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動力測試在既有橋墩基礎(chǔ)安全技術(shù)狀況評估中的應(yīng)用

文檔作者：陳思文1 胡圣江２文檔來源： 1.廣東省交通運輸工程質(zhì)量監(jiān)督站２.廣東華路交通科技有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月13日
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文章編號：1６71－7６19（２０1６）０６－００49－０3
動力測試在既有橋墩基礎(chǔ)安全技術(shù)狀況
評估中的應(yīng)用
陳思文1 ， 胡圣江２
（1.廣東省交通運輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣州51０4２０；２.廣東華路交通科技有限公司，廣州51０4２０）
摘要： 既有橋梁樁基測試限制因素多，常規(guī)低應(yīng)變法無法有效檢測樁基的完整性。提出了改進(jìn)型低應(yīng)變測法：
通過合理設(shè)置傳感器位置，調(diào)整合適的激振力沖擊激振，有效避免承臺對信號傳輸?shù)母蓴_并提高信噪比，最后利
用一定比例樁基鉆芯取樣方法進(jìn)行校核，是一種實用的橋梁樁基完整性檢測方法。
關(guān)鍵詞： 動力測試； 橋墩； 基礎(chǔ)； 安全； 評估
中圖分類號：Ｕ44６.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ
作者簡介：陳思文（1975.11－），男，本科，高級工程師，從事公路工程質(zhì)量監(jiān)督檢測工作，E－ｍail：1397６８743８@ｑｑ.ｃｏｍ。
０ 引言
橋梁在建成后，由于樁基－墩柱（承臺）施工連
接存在薄弱面，以及長期使用后鋼筋混凝土腐蝕、
老化等因素，在靜載和活載的作用下樁基會受到
不宜覺察的損壞。長時間沖刷、周邊環(huán)境的變化
或發(fā)生意外事件（如地下管道漏水）等原因，也會
引起地基承載力的減弱，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)傾斜、開
裂、扭曲，影響橋梁安全使用。因此，如何準(zhǔn)確評
價既有橋墩基礎(chǔ)的安全性，對確保橋梁安全有著
重要意義。然而，既有橋梁基礎(chǔ)病害的檢測一直
存在較大難度，目前得到普通認(rèn)同的一種最有發(fā)
展前景的方法就是結(jié)合系統(tǒng)識別、振動理論、振動
測試技術(shù)、信號采集與分析等跨學(xué)科的模態(tài)分析
法。近年來人們提出了許多結(jié)構(gòu)整體檢測方法，
病害橋墩動力測試法就是其中一種，而隨著市場
的需要、樁基檢測技術(shù)的發(fā)展，改進(jìn)的低應(yīng)變測試
分析技術(shù)也得到充分的開發(fā)應(yīng)用。
1 既有橋墩樁基的動力測試方法
既有橋墩基礎(chǔ)中，基樁檢測包括樁身完整性
檢測、基樁承載力試驗及評估。承載力主要采用
靜載荷試驗方法確定，完整性應(yīng)采用低應(yīng)變法、旁
孔透射法和磁測樁法確定。
1.1 樁基低應(yīng)變完整性測試
傳統(tǒng)的低應(yīng)變測試是將一個加速度傳感器
安裝在樁的自由表面，從信號的反射特性來判讀
樁中變截面及樁端。該方法把樁假定為連續(xù)彈
性的一維截面勻質(zhì)桿件，不考慮樁身凸凹不平及
樁周巖土體對縱向傳播應(yīng)力波的影響。樁頂擊
發(fā)一壓縮波，并向下傳播時，會在樁內(nèi)激發(fā)應(yīng)力
波，由于樁身混凝土與周圍土體間的波阻抗差異
大，大部分應(yīng)力波能量在樁內(nèi)傳播。當(dāng)樁身內(nèi)某
處存在波阻抗差異的界面（如斷樁、樁基表層混
凝土老化破碎等）時，應(yīng)力波將在該處產(chǎn)生反射
波和透射波，反射波沿樁身反向激發(fā)處樁頂傳
回，而透射波則繼續(xù)向下傳播。因此，樁身的缺
陷部位、樁底結(jié)合情況均可以根據(jù)反射波的振
幅、相位、頻率特性，結(jié)合地層資料、樁基成孔灌
注施工記錄以及實踐分析經(jīng)驗，對其性質(zhì)做出一
定的分析判斷。
1.２ 沖擊振動試驗法
實際上，樁基是鋼筋混凝土以及一定影響范
圍內(nèi)巖土體的耦合體系，截面尺寸、混凝土及巖土
的力學(xué)性能等影響因素很多，具有復(fù)雜的動力學(xué)
特性，同時其動力特性參數(shù)和樁底持力層特性相
關(guān)。采用沖擊振動試驗法（IVＴM－Iｍｐaｃt Viｂｒatiｏｎ
Ｔｅｓt Mｅthｏｄ），通過作用，收集橋墩上部的響應(yīng)，然
后對其進(jìn)行傅立葉解析，通過比較響應(yīng)的相位譜
和幅值譜來計算分析橋墩的自振頻率。結(jié)合仿真
模擬計算，對大量相近橋墩的自振頻率進(jìn)行對比，
對異常樁基進(jìn)行評定處理。
1995 日本阪神地震后曾經(jīng)對關(guān)西高速公路上
受到嚴(yán)重破壞橋梁的下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行毀壞情況調(diào)
·49·
２０17 年第６ 期 廣東公路交通
Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Hiｇhwaｙ Ｃｏｍｍｕｎiｃatiｏｎｓ Vｏl.43 Nｏ.６
Ｄｅｃ.２０17
萬方數(shù)據(jù)
查，在74 座打入樁基礎(chǔ)中選擇4８ 座在基礎(chǔ)頂面采
用錘擊方法，將彈性波引入樁中，并用加速度儀測
量反射波，進(jìn)而評估樁基損壞情況?；鶚读己玫?
