桥梁基桩

桥梁基桩（精选6篇）

桥梁基桩 篇1

引言

基桩施工为地下隐蔽性项目, 通常工程实施的工序较为复杂, 且流程工艺间的连接较为密切, 在施工时不可出现长时期停顿, 其主要的施工活动多数都是在地下或水下开展, 因此在桥梁的基桩施工中, 很难对浇注程序展开实时控制和监督, 并且在基桩施工进程之中, 通常也会碰到许多如流沙层、淤泥层或地下水发生渗流等地质状况, 从而极易造成缩孔和塌孔等多种基桩质量问题;在开展水下桩混凝土灌注时, 桩体自身也会由于施工中拔管较快、导管拔空或停顿等因素而引发断桩、离析、疏松等问题。总而言之, 此类问题的出现均会严重影响到桥梁基桩承载性能, 所以, 加强桥梁基桩内部缺陷检测技术的研究力度以及对各类检测法的比较与分析, 从而选出最适宜的检测法, 有非常关键的实际意义。

1 声波透射法桥梁基桩内部缺陷检测技术

1.1 声波透射法基本原理

声波透射法是指在预埋声测管间进行声波的接收和发射, 并对在混凝土内声波传播的幅度衰减、频率与声时等参数改变进行实际检测, 从而实现对基桩的整体性检测, 其工作原理为:在基桩内部预埋下一些声测管以作检测通道使用, 分别把接收换能仪器与发射换能仪器放到两个声测管之间, 之后灌注清水于管中以作祸合剂。通过脉冲信号发射器以发射出一系列周期脉冲信号, 加到发射换能器压电体之上, 并转换为超声电脉冲, 此脉冲由待检测基桩混凝土穿出, 再由接收换能器收集, 之后重新再转换为电信号。通过仪器测量体系对脉冲穿出混凝土需要的时间、脉冲主频率、波幅衰减值、频谱和波形等参数进行测定, 接着通过数据处理体系依据判断软件以对信号接收各类参数实施分析研究, 从而可准确评估出各类基桩内部缺陷的特性、部位和大小。

1.2 声波透射法检测注意事项分析

通常而言, 在进行桥梁基桩检测时, 优先可选择平测方法实施检测工作, 平测中两个换能器要放到两个声测管间的相同标高位置, 并确保移动同步。在该检测方法应用过程中, 应满足以下要求:利用深度标识分别将接收和发射换能器放置到两个声测管间测点位置处;接收和发射换能器要以同一标高和同一高差进行同步降升, 测点距离不应超过250rnm;对信号收集时程曲线进行实时记录和显示, 并记录首波峰值、周期值和声时, 应实时显示主频值和频谱曲线等;对声测管进行整体组合, 以两个组成一组检测面, 接着对全部检测面分别实施检测;对相同基桩各个剖面实施检测时, 要维持相同的声波发射的设备参数设置与电压。

2 低应变法桥梁基桩内部缺陷检测技术

2.1 低应变法基本原理

采用低应变检测法进行桥梁基桩检测时, 通过对桩顶进行击锤或振动等激励, 使振动沿着桩体以应力波方式传播。低应变法是将基桩看作均质连续的弹性杆, 分析桩体顶部在动态载荷影响下, 系统纵向波动的动态响应, 是将一维波动原理作为基本理论的桩土系统。在实际运用中, 可做以下假设:桩体为连续弹性体;在桩体纵向振动中, 它的横截表面一直维持着平面状态, 且不考虑桩体纵向形变, 即相同截面上各个点只在桩体轴向上进行同步移动;不考虑桩体外部、内部阻尼及桩身周围表面摩擦影响。在检测中通过装设于顶部的速度或加速度传感器来收集反射波, 同时利用桩体动测仪对信号进行放大等, 之后可得速度或加速度的时程曲线图, 根据图2中形态性征能够推断出阻抗改变部位, 从而确定基桩的缺陷部位。

