公路橋梁樁基完整性檢測技術的實踐與創新應用

摘 要：隨著公路交通網不斷拓展，公路橋梁的安全性和穩定性備受關注，樁基作為橋梁基礎支撐完整性直接影響橋梁服役壽命與運營安全。文章剖析公路橋梁樁基完整性檢測技術現狀直面行業痛點，結合工程案例闡述創新技術應用提出管理機制優化建議，展望未來方向，推動檢測向全周期預防轉變降低重大缺陷發生率，為橋梁安全運行筑牢根基。

關鍵詞：公路橋梁 樁基完整性 檢測技術 創新應用 管理機制

公路橋梁是公路交通的關鍵節點，對區域連接和經濟交流意義重大。當下交通發展迅猛，公路橋梁建設規模不斷擴大結構日趨復雜，樁基作為橋梁根基承擔著上部結構的全部荷載，長期抵御自然和交通荷載作用。樁基完整性一旦受損橋梁的承載能力和穩定性就會受到嚴重威脅，如2024年巴西JK大橋因樁基缺陷坍塌，造成交通中斷危及生命財產安全。李敬元[1]在相關研究中強調了樁基設計與施工技術對橋梁質量的重要性。目前準確高效檢測公路橋梁樁基完整性是保障橋梁安全運營的關鍵，但檢測精度受限、數據管理混亂、標準更新滯后等問題突出制約檢測工作的質量與效率。因此深入研究和創新應用檢測技術，構建科學管理體系迫在眉睫。

1 公路橋梁樁基完整性檢測技術現狀與行業痛點分析

1.1 檢測技術應用現狀

當前公路橋梁樁基檢測技術種類繁多各具特點和適用范圍，低應變反射波法憑借操作簡便、檢測速度快、成本相對較低等優勢成為應用最為廣泛的檢測方法，在實際檢測中占比約65%[2]。該方法基于應力波傳播原理在樁頂施加激振力，產生的應力波沿樁身向下傳播，當遇到樁身缺陷或樁底界面時應力波會發生反射，通過接收和分析反射波信號可推斷樁身的完整性情況，聲波透射法在檢測中占比約20%，主要適用于已預埋聲測管的灌注樁，檢測時在聲測管中分別放置發射和接收換能器通過發射聲波并接收穿過樁身混凝土的聲波信號，根據聲波的傳播速度、波幅、頻率等參數變化判斷樁身混凝土的密實性、缺陷位置和程度。鉆芯法占比約10%，該方法直接從樁身鉆取芯樣能夠直觀地檢測樁身混凝土的強度、完整性、樁底沉渣厚度以及樁端持力層的巖土性狀等。但鉆芯法檢測成本高、檢測周期長且對樁身結構有一定損傷，通常作為其他檢測方法的驗證手段或在對樁身質量有懷疑時進行局部驗證檢測。高應變法占比約5%，主要用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性，通過重錘沖擊樁頂使樁土間產生足夠的相對位移從而激發樁周土的阻力，根據樁頂的力和速度時程曲線運用波動理論分析樁身的承載性能和完整性，以某省2024年高速公路橋梁檢測數據為例，低應變法單樁檢測耗時約15分鐘成本較鉆芯法降低70%，在檢測效率和經濟性方面表現突出。但低應變法對深部缺陷（gt;20m）的識別精度不足，由于應力波在傳播過程中能量逐漸衰減且受到樁身材料不均勻性、樁周土阻尼等因素的干擾，導致對深部缺陷的位置和性質判斷誤差率約12%。