情況下，樁徑相同、樁長與地層情況相近，測得的
頻率穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，即作為類似樁基完整性
判斷的參考值，對墩臺及基礎(chǔ)進(jìn)行安全狀態(tài)評定。
由于既有橋梁樁基與上部結(jié)構(gòu)物相連且樁
長、周邊介質(zhì)的差異，沖擊振動測試的墩柱固有頻
率有一定差異，而且樁基上端約束以及樁身混凝
土不均勻，樁中的應(yīng)力波不僅只有下行波還有由
于上部結(jié)構(gòu)反射的上行波。這些二次反射必須區(qū)
分出來，以避免與樁阻抗變化和樁端反射混淆起
來。因此，傳統(tǒng)的低應(yīng)變法樁基檢測或沖擊振動
測試均存在一定的局限性。
２ 改進(jìn)樁基低應(yīng)變完整性測試應(yīng)用
東莞北特大橋全橋共735 跨，于19８9 年２ 月
動工，1997 年7 月通車營運，至今已運營２０ 余年，
部分橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)不同程度的病害，最終采取檢
測評估及部分加固方式處理。
２.1 檢測方法及內(nèi)容
考慮到采用樁側(cè)安裝加速度傳感器接收信號
的方法進(jìn)行檢測時，存在土體開挖深度較大、地下
水位高等因素的影響不易實現(xiàn)，檢測中結(jié)合單速
度低應(yīng)變法以及沖擊振動兩種方式，承臺頂面樁
體中心對應(yīng)范圍重錘豎向激振，承臺頂面豎向拾
振的方法。
檢測時，首先將樁中心對應(yīng)的承臺頂面處直
徑不小于3０ ｃｍ 的圓形范圍內(nèi)鑿平（水平）并用砂
輪機打磨平整，清除測區(qū)混凝土表面的疏松層及
蜂窩面。然后將傳感器安放于測點位置，安放時
應(yīng)注意使傳感器與承臺頂面耦合良好。最后采用
低頻錘在激振點激振，拾取振動反射信號。為減
少承臺和上部結(jié)構(gòu)對樁基檢測的干擾，后期創(chuàng)新
一種改進(jìn)型低應(yīng)變檢測方法，即在承臺頂面上鉆
孔直至樁頂，并將傳感器安裝在孔中的樁頂面上，
在承臺頂面上錘擊，通過傳感器接收樁頂?shù)男盘枺?
然后再分析樁身的完整性，見圖1、圖２。
樁頂施測時，樁身缺陷位置可按下列公式計
算：
x = 1
２０００· ΔtX · c （1）
x =1
２ · cΔ
f＇ （２）
圖1 承臺頂面打磨
圖2 鉆孔立面布置
式中：x—傳感器處至樁身缺陷距離／ｍ；
Δtx—第一速度波峰與缺陷反射波峰間的時
差／ｍｓ；
c—樁身波速／（ｍ／ｓ），無法確定時用經(jīng)驗值替
代；
Δf ′—幅頻曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差／
Hｚ。
樁側(cè)施測時，樁間反射應(yīng)通過射線路徑分析
甄別出有效反射，再識別出缺陷反射和樁底反射，
并按式（1）和式（２）計算缺陷位置及樁長。
樁身完整性的驗證判斷：進(jìn)行樁身完整性判
斷時，先根據(jù)樁基礎(chǔ)低應(yīng)變動力檢測的信號進(jìn)行
判斷，再利用承臺頂面上鉆孔位置繼續(xù)鉆至樁底，
獲取樁基取芯，與原檢測資料對比分析樁身完整
性。
２.２ 測試結(jié)果分析
通過樁基礎(chǔ)低應(yīng)變動力檢測方法并結(jié)合原有
·5０·
２０17 年第６ 期 廣東公路交通 總第153 期
萬方數(shù)據(jù)
工程檢測資料，對本次檢測所檢樁基的樁身完整
性進(jìn)行了評估，并對評估結(jié)果通過樁基鉆芯取樣
方法進(jìn)行校核。有15２ 根樁基礎(chǔ)存在局部離析、砼
局部膠結(jié)稍差等現(xiàn)象。通過對基樁低應(yīng)變圖形分
析，發(fā)現(xiàn)了部分嵌巖基樁樁底反射信號不強，反映
樁身缺陷影響、樁底沉渣過厚、基巖強度偏低或嵌
巖深度不足等不利情況。
樁基低應(yīng)變動力檢測及鉆芯取樣方法進(jìn)行校
核測試結(jié)果見圖3、圖4。
圖3 工程時域曲線
圖4 樁基抽芯
從測試效果看鉆芯安傳感器具有明顯的優(yōu)越
性，可以減少承臺或系梁處突變截面干擾信號
對反射波的影響，減少主反應(yīng)波的衰減。取芯至