2.2 低应变法检测注意事项分析

在检测测量传感器装设与激振需注意以下事项:传感器装设应该和基桩的顶部面相垂直;通过藕合剂进行粘连时, 要具备充分的粘连强度;激振点要选取实体基桩的中心部位, 装设测量传感器部位应选择在距基桩中心的2/3半径位置;空心桩激振点和测量传感器装设部位应放到相同水平面, 同时和桩体中心的连线应最好呈90°角, 测量传感器装设部位和激振点应在桩壁厚1/2位置;进行瞬态激振可利用敲击测验, 应选用适宜重量的锤垫与激振力锤, 适宜采用宽脉冲得到桩体下端或桩底缺陷的反射信号, 应采取窄脉冲得到桩体上端缺陷的反射信号;稳态激振要在每个设定的频率之下进行稳态响应信号的收取, 并依据基桩长度、径长和桩周土的约束状况对激振力实施调控。

3 静载试验桥梁基桩内部缺陷检测技术

3.1 静载试验基本原理

静载试验是指在基桩的顶端分级进行竖向载荷的施加, 并检测基桩顶端随着时间增长沉降量的变化, 从而确定出桩体竖向抗压承载性能的检测方式。桩基静载检测是当前在桩体极限承载性能确定上最可靠、准确的一种检测技术, 对于判断某类检测方式的成熟性, 都会用静载试验结果误差的比较作依据来进行。所以, 在任意地基设计的处理标准中静载试验均会占到重要地位。

3.2 静载试验工程实例与步骤

图3中为对某桥梁工程的试验桩基进行试验, 工程中基桩桩长依设计深入到持力层深度双控, 在施工之前应采取静载试验实施试桩, 且试验桩数不应低于3根, 占总桩数1%左右, 试验桩伸入到持力层1.2m深处, 采取桩长与持力层的深度双控, 此工程承载力值预设计为1600k N, 桩长为23m, 基桩总数为225根。

在静载试验过程中, 其步骤主要为:各级载荷加载后应保持1h, 并按5min、10min、15min、30min、45min、60min读测基桩的沉降量, 然后加下级载荷;在最后一级载荷施加后, 沉降读测法和稳定准则依慢速载荷法实施;卸载中每个载荷保持15min, 读测时间是第5~15min, 然后可卸去下级载荷。完成卸载后读出残余稳定沉降量, 应保持2h时间, 读测时间是5min、15min、30min, 之后隔0.5h进行一次读测。

桥梁基桩体承载性自平衡检测法是于桩体端部周围装设载荷箱, 载荷箱应由顶盖、活塞、箱盖和底盖等构成, 在顶盖上、下安装位移测量设备, 之后沿着垂直向施加荷载, 这样可以同时检测桩侧摩阻、桩端阻力和下、上顶盖位移, 进而可得出试验数据成果和曲线图。

4 桥梁基桩内部缺陷检测方法比较

在选择低应变法进行桥梁基桩检测时, 应确切指出缺陷特性, 单单由形态特点方面探究较为困难。在具体检测中, 良好处理方式可充分熟悉各类基桩的工艺流程和施工时易于出现质量状况等, 并认真研究工程记录与地质报告, 同事与检测工作的实际经验相结合实施评判。在选择低应变检测法时, 基桩的桩端存有测验盲区。对于桩体径长多变的, 则其测验结果难以达到正确判定;基桩的深部缺陷反映灵敏性不足, 且对于桩径较大、桩长较长、桩体存有许多缺陷的, 该方法便难以获得精确的测定数据。

在选择声波透射法进行检测时, 可对桥梁基桩内部缺陷大小、范围等进行较精确判定。因声波透射法有一定局限性, 仅可检测出声测管所包扩区域内的桩体质量。针对检测区域外基桩质量, 该法几乎无法测定。所以, 声波透射法对于埋设声测管具有很高需求:预埋声测管不标准将对波形收集产生严重影响, 同时也将对声学参数改变造成扰乱, 从而对基桩内部缺陷评判结果带来影响。

静载试验不可以判断出基桩内部缺陷是否存在, 也无法判断出缺陷范围、大小, 仅可利用一定抽样率以对基桩质量实施控制, 利用对桩体顶端施加荷载以得到桩体的位移量, 进而直接得出桩侧摩阻和桩端阻力, 即可得到基桩的竖向载承特性。采取静载试验能够较为直观地获得承载性数据, 对缺陷基桩而言, 此法为验证桩是否可继续安全运用的关键评判方式之一。

