低应变反射波法在震后梁桥桩基检测中的应用

许有俊，陶连金，张 波

(1.北京工业大学 城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京 100124;2.内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院，内蒙古 包头 014010)

0 引言

2008年5 月12 日下午14:28分，四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震，这次地震造成了交通生命线工程的严重破坏。24条高速公路、161条国省干线、8 618条乡村公路、6 140座桥梁和156条隧道受损，公路、桥梁、隧道各类交通基础设施损毁的直接经济损失达670亿元，其中桥梁损毁最为严重[1]。

其中，梁桥的损毁主要有以下几种破坏方式:落梁引起的桥跨损坏，伸缩缝处损坏，相互冲击造成梁端破坏，支座损伤破坏，防震挡块破坏，盖梁开裂破坏，桥墩弯曲延性不足致使桥墩的破坏及桥墩发生剪切或弯—剪等脆性破坏，桥台填方的沉陷及桥台转动破坏等典型破坏形态。通过肉眼或借助测量及检测设备，可对这些破坏形态进行辨识。而对于桥梁桩基的损毁情况进行调查较困难，主要是因为桩基深埋于河床地表以下地层中，若将其彻底挖深检查不仅条件不允许，也不现实。而桩身完整性检测仪通常适用于承台和盖梁尚未施工条件下，往往不具备规范所要求的检测条件，对于成桥的桩基础检测在国内外仍属难题。

灾区损毁桥梁加固修复或重建时间紧迫，桥梁加固之前必须对桩基进行检测。经过大量的测试、试验和后期结果的处理，基于小应变测桩设备的成桥桩基础检测方法，通过波形曲线的时域和频域分析及小波处理等技术，有效地判别桩基础的缺陷及状况。为保证基桩完整性检测结果的准确性，对部分桩基进行现场挖深验证对比，为桥梁的加固修复提供依据。

1 工程概况

某大桥位于四川省都江堰市，于2005年施工建造完成。该桥上部结构为4孔25 m预应力混凝土简支空心板梁，计算跨径为24.30 m，每跨(单幅)横向设8块板。桥面铺装厚度为16～23 cm的C30混凝土。下部结构采用直径1.5 m的圆形双柱式墩柱，钻孔灌注桩直径为1.5 m，墩柱与桩基为C30混凝土。

在汶川地震中，受顺桥向水平地震力作用，主梁和墩柱基本朝同一方向偏移。无约束活动节点处的位移过大使得桥跨在纵向的相对位移超出支座长度，引起2#墩与3#墩之间主梁掉落，坍塌的梁体落在墩柱和系梁上，导致5、6号墩柱的纵偏量较大，最大纵向偏移量达54.2 cm，其余主梁完好。受横桥向水平地震力作用，主梁和墩柱向河流下游方向偏移，偏移量在1.3～2.0 cm之间，盖梁防震挡块均不同程度受损，详见图1、图 2、图 3。

图1 大桥震后落梁

图2 大桥桩基位置示意

图3 墩柱及桩基立面(尺寸单位:cm，高程:m)

2 低应变反射波检测结果

为验证该桥桩基在震后损坏状况，参照公路工程基桩动测技术规程(JTG/T F81—01—2004)，采用美国PDI公司的PITTM低应变桩身完整性检测仪对该桥6根桩基进行桩身质量检测。

经过大量的测试、试验和后期结果的处理，参考桩基施工浇注资料，通过波形曲线的时域和频域分析及小波处理等技术滤除系梁以上墩柱产生的干扰信号，从而有效地判别桩基础的缺陷及状况。同时，为保证基桩完整性检测结果的准确性，对墩柱偏移较大的桩基进行现场挖深验证对比。

2.1 基桩完整性检测与挖探验证

1)3 号桩，设计桩顶高程为673.60 m，设计桩端高程为651.05 m，检测波形见图4。

图4 3号桩基时域波形

检测结果表明:桩端反射较明显，但在约1.7 m处出现明显缺陷反射信号，桩身混凝土波速处于正常范围，属于Ⅱ类桩。

挖深验证结果表明:3号桩挖至系梁表面以下1.8 m左右发现，距系梁顶面约2.1 m处桩身部分主筋和环向箍筋外露，在桩头与承台连接处出现环向缺陷，主要原因为施工时桩头与承台连接混凝土浇注不密实所致。

2)4 号桩，设计桩顶高程为673.60 m，设计桩端高程为651.05 m，检测波形见图5。

图5 4号桩基时域波形

检测结果表明:桩端反射较明显，但在约2 m处出现缺陷(缩径类)反射信号，桩身混凝土波速处于正常范围，属于Ⅱ类桩。

挖深验证结果表明:4号桩挖至系梁表面以下1.9 m左右发现，距系梁顶面约2.6 m处桩身大部分主筋和环向箍筋外露，主要原因为混凝土浇注不密实和钢筋保护层厚度不够所致。

3)5 号桩，设计桩顶高程为674.10 m，设计桩端高程为662.66 m，检测波形见图6。

检测结果表明:桩端反射不明显，在约2.2 m处出现较明显的缺陷反射信号，桩身破损较严重，属于Ⅲ类桩。

挖深验证结果表明:5号桩挖至系梁表面以下2.1 m左右发现，斜向裂缝竖向贯通系梁延伸至桩身，系梁上裂缝长 1.3 m，宽约0.8 mm;桩身竖向裂缝长约0.45 m。主要原因为:第三跨落梁，直接压在3号墩系梁和墩柱上，导致3号墩严重倾斜、根部压溃。柱子、系梁与桩头连接处，均产生竖向裂缝。

4)6 号桩，设计桩顶高程为674.10 m，设计桩端高程为662.66 m，检测波形见图7。

图6 5号桩基时域波形曲线

图7 6号桩基时域波形曲线

检测结果表明:桩端反射不明显，在约1.9 m处出现较明显的缺陷反射信号，桩身浅部破损较严重，属于Ⅲ类桩。

挖深验证结果表明:6号桩挖至系梁表面以下约2.0 m处发现，有一条竖向裂缝贯通系梁，长1.1 m，宽约0.6 mm;桩身周围有较多护桩的沙袋，刨开沙袋发现桩身周围混凝土脱落，主要原因为混凝土浇注不密实所致。

2.2 桩基检测结果

通过低应变反射波法与现场挖验结果对比，二者结果基本相符。表明基于小应变测桩设备的成桥桩基础检测方法，可通过小波处理等技术有效地判别桩基础的缺陷及状况。两种方法的相互验证表明，该桥桩基在震后没有出现断桩现象。

3 结论

1)基桩测试结果与现场挖验结果对比，二者结果基本一致。表明基于小应变测桩设备的成桥桩基础检测方法，可通过小波处理等技术有效地判别桩基础的缺陷及状况。

2)检测结果表明该桥桩基在地震作用下没有出现断桩缺陷，为其加固修复提供了可能性。

3)成桥桩基往往不具备规范规定的检测条件，因此低应变反射波法基桩完整性检测结合小波处理技术还需进一步研究，以保证检测结果的准确性。

4)根据基桩测试结果及现场挖验结果，地震作用下该桥桩基主要以浅部病害为主。

[1] 杜修力，韩强.5·12汶川地震中山区公路桥梁震害及启示［J］.北京工业大学学报，2008，34(12):1271-1279.

[2] 范立础.桥梁抗震［M］.上海:同济大学出版社，1997.

[3] 中华人民共和国交通部.JTG/T F81—01—2004 公路工程基桩动测技术规程［S］.北京:人民邮电出版社，2004.

[4] 中华人民共和国交通部.JTG D60—2004 公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.