桥梁下在役桩双速度完整性检测实例分析
发布时间:2012-05-27

 

    

(欧美大地仪器设备中国有限公司,北京 100062)


摘要:桥梁下在役桩的完整性检测亟需有效的测试方法,但因其与上部机构相连使得测试十分困难,已然成为工程难题。采用双速度法测试技术为解决这类基桩完整性提供了新的思路和测试手段。通过本文提供的实际测试案例讨论,表明双速度法在克服各种影响因素后,可以有效地从实测信号中提取出上行波,进而分析缺陷的存在及确定其所在位置。双速度法除了必要的计算、分析技术外,测试人员还应具备扎实的行波理论、巧妙布置现场观测系统以及丰富的工程经验。

关键词:双速度测试 在役桩 完整性 缺陷 上行波

1 前言

某大桥加固改造需要对原有基础进行评估,其中基桩完整性的现状调查是最为重要的环节,它是编制大桥上部结构和下部结构新设计方案的基础。由于大桥建造时间较早并缺少有关桩基的桩身完整性资料,故需要在不影响桥梁正常使用的情况下现场检测这些在役桩的桩身完整性。众所周知,在役桩往往桩顶埋置较深且与上部结构相连接,常规低应变法无法实施检测工作。双速度法是一种面向解决在役桩桩身完整性的新技术。该项目在开展大规模检测工作前进行了双速度法的试验工作。

试验现场紧靠河水且水位较高,工矿条件十分复杂。试验桩在挖掘机的配合下将桩侧暴露出来,以有利于选择传感器的安装位置和锤击激发应力波。该试验桩为桩径Ф1200mm的钻孔灌注桩,位于墩柱之下,墩柱与盖梁相连,现场情况如图1所示。实测前考虑了各种影响因素和测试条件,规划了测试方案,为在如此复杂工矿条件下开展试验工作做了充分准备。

试验采用具有无线传输功能桩身完整性测试仪,有利于在试坑之外一定距离实时采集信号。采集信号前,对试验桩桩侧面进行了磨平和干燥处理,以便安装两个侧置式的加速度传感器。



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1 现场概貌

2 基本原理

    当既有结构下基桩桩顶与上部结构相连时,桩顶为非自由端,常规顶置式反射波法无法实现桩身完整性检测;此外,由于桩顶以上不同结构阻抗界面的增加,使得应力波在传递过程中既有无效的下行波,又有有效的上行波,引起实测曲线十分复杂,无法区分上行波和下行波。采用双速度法不但可以提取上行波,而且还可以准确确定桩身平均波速。双速度法是沿桩侧表面一定间距范围内垂直安装两个加速度传感器,同时采集两个加速度信号,通过行波计算方法将上行波从实测曲线中分离出来,从而识别缺陷;利用实测曲线的入射或反射时间获得两个传感器间桩身平均波速。

    采用新型多通道具有无线传输功能的桩身完整性测试仪,即传感器与主机之间无任何电缆连接,这有利于在复杂结构或测试环境下基桩的检测工作。采用多种特制力锤用于激发不同主频的入射子波。


分析


由于桩身埋深较大、水位较高且墩柱与桩身截面尺寸变化较小,故将传感器安装在墩柱侧面。传感器采用特制耦合剂耦合,耦合效果良好。盖梁宽度大于墩柱,没有锤击位置,而盖梁之上空间较大,故锤击位置选择在盖梁上表面,现场操作如图2所示。实测曲线反映出第一道传感器下约11.0m14.5m位置,存在拉伸反射,该部位与桩身阻抗存在明显差异,判断存在缺陷;桩端附近没有明显的反射,其原因是该桩工作龄期很长,桩端与桩端土体耦合完好,桩端界面阻抗差异较小所致。

  

             2 现场测试场景                    

3 实测曲线(上图)和上行波曲线(下图)

  

   
 实测双速度曲线和计算得到的上行波曲线如图3所示。上行波曲线表明在第一道传感器以下约11.0m14.5m位置出现明显的上行反射特征,其它位置均没有明显反射,说明这两处桩身存在明显缺陷,按照现行规范规定桩身完整性应判定为类桩。对于这样的基桩应该进行加固处理或重新布桩,以保证大桥新设计方案的安全。


4
结论

本次试验结果表明,双速度法比较适用于类似工矿条件桥梁墩柱下在役桩的桩身完整性检测,桩长一般不超过40m为宜。在役桩的完整性检测目前仍是国内外普遍遇到的十分棘手的工程难题。双速度法测试无疑也存在需要改进的地方,同时,测试人员不但需要具备必要的数据分析处理能力,而且还需要具备扎实的行波理论基础、巧妙的现场观测系统的布置以及丰富的实际工程测试经验。

 


参考文献


[1] 韩亮.既有基础下基桩完整性双速度测试技术[J].《建筑结构》第37卷增刊,2007

[2]韩亮译.PIT-W使用手册[M].欧美大地仪器设备中国有限公司,2005

[3]Johnson, M., and Rausche, F., (1996), “Low Strain Testing of Piles Utilizing Two Acceleration Signals,” StressWave 1996, Orlando, FL, p.859-869

 

 

 

 

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