通过对这几种检测方法的比较可得, 低应变法快捷便利, 工程前期无需进行准备, 可以迅速找出基桩内部的重大缺陷, 然而检测的精确度较差;采用声波透射法能够比较精确的测定出基桩缺陷, 然而在状体施工中需埋设声测管, 同时管的预埋质量将会直接影响检测成果;静载试验较为直接, 尽管静载对许多大型桥梁基桩项目检测不适用, 然而可当作得到基桩承载性的直接检测技术, 此方法所得结果可作为对其它检测方式结果评判准确与否的一种根据。

5钻芯法、高应变法基桩缺陷检测技术比较

在桥梁基桩内部缺陷检测方法中, 除了以上所述的声波透射法、低应变法、静载试验法外, 常用的检测方法还包括钻芯法、高应变法, 此处作简要分析。

4.1 钻芯法

钻芯法是通过钻机对基桩进行钻芯取样, 以此检验基桩缺陷、长度、桩底端沉渣的厚度和桩体混凝土密实度、连续性及强度等, 从而判断桩端岩土特性的技术方法。和其它几类方法相比, 钻芯法的区别就在于该法属于破损检测, 利用芯样钻取来直观获得检测结果。

4.2 高应变法

高应变法是通过重锤对桩顶的冲击作用, 使得桩体周围土形成一定相对移动, 并做出桩顶力与加速度的时程图, 利用应力波原理研究可得出桩土系统的相关特性, 从而判断桩体完整性和竖向抗压载承性能的检验技术。该检测方法的主要作用是判断单桩的竖向抗压承载性能是否达到设计需求, 尤其对于预制桩接头与桩体水平整合缝隙等缺陷判断过程, 可以在明确该缺陷能否对竖向抗压载承性能产生影响基础之上, 对其缺陷情况做出合理的判断。

6 结论

综上可得, 桥梁基桩内部缺陷检测具有较强的技术性, 且工作内容非常繁杂, 特别是针对大直径桩和长桩测定过程, 其有着更加复杂的性质, 而当前的研究和理论仍存有诸多问题亟需人们去探究与处理。所以, 除掌握现有桥梁基桩的检测技术外, 还应加强研究分析, 对当前检测方法实施逐步优化, 并且也应要不断借鉴与了解其他国家的先进检测方法, 以促进我国桥梁基桩内部缺陷检测质量的进一步提高, 从而不断推动我国桥梁技术的发展。

参考文献

[1]周伟宏, 魏文韬, 王远.浅谈桥梁桩基检测的几种方法[J].公路交通科技:应用技术版, 2012 (04) .

[2]刘清元, 谈桥, 吴安新.桥梁基桩缺陷的综合检测技术[J].岩土工程界, 2004 (03) .

[3]曾广湛.浅析公路桥梁施工中的交叉工程施工技术[J].建筑工程技术与设计, 2015 (03) .

桥梁基桩动测波速影响因素浅析 篇2

工程中常用的基桩检测方法如声波透射法、低应变法和高应变法, 都涉及到波速。在声波透射法中, 波速是判断桩身混凝土质量的一个重要指标;主要阐述上述三种检测方法确定的波速之间的关系与区别, 供工程检测技术人员参考与选用。

2 应力波在弹性介质中的传播

2.1 弹性体的假定及弹性应力波。

为了便于分析波在桩中的传播, 将桩身混凝土假定为连续、均匀、各向同性的完全弹性材料, 即为理想弹性虎克体, 其应力σ与应变ε的关系为:

式中:E为弹性模量。

对弹性介质施加应力即产生弹性变形, 其在弹性介质中以波的形式传播, 即所谓的弹性应力波。在基桩检测中分析研究的正是这种弹性应力波 (纵波) 的传播, 并在分析中忽略材料的阻尼。

波在无限弹性体中的传播满足三维波动方程:

式中:c为波的传播速度, 与介质的弹性模量E、质量密度ρ和泊松比μ有关, 可用下式计算:

2.2 波在弹性杆件中的传播。

对于横向尺寸较小且远小于纵向尺寸的弹性杆 (图1) , 由于横向影响较小可以忽略, 即可以假定应力波在杆中的传播为一维的, 其仅有轴向作用力及沿轴向的运动, 在运动时横截面仍保持为平面, 且截面上的应力是均匀分布的, 取长dx微元, 忽略体积力, 根据达朗贝尔原理可得:

式中:A为横截面面积;u为轴向位移;σ为轴向应力。

结合式 (1) 及ε的定义, 整理式 (4) 得:

令c2=E/ρ, 即:

将式 (7) 与式 (2) 进行比较可知速度c仅与介质的弹性模量E及质量密度ρ有关, 而与介质的泊松比μ无关。方程 (7) 即表示波在一维杆件中的传播规律, 一般称为一维波动方程。

3 混凝土在荷载作用下的变形性能

前文分析是在假定介质是理想弹性体的情况下进行的, 即假定所测桩身材料在荷载作用下的应力应变关系是线性的, 而对于实际所测试的混凝土而言, 其在荷载作用下的应力应变关系相对要复杂得多。除与混凝土本身的成分、强度等有关外, 还与作用荷载的性质、类型、大小、作用的快慢、持续时间、作用次数等因素有关。

在单调短期轴压荷载作用下的应力应变关系是混凝土在荷载作用下基本的变形特性 (见图2) 。由图2可以得到, 混凝土的割线模量并不是一个定值, 随混凝土应力的增大而减小。而在材料力学中, 当混凝土应力较小时, 也可以用弹性模量来表示混凝土的应力应变关系, 通常取其应力应变曲线在原点切线的斜率 (切线模量) 作为混凝土的初始弹性模量 (简称弹性模量) 。混凝土在反复加卸荷载的作用下的应力应变关系与上述单调荷载作用下有所不同。在反复加卸荷载的作用下, 每次加卸载过程都会有一部分塑性变形不能恢复, 形成塑性变形的积累, 但随着加卸载次数的增加, 累积的塑性变形将不再增长, 混凝土加卸载的应力应变关系将越来越接近于直线。

4 波速影响因素讨论

4.1 应力波的传播规律对波速的影响。

测试中, 敲击或锤击产生的应力波不像声波透射法中发射的声波那样相对比较单一, 而是由许多不同成分的波组成的波群, 整个波群以一群速传播。由于波的弥散现象, 不同波长的波有不同的传播速度 (称为相速) 。当波长范围较大、高频成分极高时, 这种弥散现象引起的波速变化可能就不得不考虑。只有在敲击荷载脉冲频谱中的主要分量频率或波长必须满足一定的极限范围, 才能保证上述经典一维波动方程的成立。另外, 低应变的敲击荷载是在桩顶局部施加的, 如果敲击荷载脉冲中的频率极高 (也即波长极短) , 也会造成桩顶表面波的能量很大而所要测试的纵波的能量极小。因此, 荷载中所包含波的波长要大于一定的范围。一般地, 对于所检测的混凝土桩, 当波长λ>2d, 且d远小于纵向长度L时, 可将其简化为一维杆件体, 波在其中的传播遵循式 (7) 所列的一维波动方程。低应变法敲击所产生的荷载脉冲宽度一般在1.0ms左右, 荷载中的有效高频成分一般在2000Hz以内, 波速一般为3.3~4.3km/s, 则对应的波长λ在数米以内;而高应变法的冲击力宽度在ms级, 荷载中的有效高频成分相对更低, 波长λ较低应变法更长, 对于一般的桩, 桩径d在2.2m以内, 桩长L远大于桩径d, 因此, 皆可认为应力波在桩中传播遵循式 (7) 所列的一维波动方程, 低应变法的波速cL和高应变法的波速cH可由式 (6) 计算。取混凝土的泊松比μ=0.15~0.20, 在假设各动测方法中混凝土的弹性模量E相同的情况下, 根据上述讨论, 对于声波透射法, 有:

而对于低应变法和高应变动测法, 有:

4.2 弹性体的假定对波速的影响。

不同的基桩检测方法中产生的应变水平不同。高应变法检测时桩身混凝土的应变水平量级一般在数百至数千με (10-4~-10-3) , 低应变法检测时混凝土的应变量级一般在10με (10-5) 以内, 可见, 高应变法检测时的应变水平明显高于低应变。事实上, 高应变法与低应变法的名称, 正是根据检测时动荷载所产生的桩身应变高低而命名的。而声波透射法检测时混凝土产生的应变水平相对上述两种方法要低得多。

4.3 其他因素对波速的影响及小结。

由于波在桩身混凝土中传播速度的影响因素很多及实际桩身混凝土的材料特性的未知, 各种方法中的波传播速度间的定量关系变得更加复杂。但仅从混凝土的非理想弹性及各检测方法中应力波的波长不同等对波速的影响来看, 声波透射法、低应变法及高应变法测得的波速 (分别为cU、cL、cH) 之间一般有:cU>cL>cH, cU和cL、cH相差较多, 而cL和cH两者相差不大。对于其间的定量关系, 还需进行大量的研究工作。

5 结语

在混凝土桩的检测中, 声波透射法、低应变法、高应变法测得的波速虽然都与桩身的材料性质有关, 但由于施加荷载脉冲中的频谱成分不同及产生的应变水平不同, 其值的大小是不相同的, 因此, 检测人员在进行混凝土桩的测试和分析时, 应结合桩身混凝土的情况及所采用的测试方法, 综合分析所得到的波速的可靠性, 以便准确地判断桩身的质量和性状。

参考文献

[1]武汉水利电力学院.建筑材料[M].北京:水利电力出版社, 1979.

[2]徐芝伦.弹性力学简明教程[M].北京:人民教育出版社, 1980.

在役桥梁基桩完整性检测方案研究 篇3

随着国民经济的快速发展, 桥梁作为一种交通纽带, 其重要作用日益突显。桩基础由于其广泛的适用性, 在工程上被广泛应用。对于新建桩基的完整性检测, 经过多年的研究和实践已经有一套比较成熟的技术。但对于既有结构桩基检测, 目前还没有一套规范提出具体检测方案, 尚还处于研究阶段。我国是桥梁大国, 众多已建桥梁迫切需要对其桩基完整性、结构安全性进行准确评估。提出一套既有桥梁桩基完整性检测的合理方案意义重大。

目前工程上已有的在役桥梁桩基检测方案有: (1) 承台和基桩连接点以下1 m切槽激振。由于工作量大, 且横向弯曲振动影响较大很快被淘汰; (2) 桩顶下0. 5 ~ 1 m范围斜向打膨胀螺钉, 手锤敲击膨胀螺钉产生激振, 该方法同样受横向振动影响; (3) 荷兰的TNO诊断系统; (4) 美国PDI公司提出的横向螺钉连接锤击块的方法; (5) 苗永红提出的桩侧连接半球形混凝土块进行敲击的方法。接收器采用桩侧斜向切槽或者用螺钉固定仪器或采用高强度黏合剂的方法。经过高飞的研究, 采用膨胀螺钉激振和耦合剂连接仪器最为合适。本文在其研究基础上继续研究, 对于在役完整高承台桥基, 对比分析墩柱侧面离桩顶不同距离竖向激振, 承台和桩顶连接处斜向激振, 桩顶0. 5 ~ 1 m内侧面竖向激振, 研究波形特征, 并分析接收点位置在何处合理。提出一套考虑了承台、墩柱、上部结构的合理桩基激振和接收方案。

2 基本理论

本文采用的检测基础理论为一维杆波动理论。当波在理想无限长竖直杆中传播时, 用u表示杆的轴向位移, x表示杆的轴向时, 一维波动方程为:。其中。由波的传播特性, 在桩身截面阻抗突变处将会发生反射和透射。反射系数和透射系数分别如下:

式中, R, T分别是反射系数和透射系数; z1和z2分别是上下截面的阻抗 ( z = Aυρ) 。检测示意图如图1 ~ 2。

3 数值模拟

本文采用ANSYS - DYNA软件, 以某工程简支梁墩柱式桥梁为背景建立全桥模型, 桥梁单跨为22 m, 为圆管桩基, 桩径1. 2 m, 桩长18 m, 承台尺寸为6. 7 m ×1. 5 m ×1 m。承台以上有墩柱、横梁、桥面板和护栏, 为了简化计算, 选取桥梁的3#、4#、5#桥墩为对象, 对4#桩基进行检测模拟。施加的激振力为升余弦脉冲, 桩周土分为两层。模型共划分99 460个单元, 117 448 个节点。全桥模型如图3。

桥梁和桩周土材料特性见表1。

通过模拟同桥梁模型相同材料参数的独立桩基, 如图5~ 6。 首波时间为0. 000 701 97 s, 桩底反射波时间为0. 017 813 s。计算出此种材料纵波波速为3 272. 74 m / s。通过对墩柱靠承台侧、中间段、靠横梁侧三处竖向激振模拟, 并分别读取与其成90°夹角的左右侧、对侧、同侧的上下侧节点速度曲线。各自的速度曲线如图7 ~ 16。发现如下特征: (1) 所有波形在首波后有剧烈的波形震荡, 这是由于上部结构和下方的承台以及三维效应引起的波面反射和多次反射; (2) 中间段波形较好, 这是由于上行至上部结构的波由于多次的反射和透射, 波量耗损所致; (3) 几乎在同一个时间点都有了桩底反射, 但反射幅不同; (4) 三个部位进行激振, 与激振位置成90°的节点速度曲线, 首波前都有反向干扰波容易引起误判, 波形前段震荡较激烈。固不易作为接收点位置; (5) 三个部位进行激振, 对侧接收点的速度曲线, 波形前段震荡时间段均长于同侧上下端接收点。但其桩底反射幅更明显, 固在分析长桩深部缺陷时较为有利; (6) 同一位置激振, 同侧节点接收, 各点速度曲线相似, 距离激振点近的点起振能量大, 起振时间靠前, 桩底反射时间较靠前; (7) 对比激振位置, 下段激振位置桩底反射较其他位置明显。

3 结论

综上所述, 在役桥梁基桩检测, 如果在墩柱侧面竖向激振, 宜选择靠近桩底端, 但不宜过近, 由前人研究发现, 距离承台最短距离由波速和激振频率决定, 本文的极限最短距离为0. 8 m, 本文选取1 m处激振。接收点宜选择同侧靠激振点竖向合适位置。现场检测时, 需要先做一个同桥梁同材料、同施工工艺的模型桩, 测出实际波速。激振时采用同点多次竖向激振, 不同点多次接收取平均值以免偶然误差, 采用扭剪波辅助检测桩基浅部缺陷和纵向缺陷。

[ID:002629]

摘要：对于在役桥梁桩基, 由于其桩顶和承台、墩柱等上部结构相连, 传统的低应变发射波检测方法无法实施。同时由于上部结构、承台、三维效应等影响, 病害和桩底波动反射往往隐藏在复杂的干扰波中。必须采取合理的激振接收方式, 并结合小波变换的时频优势, 辅以扭剪波的补充, 可以较准确地识别病害, 达到检测的目的, 本文通过ANSYS/LS-DYNA建立全桥三维模型, 分别在墩柱侧面、承台顶、桩顶侧面进行侧面竖向激振数值模拟, 分析不同检测方案波动特征, 总结出一套对于在役桥梁桩基检测方案。为实际检测提供一定的参考。

关键词：在役桥梁,桩基,低应变反射波,检测方案,数值模拟

参考文献

[1]JTJ 249-2001港口工程桩基动力检测规程[S].

[2]李学军.在役桥桩病害导波无损检测的数值模拟与实验研究[D].北京:中国地质大学, 2012.

[3]高飞.既有结构下基桩完整性检测的桩侧激振接收法[J].中国港湾建设, 2012, 32 (1) .

