桥梁落成后，长期经受车辆振动、车辆超载、车船撞击、海浪冲击、海水侵蚀、地震影响、近距离施工振动、地下水作用、年久化学及物理侵蚀风化等人为与自然因素的影响，会导致部分桥梁下基础桩质量产生明显变化，有的甚至会产生桩身结构松散、裂缝、断桩及持力层强度降低甚至造成塌桥等严重的安全质量问题。
目前，钻探抽芯是检查旧桥基础桩质量的主要方法，但检查费时费力，并且是一种具破坏性及需中断桥梁通行的抽检方法。一般只能对个别桩进行特殊性抽检，代表性低，难以推广。
旧桥下基础桩质量安全隐患是客观存在的，存在的严重安全隐患也是不容忽视的。为此，交通、市政、水利、建设等部门希望对旧桥基础桩质量有一种方便、直观的检测方法，为旧桥基础桩质量的检验与处理提供科学依据，旧桥基础桩弹性波层析成像检测方法研究就是在这种形势下展开的。
1.检测原理
弹性波层析成像是在发射孔内，施一瞬时激振力，桩、岩、土等介质受到外力力作用后，产生弹性形变并形成弹性波传播，受力的质点沿纵向产生胀缩形变，形成纵波传播，而横向则产生剪切形变，形成横波。弹性波(含纵波、横波等)在弹性介质中传播，当在接收孔内安放接收换能器或检波器和信号记录处理系统时，便可接收来自发射孔并经桩、岩、土等不同介质传播至接收孔的弹性波信号(图1、图2)。
实测到的弹性波信号，经过处理后，生成弹性波层析成像剖面图，根据不同位置上接收的弹性波速差异，便可直观准确地判断出基础桩长度及对基础桩桩身完整性和桩底持力层完整性作出评价。
2 检测方法技术
2.1检测装置
检测装置包括：发射、接收和记录处理系统三部分(图1)：①发射激振装置：采用电火花震源或爆炸震源；②信号接收装置，采用井中接收换能器或井中检波器接收；③记录处理系统，采用声波仪或地震仪以及电脑和成像软件等。
2.2现场测试方法技术
(1) 层析成像探测孔布设。①在检测桩两侧，对称桩中心点一个方向布设两个钻孔或多个方向对称桩中心点布孔；②钻孔深度及钻孔垂直度必须满足跨孔层析成像探测目的的技术要求，钻孔深度需大于桩长度；③钻探完毕孔中应全孔下探测管保护钻孔井壁或仅在土层段下探测管保护钻孔井壁。
(2) 观测系统。采用一孔激发，跨孔单道接收或一孔激发跨孔多道接收的观测系统(图2)。发射点距及接收点距一般为0.1、0.25、0.5、1m等，应尽可能满足被测异常体尺寸的1/3。
(3)现场观测。检测中所采用的各项参数( 采样时间间隔、增益、采样点数，模拟滤波、触发方式) 应通过现场试验确定。检测时，应保证采集信号质量，对采集的弹性波信号进行实时监控，所采集的时间剖面波形要求初至清晰，波列及延时等均正常，发现波形畸变或初至难以判读的立即进行重复观测，两次观测记录相对误差应满足要求。
3.资料处理与解释
将观测到的数据从仪器传输到电脑中，进行层析成像数据处理与解释。设成像剖面内共测有Ⅳ条射线，根据测式精度将剖面分为M个单元(网格)，以射线理论为基础的成像方法归结为求解
方程组。式中， 是第 i 条射线在第J个单元内的路径长度；
是第ij个单元的慢度值( 速度的倒数)； 是第i条射线走时值。
根据现场地质情况， 赋予方程组初始慢度值G用SIRT方法解上述方程组，便可计算出每条声线的声时t，当慢度的赋值接近实际时，计算的声时就接近实测的声时， 当实测走时与理论走时值的相对误差≤5%，便可生成弹性波层析成像图。根据生成的弹性波速度剖面图像，可直观准确地判断出基础桩长度及对基础桩桩身完整性和桩底持力层完整性作出评价。
4.模型桩检测实例
本实例为广州某模型桩基地 1 号钻孔灌注模型桩弹性波层析成像检测实例，该桩设计桩径800mm，设计桩长11.8m，采用C25商品混凝土成桩，桩底持力层为强风化砂岩。 本实例检测段深度为-9～-13.25m。
(1) 桩长度实测成像剖面。完整连续的混凝土桩段的波速V 较高为3600～4000m/s，且均匀连续，如图3中棕红色及紫红色部分。而桩底下为强风化砂岩，属较软质岩， 其波速明显低于桩身波速，如图3中黄色部分，V 为2500～3000m/s。橙红色部分为桩、岩过渡带，桩岩过渡带为0.3m，V为3000～3600m/s。检测结果，实测桩长为11.5 m，设计桩长为11.8m，两者相对误差2.5%。
(2)桩身完整性实测成像剖面。完整连续的混凝土桩段的波速较高并且均匀连续，如图3中棕红色部分，其V 波速值为3600～3800m/s。而桩体中心部位，如图3中紫红色部分，波速更高V值为3800～4000m/s，说明桩体中心部分混凝土强度较高。同时，桩身段波速值V值为3600～4000m/s，达到混凝土C25常见波速值3600～3800m/s范围。但桩身主体上下段与设计桩直径相比，出现明显的缩径现象，桩缩径为0.15m，缩径率为设计桩径的18.8%。桩身主体砼强度达到设计C25要求，缩径现象说明，桩身结构完整性存在明显缺陷。
(3) 桩底持力层完整性实测成像剖面。致密完整连续混凝土桩段的波速较高并且均匀连续，如图3中棕红色及紫红色部分，其V值为3600—4000m/s。而该桩底持力层为强风化砂岩，属较软质岩，如图3中黄色部分，其V值为2500～3000m/s，达到并超过强风化砂岩常见V值1400～2580m/s 范围。而桩底与强风化砂岩之间如图中橙红色部分为桩、岩过渡带，厚度为0.3m，其V值为3000～3600m/s，由于桩、岩过渡带波速比持力层波速高，说明桩、岩过渡带强度符合要求。桩底持力层完整连续，达到强风化砂岩要求。
5 .结束语
旧桥基础桩弹性波层析成像检测方法， 是一种方便、无损、直观、准确的基础桩长度及桩身与桩底持力层完整性的检测方法，它为诊断旧桥基桩病害提供了一种新的检测方法手段。本项目试验与研究过程中，始终得到了吴庆曾、王运生两位老师及广东省工程勘察院林维芳院长等领导及同志们的大力支持帮助， 在此一并表示衷心感谢。
