橋梁樁基礎設計規范探討

摘要：文章通過對西藏拉薩納金大橋樁基完整性檢測分析，發現了在松散卵石地質情況下，采用低應變法檢測樁基完整性所遇到的問題及相關規范對此問題關注的不足，并提出了建議相關規范對該問題的解決

辦法。

關鍵詞：納金大橋；樁基檢測；低應變；聲波透射法；樁基礎設計規范

中圖分類號：TU997 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0022-03

1 概述

西藏拉薩市納金大橋，位于拉薩市城郊，連接納金路和川藏公路。該橋主橋上部構造采用70m+117m+117m+70m斜拉橋，納金大橋地質條件為下部結構基礎均為摩擦樁。橋址區地層依次為松散卵石、稍密卵石含粗砂土、中密卵石含粗砂土、密實卵石含粗砂土。

2 提出問題

2.1 低應變檢測法檢測樁基完整性原理及方法

2.1.1 測試原理。其檢測原理為：在被測樁頭施加一個瞬時激振力，使樁身產生壓縮應力波，應力波通過并沿樁身向下作質點運動，同時把樁看作一個一維彈性桿件，應力波在樁身中的運動規律滿足一維波動方程，即：

當樁身存在明顯波阻抗界面（如樁底、斷樁或嚴重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位，將產生反射波。經接收放大、濾波和數據處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息。檢測分析反射波的傳播時間、幅值、相位和波形特征，得出樁身缺陷的位置、大小、性質等信息，最終對樁基的完整性給予評價。

2.1.2 測試方法?，F場測試時，傳感器放置距樁心2/3R處且安裝位置平整盡可能使傳感器垂直于樁頭平面，用一特制的錘子敲擊樁頂，RSM-PRT（T）檢測儀采集樁身反應曲線，并儲存起來，室內用專用計算機軟件進行計算分析。測點布置示意圖參見圖2：

2.1.3 測試儀器。低應變檢測采用設備如下：（1）中科智創巖土技術有限公司生產的RSM-PRT（T）檢測儀1臺；（2）加速度傳感器1只；（3）專用錘擊設備1個；（4）計算機軟件1套；（5）計算機1臺。

2.2 樁身完整性分類

根據《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/T F81-01-2004）規定，樁身完整性類別應按下表1劃分：

2.3 施工現場樁基完整性檢測結果

樁徑1.2m的摩擦樁設計文件中沒有布設聲測管，樁基完整性檢測采用低應變檢測法。由樁基檢測原理我們知道，聲波在樁基內傳播確定樁基的樁底和判斷樁基的完整性，檢測結果的好壞和判斷樁基完整性的根本是要在應力波幅中看到樁底的反射信號，而后才是判斷樁基是否有斷樁、離析、夾層等完整性問題。由此得出，低應變檢測樁基完整性的檢測中，判斷樁底信號是非常重要的。下面列舉幾個油低應變檢測的聲波信號，下圖是2號樁的檢測分析數據，在重復檢測多次后才檢測到了微微的樁底信號：

經過多次復測才檢測到了樁底的信號，像2號墩這樣的例子還有很多，大部分樁徑為1.2m的樁都是經過了多次復測后才檢測出了樁底信號，才能給樁基的完整性判斷提供可靠依據。多次的重復檢測，不但給檢測人員增加了額外的工作量，增加了檢測成本，而且也給施工單位的上部結構施工拖延了工期，造成了不必要的損失。特別是在西藏地區，地質情況主要是以松散鵝卵石為主要地質形式的地區，全年施工工期有限，是僅在夏季和秋季初才能施工的區域，這種由于檢測帶來的成本增加所造成的影響施工進度問題就尤為突出。

通過咨詢相關設計人員及查閱《橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）和《樁基礎設計規范》（JTG D63-2004）后筆者發現，規范中并未明確規定樁基礎的完整性檢測要根據不同樁徑和樁周地質情況而變化，而是建議設計人員在選擇是超聲波檢測或者是低應變檢測樁基的完整性時查閱《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/T F81-01-2004）。而在《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/T F81-01-2004）中也只是規定了各種檢測樁基完整性方法所適用的樁徑大小，同樣沒有對樁周地質情況對低應變檢測時會遇到的問題加以說明和建議或規定。以至于設計人員在設計之初雖然滿足了設計規范，卻在特殊的地質條件下從事低應變檢測樁基完整性的工作人員帶來了

