低應變反射波法在震后梁橋樁基檢測中的應用

許有俊，陶連金，張 波

(1.北京工業大學 城市與工程安全減災省部共建教育部重點實驗室，北京 100124;2.內蒙古科技大學 建筑與土木工程學院，內蒙古 包頭 014010)

0 引言

2008年5 月12 日下午14:28分，四川省汶川縣發生里氏8.0級特大地震，這次地震造成了交通生命線工程的嚴重破壞。24條高速公路、161條國省干線、8 618條鄉村公路、6 140座橋梁和156條隧道受損，公路、橋梁、隧道各類交通基礎設施損毀的直接經濟損失達670億元，其中橋梁損毀最為嚴重[1]。

其中，梁橋的損毀主要有以下幾種破壞方式:落梁引起的橋跨損壞，伸縮縫處損壞，相互沖擊造成梁端破壞，支座損傷破壞，防震擋塊破壞，蓋梁開裂破壞，橋墩彎曲延性不足致使橋墩的破壞及橋墩發生剪切或彎—剪等脆性破壞，橋臺填方的沉陷及橋臺轉動破壞等典型破壞形態。通過肉眼或借助測量及檢測設備，可對這些破壞形態進行辨識。而對于橋梁樁基的損毀情況進行調查較困難，主要是因為樁基深埋于河床地表以下地層中，若將其徹底挖深檢查不僅條件不允許，也不現實。而樁身完整性檢測儀通常適用于承臺和蓋梁尚未施工條件下，往往不具備規范所要求的檢測條件，對于成橋的樁基礎檢測在國內外仍屬難題。

災區損毀橋梁加固修復或重建時間緊迫，橋梁加固之前必須對樁基進行檢測。經過大量的測試、試驗和后期結果的處理，基于小應變測樁設備的成橋樁基礎檢測方法，通過波形曲線的時域和頻域分析及小波處理等技術，有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。為保證基樁完整性檢測結果的準確性，對部分樁基進行現場挖深驗證對比，為橋梁的加固修復提供依據。

1 工程概況

某大橋位于四川省都江堰市，于2005年施工建造完成。該橋上部結構為4孔25 m預應力混凝土簡支空心板梁，計算跨徑為24.30 m，每跨(單幅)橫向設8塊板。橋面鋪裝厚度為16～23 cm的C30混凝土。下部結構采用直徑1.5 m的圓形雙柱式墩柱，鉆孔灌注樁直徑為1.5 m，墩柱與樁基為C30混凝土。

在汶川地震中，受順橋向水平地震力作用，主梁和墩柱基本朝同一方向偏移。無約束活動節點處的位移過大使得橋跨在縱向的相對位移超出支座長度，引起2#墩與3#墩之間主梁掉落，坍塌的梁體落在墩柱和系梁上，導致5、6號墩柱的縱偏量較大，最大縱向偏移量達54.2 cm，其余主梁完好。受橫橋向水平地震力作用，主梁和墩柱向河流下游方向偏移，偏移量在1.3～2.0 cm之間，蓋梁防震擋塊均不同程度受損，詳見圖1、圖 2、圖 3。

圖1 大橋震后落梁

圖2 大橋樁基位置示意

圖3 墩柱及樁基立面(尺寸單位:cm，高程:m)

2 低應變反射波檢測結果

為驗證該橋樁基在震后損壞狀況，參照公路工程基樁動測技術規程(JTG/T F81—01—2004)，采用美國PDI公司的PITTM低應變樁身完整性檢測儀對該橋6根樁基進行樁身質量檢測。

經過大量的測試、試驗和后期結果的處理，參考樁基施工澆注資料，通過波形曲線的時域和頻域分析及小波處理等技術濾除系梁以上墩柱產生的干擾信號，從而有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。同時，為保證基樁完整性檢測結果的準確性，對墩柱偏移較大的樁基進行現場挖深驗證對比。