1.2 行業痛點剖析

公路橋梁樁基檢測領域當前面臨著一系列棘手難題，檢測數據分散在施工、監理、檢測等不同單位，因數據格式、存儲方式的差異又缺乏統一管理平臺與共享機制形成了數據孤島，施工單位的樁基施工記錄、監理單位的檢測合規把控數據、檢測單位的采集分析數據難以整合，這不僅干擾對樁基完整性的全面評估還造成檢測重復增加成本。現行的《公路工程基樁檢測技術規程》（JTG/T 3512-2020）在規范常見檢測方法的同時卻難以匹配檢測技術的創新速度。側壁低應變檢測技術、分布式光纖傳感技術等新檢測技術不斷涌現，但現有規程未能及時涵蓋使得新技術在應用時缺乏統一操作指南和判定依據，不同檢測單位的操作和判定標準參差不齊極大阻礙了新技術的推廣。在檢測手段上傳統低應變法在檢測帶承臺的在役樁基時存在明顯短板，樁頂激振后應力波受承臺反射干擾檢測信號變得復雜樁身側壁缺陷難以精準識別，而側壁缺陷會削弱樁身側向承載能力與穩定性，給橋梁長期安全運營埋下隱患，這些問題嚴重制約著公路橋梁樁基檢測行業的發展迫切需要得到有效解決。

2 公路橋梁樁基完整性檢測技術創新實踐與典型案例

2.1 側壁低應變檢測技術的突破

側壁低應變檢測技術在公路橋梁樁基完整性檢測中實現了重大突破[3]。該技術原理獨特，采用在樁身側壁激振的方式搭配多通道信號采集系統（最多可達32通道），能從多個角度獲取樁身應力波信號。利用半波移動算法處理采集到的信號有效抑制了承臺反射干擾，大幅提升對樁身缺陷的分辨率。激振時產生的應力波沿樁身傳播，遇到樁身缺陷會發生反射和折射多通道傳感器捕捉這些信號變化，經算法分析就能精準判斷缺陷的位置、大小和性質。在某高速公路項目中對樁徑1.2m的摩擦樁采用四川升拓SEL-PIT-R設備進行側壁低應變檢測，這一典型案例充分展現了該技術的優勢。通過現場標定確定樁身混凝土波速為3800m/s，檢測中成功識別出18m處的混凝土離析缺陷檢測誤差小于0.5m。相比傳統低應變法側壁低應變檢測技術在檢測深部缺陷和側壁缺陷方面優勢明顯，為在役樁基檢測提供了更有效的手段能更精準地評估樁基完整性。從經濟性對比來看傳統低應變法單樁成本800元檢測時長15分鐘，適合新設樁的快速檢測；側壁低應變法單樁成本1200元檢測時長25分鐘，雖成本和檢測時長略高于傳統低應變法但在檢測在役樁基，尤其是需要準確檢測側壁和深部缺陷時具有不可替代的作用；鉆芯法單樁成本5000元檢測時長180分鐘，成本高昂且檢測周期長主要用于對樁身質量存疑時的局部驗證檢測，綜合而言側壁低應變法在滿足在役樁基檢測需求的同時性價比頗高。

2.2 智能監測系統的集成創新

在公路橋梁樁基檢測與維護領域智能監測系統的集成創新取得顯著進展，為保障橋梁安全運營提供了有力支持。在某試點工程中樁基健康監測系統借助物聯網與AI分析實現高效運作，系統利用埋入式傳感器實時收集樁身應力、振動、溫度等多物理量數據，再通過物聯網技術將數據傳輸至數據處理中心。在這里機器學習算法（如LSTM神經網絡）大顯身手，它能憑借對時間序列數據的強大處理能力深入分析海量數據，學習樁身狀態隨時間的變化規律進而建立精準的樁身狀態預測模型，經此模型可實時預測樁身劣化趨勢，將缺陷預警準確率提升至89%，讓橋梁運維管理人員能及時掌握樁身健康狀況提前采取維護措施有效預防安全事故，同時三維成像技術在某跨海大橋項目中也發揮關鍵作用，它采用跨孔CT掃描與BIM模型融合的方式，先通過跨孔CT掃描全方位獲取樁身內部詳細結構信息再將數據與BIM模型深度融合，經專業軟件處理分析生成樁身三維缺陷分布圖，該技術成功精準定位直徑0.3m的鋼筋銹蝕區域且較傳統檢測方法效率提高40%，以直觀立體的方式呈現樁身缺陷為技術人員提供全面準確檢測信息，助力科學評估樁基健康狀況制定合理維護方案。