不便。

3 解決方法

在樁基的完整性檢測中除了低應變檢測法，還有一種常用的檢測方法就是聲波透射法，該方法的測試原理及方法如下所述。

3.1 測試原理

混凝土的物理力學性質受其內部結構特性與外部環境條件等多種因素制約，其聲波傳播特性反映了混凝土的應力應變關系。根據彈塑性介質中波動理論，應力波波

而彈性模量與介質的強度之間存在相關性。超聲波在混凝土中的傳播參數（聲時值、聲速、波幅、衰減系數等）與混凝土介質的物理力學指標（動彈模、密度、強度等）之間的相關關系就是基樁超聲檢測的理論依據。當混凝土介質的構成材料、均勻度、施工條件等內、外因素基本一致時，超聲波在其中的傳播參數應基本一致；而介質中存在缺陷時，超聲波則在傳播過程中產生繞射、反射、衰減等現象，使其聲時、聲速、聲幅、頻譜等產生變化，高精密聲波發射-接收儀器及傳感器可記錄與描述混凝土的內在質量。

3.2 主要儀器設備

本次超聲檢測主要采用北京市康科瑞工程檢測技術公司生產的NM-4A非金屬超聲波檢測儀1臺及N-YH40園管形徑向換能器2只。

3.3 檢測方法

檢測前向所有受檢混凝土灌注樁預埋聲測管內注滿清水，用鋼卷尺測量樁頂聲測管之間的凈距離。將聲波跨孔測試換能器分別置于預埋管中的兩個聲測孔的底部，以同一高度等距離同步移動，逐點測讀聲學參數并記錄換能器所處深度，測點間距為20cm，樁基聲波透射法現場檢測示意圖參見圖7。各測點發射與接收換能器累計相對高差不大于2cm，并隨時校正，當發現讀數異常時，則對數據可疑的部位進行復測或加密檢測。采用對測、斜測、交叉測及扇形掃測等方法，確定缺陷的位置和范圍。

在同一基樁檢測中，以每兩聲測管為一個測試剖面，分別對所有剖面進行檢測，其現場檢測聲測管編號示意圖參見圖8。

3.4 數據處理及判定

樁身混凝土異常的臨界值用以下三種情況來判定：

3.4.1 聲速判據。超聲波在混凝土中的傳播速度（波速）Vp依據實測聲時值tp、測距L計算得出：

當實測混凝土聲速值低于聲速臨界值時，應將其作為可疑缺陷區。

3.4.2 波幅判據。用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當實測波幅低于波幅臨界值時，應將其作為可疑缺

陷區。

所以，我們能通過聲波透射法很輕易地檢測出樁基的完整性。對于混凝土聲速和波幅值出現異常并判為可疑缺陷區的部位，還可以采用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行細測，結合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴重程度。

4 結語

根據以上所述聲波透射法檢測的原理，可以發現聲波透射法比低應變法有很大的優勢，即聲波透射法不受地質條件的影響。所以筆者建議在樁基礎設計規范中可以加入一點，即根據地質勘探的結果在設計樁基礎時如果地質是松散卵石、稍密卵石含粗砂土、中密卵石含粗砂土、密實卵石含粗砂土等波阻抗與混凝土相近的地質情況時，可以在設計之初就將樁基礎設計為采用聲波透射法檢測樁基完整性。它通過預先埋好的聲測管，再通過水的耦合，可以快捷、準確地檢測出樁基的完整性。不存在數據采集后傳輸到電腦上后會有無法判定的問題，會給檢測人員帶來很大的方便，同時也不會由于重復檢測而給施工單位造成拖延工期的問題。

參考文獻

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[6] 交通部.公路橋涵養護技術規范[S].2004

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作者簡介：杜建華（1983—），男，河北保定人，招商局重慶交通科研設計院有限公司助理工程師，碩士，研究方向：橋梁檢測與加固。

（責任編輯：周加轉）