樁頂以下部分基樁，可以觀察基樁與承臺的連接
狀態(tài)、樁頂混凝土老化情況。
3 結(jié)語
對于既有橋梁的樁基檢測，低應(yīng)變檢測方法
用于檢測混凝土樁身的完整性，影響因素多、測判
難度大，大多數(shù)情況下難以取得理想的檢測效果。
為了解決這些問題，尋求更精確的物理模型非常
必要。
對采集的信號需要綜合分析判斷，必須把信
號分析、混凝土結(jié)構(gòu)老化、巖土工程等多種相關(guān)知
識結(jié)合起來，排除干擾影響，才有可能得出正確的
判斷結(jié)果。
通過樁基礎(chǔ)低應(yīng)變動力檢測方法并結(jié)合原有
工程檢測資料，對所檢樁基的樁身完整性進(jìn)行了
評估，并對評估結(jié)果通過樁基鉆芯取樣方法進(jìn)行
校核，是一種實用的檢測方法，并且可初步評估地
基與基礎(chǔ)的整體工作狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)：
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（1）：14－17.
（收稿日期：２０17－０9－２６）
Dynamic test applications based on the existing pier safety and technical co nditions assessment
CHEN Siwe n1 ，HU Shengjiang２
（1.Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖiｎｃial Ｔｒaｎｓｐｏｒtatiｏｎ Eｎｇiｎｅｅｒiｎｇ Ｑｕalitｙ Ｓｕｐｅｒｖiｓiｏｎ Ｓtatiｏｎ， Ｇｕaｎｇｚhｏｕ 51０4２０；
２.Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Hｕalｕ Ｔｒaｎｓｐｏｒt Ｔｅｃhｎｏlｏｇｙ Ｃｏ.， Ltｄ.， Ｇｕaｎｇｚhｏｕ 51０4２０）
Abstract： Aｓ thｅｒｅ aｒｅ ｍaｎｙ ｒｅｓtｒiｃtiｏｎ ｆaｃtｏｒｓ ｆｏｒ ｐilｅ tｅｓt ｏｆ thｅ ｅxiｓtiｎｇ ｂｒiｄｇｅｓ， thｅ ｃｏｎｖｅｎtiｏｎal ｍｅthｏｄ ｃaｎｎｏt ｅｆｆｅｃtiｖｅlｙ
ｄｅtｅｃt lｏw ｓtｒaiｎ ｐilｅ iｎtｅｇｒitｙ.Iｍｐｒｏｖｅｄ lｏw ｓtｒaiｎ ｍｅaｓｕｒｅｍｅｎt ｍｅthｏｄ haｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ： ｓｅttiｎｇ ｕｐ ｓｅｎｓｏｒｓ
at ｒｅaｓｏｎaｂlｅ ｐｏｓitiｏｎｓ， aｄjｕｓtiｎｇ ｐｒｏｐｅｒlｙ thｅ ｅxｃitatiｏｎ ｆｏｒｃｅ ｆｏｒ iｍｐaｃt ｅxｃitatiｏｎ， whiｃh ｃｏｕlｄ ｅｆｆｅｃtiｖｅlｙ aｖｏiｄ iｎtｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｂｙ ｂｅaｒiｎｇ ｐlatｆｏｒｍｓ ｏｎ ｓiｇｎal tｒaｎｓｍiｓｓiｏｎ with iｍｐｒｏｖｅｄ ｓiｇｎal－ｎｏiｓｅ ｒatiｏ， aｎｄ ｂｅiｎｇ ｖｅｒiｆiｅｄ with a ｃｅｒtaiｎ
ｐｅｒｃｅｎtaｇｅ ｏｆ ｐilｅ ｃｏｒｅ ｄｒilliｎｇ ｍｅthｏｄ， it iｓ a ｐｒaｃtiｃal ｂｒiｄｇｅ ｐilｅ iｎtｅｇｒitｙ tｅｓtiｎｇ ｍｅthｏｄ. Key words： ｅｙｎaｍiｃ tｅｓtｓ； thｅ ｅxiｓtiｎｇ ｐiｅｒ； ｆｏｕｎｄatiｏｎ； ｓaｆｅtｙ； aｓｓｅｓｓｍｅｎt
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２０17 年第６ 期陳思文，等：動力測試在既有橋墩基礎(chǔ)安全技術(shù)狀況評估中的應(yīng)用總第153 期
萬方數(shù)據(jù)

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