称为Case法或Capwap法。

该方法使用初期备受质疑,后在大量静动对比资料及实测证明下,建设各方基本上接受了这种将误差控制在10%以内的承载力检测方法(与静载试验对比)。虽然其检测费用较静载试验法大大降低,但其准备工作相对较繁琐,但该方法的检测结果对桩基设计及其它检测方法均有一定的帮助。

5 钻孔取芯法

本方法主要是利用钻孔机(钻头内径一般为科loln )对桩身进行抽芯取样,根据取出芯样,对桩基的长度、混凝土强度、局部缺陷情况、桩底沉喳厚度、持力层情况等做出清楚判断,但钻孔取芯只能对小局部范围进行准确判断,故在桩基质量等级评定时,仍以无损检测为主。

鉴于桩基工程的重要性,设计工作需要校核。桩基础在施工中容易出现各种质量问题,因此桩基工程的试验、检测、验收工作非常重要。其试验、检测、验收的手段就是对桩基础进行原位检测和对混凝土的取样检测。

总结:

施工前的检测,目的是为设计及施工方案提供校核、修改的依据;施工中的检测,目的是监督施工过程,保证施工质量,达到设计要求;施工后的检测,目的是对施工质量进行验收、评估和对质量问题的处理提供依据。