[4]张敬一, 陈龙珠, 马晔, 等.在役基桩检测方法的数值模拟研究[J].振动与冲击, 2013, 32 (21) .

[5]季勇志.基于三维导波理论的码头桩基无损检测方法的数值模拟研究[D].天津:天津大学, 2010.

桥梁基桩 篇4

某新建桥梁工程桥梁宽12 m，其中机、非混合车道8 m，道路两侧各设置人行道2 m，桥梁跨径为(17.75+22+17.75)m。基桩设计参数:钻孔灌注桩，桩径1 200 mm,3根桩长14 m(0-1,0-2,0-3),3根桩长15 m(3-1,3-2,3-3)，共6根桩，桩身混凝土强度C30。

根据委托单位提供的设计及施工资料，各检测桩的情况见表1。

2 超声波透射法

2.1 基本原理

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是:由超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性;当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低;当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射;根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置。

2.2 检测仪器

采用武汉岩海工程技术开发公司生产的RS-ST01C一体化数字超声仪，包括35双孔径向换能器等。

2.3 检测步骤

本工程单个基桩共设3根测管，共3个剖面。

1)将发射与接收换能器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处;2)发射与接收声波换能器以相同标高同步上升，测点间距为250 mm;3)实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，并同时显示频谱及主频值;4)在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点;5)对另外的两个剖面进行上述步骤检测。

2.4 桩身完整性判定

根据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷及缺陷的严重程度，将桩身的完整性按四类划分:Ⅰ类桩:各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常;Ⅱ类桩:某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常;Ⅲ类桩:某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常;两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常;局部混凝土声速出现低于低限值异常;Ⅳ类桩:某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常;两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常;桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波，接收信号严重畸变。

3 检测结果

超声波透射法检测各桩结果汇总于表2。本次检测共检测6根桩，其中Ⅰ类桩6根，占所测桩数的100%;没有Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类桩。

4 结语

本次检测共检测6根桩，其中Ⅰ类桩6根，占所测桩数的100%;无Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类桩，满足工程设计要求，检测结果可供类似工程参考。

摘要：通过分析超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理,借用RS-ST01C一体化数字超声仪测试记录某桥梁工程基桩不同侧面、不同高度上的超声波动特征,经过处理分析判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置,进而对基桩的工程质量做出判断。

关键词：超声波透射法,基桩,混凝土强度

参考文献

[1]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[2]JGJ 94-2008,建筑基桩技术规范[S].

[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

桥梁基桩 篇5

关键词：基桩,GM(1,1)模型,灰色理论,神经网络,自由收缩应变,预测

1 前言

桥梁结构混凝土耐久性的问题越来越引起工程界的重视。在桥梁领域,泵送混凝土浇筑的构件收缩量很大,因此经常出现收缩裂缝。混凝土的收缩机理至今尚未统一,但大多数的研究成果认为混凝土是具有大量孔隙的材料。

国内外有不少研究成果[1,2,3],以往的研究成果多数以试验数据为依据,建立的混凝土自由收缩应变的表达式,都能在特定条件下反映一定的规律。但是桥梁工程所处环境变化较多,因此没有统一的公式。同时,对实际工程而言,不可能对每一个工程都做试验,从而建立具体工程的混凝土自由收缩应变的表达式,如果建立桥梁工程样本库就能更好地解决问题,同时降低工程鉴定造价,成本降低,灰色神经网络方法就具有这方面的优势。因此,本文基于灰色神经网络来对这一问题进行探讨。

2 混凝土自由收缩机理

混凝土的自由收缩是指混凝土在不受力的情况下,因变形产生的体积减小,一般说来,混凝土的自由收缩机理主要有以下3种[2]:

(1)硬化收缩(2)失水收缩(3)碳化收缩

在这三者中,以失水收缩最为显著,大约占总体积收缩量的80%～90%,混凝土的收缩是一个长期发展的过程,但早期发展较快,后期会逐渐减缓,若收缩以30年计算,则收缩量的60%～85%是在第1年内完成。

混凝土的体积收缩是一种必然现象,由于结构的整体作用,每种构件都受到不同程度的约束,因此混凝土收缩必然在结构构件中产生内应力,当这些应力足够大时,就会导致结构构件的开裂。

