探讨公路桥梁中桩基检测新技术的开发和应用
2015-12-03
前言
步入二十一世纪以来，随着我国加入世界贸易组织，市场经济规模不断发展壮大，国家建设也不断加快，尤其是对于基础设施的建设，其重视力度大大加强，公路桥梁建设项目在全国各地迅速开展。在这高速建设的过程中，其质量问题一直是人们关注的焦点，对于桥梁工程来讲，对其质量更加的看重，尤其是起着关键作用的桩基工程，它的质量的好坏直接影响整个公路桥梁工程的安全性能，关系到国家及人民群众的生命财产安全，对于桩基的检测更是不得有半点疏忽，桥梁工程要想顺利实施，必须首先要对最为基础的桩基工程的整体质量进行检测，否则其他环节不能进行。本文着重介绍了相关的桩基检测技术，并根据不同的施工条件合理采用不同的检测技术。
1公路桥梁桩基的分类
在不同的施工方法下，对于公路桥梁的桩基可以有不同的分类，其中包括着冲孔，挖孔，钻孔等不同的桩基。再按照其桩基的承载力方式来分类，可以大致分为端承桩，摩擦桩等；按照其直径分大致分三类，为大直径，中直径，小直径；按照水平受力情况大致分为主动桩和被动桩；按照竖向受力情况分抗压桩和抗拔桩两种。从工程的检测技术方面出发，在工程的施工过程中，要根据当时的施工情况决定桩基的施工方式，并且要根据不同的施工方式运用不同的检测方法，从而保证检测结果的准确可靠。
2 公路桥梁桩基检测方法分析
2.1 声波透射法
声波透射法是 20 世纪 80 年代最早使用的桩基检测方法，其优点在于可以利用声波透射对桩基进行全面、立体、详细的检测，其实施过程是在桩基的内部预埋含有超声波脉冲发射器和接受探头的声测管，有脉冲发生仪器产生周期性的脉冲穿透桩基的混凝土层然后被接受端所接收，然后由测量系统计算出超声脉冲投射过桩基所需要的时间、接收脉冲的频率、脉冲最大值和接收波形等参数，最后经过各种参数的综合判断和DSP 系统进行分析就可以对混凝土桩基可能存在的内部缺陷进行位置、大小的分析，同时给出混凝土的总体均匀性和强度等级的分析。声波透射法基本上不会受到周围环境和其他因素的限制和影响，但声波本身就存在着透射、散射、漫反射等现象，必然会对桩基的检测结果产生一定的影响。
2.2 静载荷试验法
在公路桥梁的桩基施工中，非常重要的一个环节是检测单桩的竖向承载力，在这种检测中最简单有效的方法就是静载荷试验法，它是指在桩基的顶部施加一定的载荷，然后以慢速来维持荷载，并且观察在施加荷载过程中基桩底部的作用，然后绘制P-S 载荷曲线来对桩基的施工质量进行判断并确定单桩的竖向承载力，在公路桥梁的施工过程中，由于受到施工环境的影响，同时施工工期短，而公路桥梁桩基的承载力又比较大，若采用静载荷实验法，首先是检测周期长，其次检测的成本较高，需要做很多的配套工作，而且现场的安全系数也不是很高，因此在实际操作中也较少利用这种方法。
2.3 钻孔取芯法
钻孔取芯法主要是使用钻孔对公路桥梁的桩基进行取芯操作，检测人员根据取出的样芯，对桥梁桩基的强度、桩底部沉渣、局部缺陷、持力层等变量做出判断，以了解公路桥梁桩基的具体情况，但钻孔取芯法往往只是取桩基一个地方的芯，不能全面准确地体现桩基的状况，只能对其局部情况进行测量，因此在进行桩基检测时候往往不会大范围的使用钻孔取芯法。
2.4 低应变动测法
目前来说，相对于其他检测方法来说，低应变动测法是一种比较全面、准确的公路桥梁桩基检测方法，它主要是利用小锤敲击桩基的顶部，然后由设置在桩基顶部的传感器来接收来自桩基的应力波信号，经过对信号速度、信号频率进行反演分析后就可以得出桩基的完整性报告，这种方法检测的准确度高，适用范围广，简单可靠。
2.4.1测试系统组成
低应变动测法的系统主要由信号采集仪、力锤、传感器以及小型打印机等设备，信号采集设备中采用 16 位的模数转换器，采集系统的采集频率应该达到截止频率的2.5倍以上，同时还要考虑到系统的抗干扰性能，尤其对于 50Hz 交流电的干扰，因此在进行测试时候最好采取DC电源，在传感器的选择上应该选取上最好选取内置放大式加速度计的，而且加速度计的频率相应范围较宽，并且低频响应和0漂性能较好。
2.4.2适用范围分析
在实际应用中，桩基的侧土阻力尤其是动土阻力对桩基中应力波会产生较大的影响，具体体现在：（1）削减缺陷反射波的峰值。（2）使应力波的衰减过程加快。（3）动土阻力波的产生则限制了可测桩基的长度，由实际工程的经验可以得出，在使用低应变动测法时候，桩基的长度一般要在5~50m 以内，桩基的半径则要小于 0.9m，虽然对于那些长度超过50m 的桩基仍可以得到桩底的应力波信号，但由于公路桥梁桩基的承载力大，对于那些局部缺陷、深度缺陷的反应则不够准确，而且也有可能会受到当地地质条件的影响。
2.4.3 测试过程分析
在进行测试时候，为了得到较为精准的检测结果，应当注意以下几点：
a 测试点的选取
应根据不同直径的桩基选择适当的测试点，一般的规则是，对于桩径在1.2m 以上的桩基，要选取至少 3 个测试点，这些测试点和钢筋笼之间的距离不得小于10cm，测试点在桩基中心四周均匀分布，必须对测试点进行打磨处理以便于保证传感器与测试点内壁的粘结良好。
b 锤击点的选取
检测时的锤击点最好选取在距离传感器20~30cm 的地方，若两者之间距离过近，锤击的冲击力会对传感器造成干扰，反之，若两者之间距离过远，则可能会有横波的影响而产生波形震荡的现象，这样就不能准确反映桩基的情况。
c 传感器的设置
应当根据测试点的选取情况来确定传感器的安装，安装传感器时候，最好选取黏贴的方式，在保证桩基顶部干燥的情况下，可以采用石蜡、黄油、橡皮泥等来黏贴，应当注意的是，粘贴层应尽量的薄一些，以免对传感器接收应力波产生影响。
另外，为了提高测试的准确度，应尽可能多的采集应力波信号，在不同的敲击位置，不同偏振的情况下观察所得波形的一致性,总之，低应变动测法具有一定的使用范围，在桩基内部存在多个缺陷、桩基长度和直径比例大于30 时，难以获得较为准确的测量效果，因此提高采集系统的信噪比和检测精度仍是需要努力的方向。
3 结语
桥梁工程的安全与否,其本质影响因素之一就是桩基的质量好坏,所以公路桥梁建设中一定要注意好桩基的施工质量。本文是根据自己从事公路桥梁桩基施工以及检测多年的经验,总结的一些关于公路桥梁桩基检测中出现的问题以及对这些相关问题的技术分析，随着高科技的不断发展,人们会研制出更加方便快捷可靠的仪器来为桩基检测提供更加可靠的数据,同时,也希望该经验介绍能给现实公路桥梁桩基的检测提供应有的帮助。