3 公路橋梁樁基完整性檢測技術創新應用拓展

3.1 多技術融合檢測模式

在實際工程檢測中單一的檢測技術往往難以全面、準確地評估樁基的完整性，為了克服這一局限性，越來越多的工程項目采用多技術融合的檢測模式。例如將低應變反射波法與聲波透射法相結合，在灌注樁施工過程中先預埋聲測管利用聲波透射法對樁身進行整體檢測，初步判斷樁身混凝土的密實性和缺陷位置，然后采用低應變反射波法對樁身進行補充檢測進一步細化對樁身淺部缺陷的分析，這種多技術融合的檢測模式充分發揮了不同檢測技術的優勢相互補充、相互驗證，能夠更全面、準確地評估樁基的完整性。在某大型橋梁工程中采用了低應變反射波法、聲波透射法和鉆芯法相結合的多技術融合檢測模式，首先對所有基樁進行低應變反射波法檢測，快速篩查出可能存在缺陷的基樁；然后對低應變檢測結果有疑問的基樁，采用聲波透射法進行進一步檢測確定缺陷的大致范圍；最后針對聲波透射法檢測出的嚴重缺陷部位，采用鉆芯法進行取芯驗證直觀觀察樁身混凝土的實際情況準確判斷缺陷的性質和程度。通過這種多技術融合的檢測模式項目成功檢測出多根存在不同程度缺陷的基樁，并及時采取了相應的加固處理措施確保了橋梁樁基的質量和安全。

3.2 基于大數據的檢測數據分析與決策支持

隨著檢測技術與信息化水平提升公路橋梁樁基檢測積累了海量數據，運用大數據技術深度挖掘分析能為樁基完整性評估及橋梁運維管理提供有力決策支持。建立大數據分析平臺廣泛收集不同地區、類型橋梁的樁基檢測數據，涵蓋檢測方法、結果、地質條件、橋梁結構形式等信息，借助數據挖掘算法剖析這些數據可探尋潛在關聯與規律，比如明確不同地質條件下樁基缺陷分布為類似地質處的橋梁樁基設計施工提供參考；對比不同檢測方法在不同類型樁基檢測中的準確性與可靠性助力檢測方法的合理選擇，基于大數據分析結果還能構建樁基健康狀態評估與預測模型實時監測樁基運行狀態預測剩余使用壽命和潛在風險，提前規劃維護計劃、制定應急預案實現橋梁樁基的預防性維護和科學管理。某城市橋梁管理系統引入該平臺分析多年樁基檢測數據，掌握特定地質區域和橋梁結構形式下樁基易出現的缺陷類型與規律，后續針對性加強檢測維護有效降低樁基缺陷發生率，提升了橋梁整體安全性與可靠性。

4 公路橋梁樁基完整性檢測管理機制優化建議

4.1 標準化體系建設

為進一步優化公路橋梁樁基完整性檢測管理機制標準化體系建設是關鍵一環，一方面應及時修訂《公路工程基樁檢測技術規程》，文暢霆[4]在研究中指出，隨著公路橋梁樁基檢測技術的發展側壁低應變、分布式光纖傳感等新技術不斷涌現，因此需將這些新技術納入標準體系，明確其適用范圍、操作流程、數據處理方法及判定標準以確保新技術應用的規范性與準確性，同時細化在役樁基檢測參數閾值，如規定波速允許偏差±5%、缺陷面積占比≤3%等提高檢測工作的科學性與可靠性。另一方面建立省級統一的樁基檢測數據庫勢在必行，借助區塊鏈技術保障數據的不可篡改性和安全性，強制檢測機構、施工單位和監理單位上傳原始檢測波形、三維點云數據、檢測報告等信息，通過數據共享平臺實現檢測數據實時共享、互聯互通，不同單位可依權限查詢調用避免重復采集與管理混亂。某試點省份應用該平臺后重復檢測率下降28%，有效提升了檢測效率與資源利用率，為樁基完整性全面評估及橋梁全生命周期管理提供了堅實的數據支撐。