2.1 基樁完整性檢測與挖探驗證

1)3 號樁，設計樁頂高程為673.60 m，設計樁端高程為651.05 m，檢測波形見圖4。

圖4 3號樁基時域波形

檢測結果表明:樁端反射較明顯，但在約1.7 m處出現明顯缺陷反射信號，樁身混凝土波速處于正常范圍，屬于Ⅱ類樁。

挖深驗證結果表明:3號樁挖至系梁表面以下1.8 m左右發現，距系梁頂面約2.1 m處樁身部分主筋和環向箍筋外露，在樁頭與承臺連接處出現環向缺陷，主要原因為施工時樁頭與承臺連接混凝土澆注不密實所致。

2)4 號樁，設計樁頂高程為673.60 m，設計樁端高程為651.05 m，檢測波形見圖5。

圖5 4號樁基時域波形

檢測結果表明:樁端反射較明顯，但在約2 m處出現缺陷(縮徑類)反射信號，樁身混凝土波速處于正常范圍，屬于Ⅱ類樁。

挖深驗證結果表明:4號樁挖至系梁表面以下1.9 m左右發現，距系梁頂面約2.6 m處樁身大部分主筋和環向箍筋外露，主要原因為混凝土澆注不密實和鋼筋保護層厚度不夠所致。

3)5 號樁，設計樁頂高程為674.10 m，設計樁端高程為662.66 m，檢測波形見圖6。

檢測結果表明:樁端反射不明顯，在約2.2 m處出現較明顯的缺陷反射信號，樁身破損較嚴重，屬于Ⅲ類樁。

挖深驗證結果表明:5號樁挖至系梁表面以下2.1 m左右發現，斜向裂縫豎向貫通系梁延伸至樁身，系梁上裂縫長 1.3 m，寬約0.8 mm;樁身豎向裂縫長約0.45 m。主要原因為:第三跨落梁，直接壓在3號墩系梁和墩柱上，導致3號墩嚴重傾斜、根部壓潰。柱子、系梁與樁頭連接處，均產生豎向裂縫。

4)6 號樁，設計樁頂高程為674.10 m，設計樁端高程為662.66 m，檢測波形見圖7。

圖6 5號樁基時域波形曲線

圖7 6號樁基時域波形曲線

檢測結果表明:樁端反射不明顯，在約1.9 m處出現較明顯的缺陷反射信號，樁身淺部破損較嚴重，屬于Ⅲ類樁。

挖深驗證結果表明:6號樁挖至系梁表面以下約2.0 m處發現，有一條豎向裂縫貫通系梁，長1.1 m，寬約0.6 mm;樁身周圍有較多護樁的沙袋，刨開沙袋發現樁身周圍混凝土脫落，主要原因為混凝土澆注不密實所致。

2.2 樁基檢測結果

通過低應變反射波法與現場挖驗結果對比，二者結果基本相符。表明基于小應變測樁設備的成橋樁基礎檢測方法，可通過小波處理等技術有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。兩種方法的相互驗證表明，該橋樁基在震后沒有出現斷樁現象。

3 結論

1)基樁測試結果與現場挖驗結果對比，二者結果基本一致。表明基于小應變測樁設備的成橋樁基礎檢測方法，可通過小波處理等技術有效地判別樁基礎的缺陷及狀況。

2)檢測結果表明該橋樁基在地震作用下沒有出現斷樁缺陷，為其加固修復提供了可能性。

3)成橋樁基往往不具備規范規定的檢測條件，因此低應變反射波法基樁完整性檢測結合小波處理技術還需進一步研究，以保證檢測結果的準確性。

4)根據基樁測試結果及現場挖驗結果，地震作用下該橋樁基主要以淺部病害為主。

[1] 杜修力，韓強.5·12汶川地震中山區公路橋梁震害及啟示［J］.北京工業大學學報，2008，34(12):1271-1279.

[2] 范立礎.橋梁抗震［M］.上海:同濟大學出版社，1997.

[3] 中華人民共和國交通部.JTG/T F81—01—2004 公路工程基樁動測技術規程［S］.北京:人民郵電出版社，2004.

[4] 中華人民共和國交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.