4.2 全生命周期管理

在橋梁全生命周期管理中施工期與運維期各有重要舉措，施工期管控方面橋梁樁基施工時大力推廣“檢測-施工聯動機制”，施工單位每澆筑10根樁就需進行1根對比檢測，采用低應變與鉆芯法結合的方式及時驗證和評估樁基質量，通過這種方式能迅速察覺混凝土澆筑不密實、樁身垂直度偏差、鋼筋籠安裝不當等施工問題，進而快速調整施工工藝保障樁基施工質量，某項目運用此機制后Ⅰ類樁比例從82%躍升至95%成效顯著，到了運維期創新階段試點“按檢測結果差異化收費”模式，對于運用智能監測且檢測結果良好的橋梁養護保費下調10%-15%，檢測結果有潛在風險的則提高保費并強化監測維護，這一模式既激勵運營管理單位采用先進檢測技術提升運維管理科學性與精細化程度，又通過經濟手段讓其重視樁基健康降低運維成本與安全風險。

5 公路橋梁樁基完整性檢測技術未來發展方向

5.1 無人化檢測裝備

為了提高檢測工作的效率和安全性降低人工成本，研發搭載機械臂的無人機檢測系統成為未來的發展方向之一，在一些地形復雜、交通不便或危險環境下的橋梁樁基檢測中人工檢測難度大、風險高，無人機檢測系統能夠克服這些困難，通過搭載高精度的檢測設備和機械臂實現對樁基的自動化激振和信號采集，無人機可以在復雜地形中靈活飛行到達人工難以到達的位置，對樁基進行全方位檢測，目標是將野外作業人員減少50%，提高檢測工作的效率和安全性實現樁基檢測的智能化和無人化。

5.2 數字孿生應用

王茁[5]等人研究指出，數字孿生技術在復雜系統管控上優勢顯著能融合物理實體與虛擬模型實現實時監測與精準調控，這一技術在公路橋梁樁基完整性檢測領域，正推動著構建樁基數字孿生體的發展。借助數字化技術可對樁基精準建模，模擬其在不同工況下的力學行為與性能變化。不僅能實時反饋樁基狀態還能模擬地震、沖刷等災害場景，提前預測潛在風險。例如某科研機構利用數字孿生技術構建樁基模型，成功模擬地震時樁基損傷過程提前預知破壞部位與程度為橋梁抗震設計加固提供科學依據，將災害響應時間縮至2小時內，大幅提升橋梁應急與抗災能力為韌性橋梁建設助力。

6 結論

公路橋梁樁基完整性檢測技術對保障橋梁安全穩定運行至關重要，剖析當前檢測技術現狀與痛點，研究創新技術實踐等，可知技術創新和管理機制優化是行業進步的核心動力。管理部門應發揮政策引導作用，設立專項創新基金推動產學研合作，更新檢測標準建立數據共享平臺構建全生命周期管理體系，促使檢測模式向“全周期預防”轉變。建議2025 - 2027年重點推進側壁低應變技術普及、智能監測平臺建設及標準體系修訂，以此提高檢測準確性、實現實時監測評估、提供統一規范，目標是使橋梁樁基重大缺陷發生率下降30%。未來無人化檢測裝備等前沿技術將帶來廣闊前景，持續創新完善檢測技術與管理機制能為公路橋梁建設運維提供可靠支撐，助力交通事業高質量發展。

參考文獻：

[1]李敬元.橋梁工程中的樁基設計與施工技術研究[J].工程技術研究，2024（8）：103-105.

[2]張瑜強.淺談低應變反射波法在樁基檢測中應用[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術，2023（27）：133-135.

[3]黃康強，葉武元，謝軒晨.高亦可攀，深亦可測——機器人為橋梁“體檢看病”[J].江西交通科技，2023，22（1）：45-49.

[4]文暢霆.低應變法在橋梁樁基檢測技術中的應用[J].交通科技與管理，2024，31（12）：126-129.

[5]王茁，王亞彬，王帥.數字孿生應用于裝備質量管理的AHP-SWOT分析[J].Ordnance Industry Automation，2024，43（3）6-8.