3 自由收缩应变的试验评估模型

混凝土自由收缩经验公式很多,经综合分析,决定采用美国ACI209委员会方法[2]。

潮湿养护条件下的自由收缩

式中,t为养护终了以后的天数;εsh,(t)为某一天的收缩值;εsh,∞为极限收缩值。

式中,γcp为初始养护条件的校正系数;γλ为环境相对湿度校正系数;γh为平均厚度校正系数;γs为坍落度校正系数;γψ为细集料含量校正系数;γc为水泥含量校正系数;γa为空气含量校正系数。

4 灰色神经网络组合模型

4.1 理论基础

灰色神经网络是指将灰色系统和人工神经网络相结合的算法,使两者优缺互补,从而提高计算精度和运算能力,更好地解决复杂的小确定性问题。灰色神经网络组合模型的建模原理是将GM(1,1)模型所得的预测值作为BP神经网络的输入样本,把真实值作为目标样本,神经网络进行训练,可得到一系列对应于相应结点的权值与阈值[5]。然后再将第一步GM(1,l)模型的预测值作为神经网络的输入,进行仿真得到相应的输出,即为组合模型的预测结果。该组合方法主要是通过3层BP神经网络具有偏差和至少1个S型隐含层加上1个线性输出层的网络能逼近任何有理函数的特性,通过训练使得神经网络来模拟序列数据之间与序列之间的关系,如图1所示。

4.2 网络建模

大量工程调查和研究结果表明[1,2,6,7,8],混凝土自由收缩应变与水灰比、龄期、砂率和环境相对湿度有密切关系。随着水灰比的降低、龄期的增长、砂率的提高及相对湿度的降低,基桩混凝土自由收缩应变是提高的。

因此,选取网络模型为输入层4个节点,分别为水灰比、龄期、砂率和环境相对湿度;输出层为1个节点,为自由收缩应变;隐层取8个节点。

5 算例及分析

从实际工程中获得试验数据8组。以其中的5组构成训练集,如表1所示,以其余3组作为测试集,如表2所示。

由表1、2可以看出,由灰色神经网络得到的计算值与实测值的差异较小,较之其他方法[2]所得的结果更接近工程实际,建立的灰色自由收缩应变预测模型,其结果是令人满意的。

6 结语

(1)研究混凝土自由收缩应变是研究钢筋混凝土结构耐久性的一个关键问题。本文建立的混凝土自由收缩应变的预测模型,其结果是令人满意的。

(2)灰色神经网络组合模型将GM(1,1)模型与BP神经网络模型优点相结合,有实际的工程应用前景。

参考文献

[1]马新伟,史寿国,张印成.高性能混凝土自由收缩与限制收缩[J].低温建筑技术,2007(3):14-16.

[2]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1994.

[3]Vivian W.Y.Tam C.M.Tam.Assessment of durability ofrecycled aggregate concreteproduced by two-stage mixing approach[J].J MaterSci,2007(42):3592-3602.

[4]CARSTEN H.BOTTS.A shrinkage estimator for spectraldensities[J].Bilmetrika Trust,2006(93):179-185.

[5]刘思峰等.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,2004

[6]彭振斌,陈迎明,刘安邦.混凝土收缩机理及其诊治原理[J].混凝土,2003(3):30-31.

[7]许东,吴铮.基于MATLAB6.x的系统分析与设计—神经网络[M].第二版.西安:西安电子科技大学出版社,2002.

桥梁基桩 篇6

关键词：实际应用,低应变法,对比分析,超声波法,桥梁基桩检测

一、简析超声波法应用于桥梁基桩检测

(一) “超声波”分析

从物理学的角度上来进行分析, 我们所说的“超声波”, 其实属于是机械波这一类的, 所以, 它具有机械波的所有特性。虽然, 我国对“超声波技术”的运用, 已经有很长一段时间了。但是, 基于超声波的桥梁基桩投射检测法, 却是近几年来, 才逐渐出现在我国的。所以, 它属于是一种较为新型的检测法, 不仅具有比较强大的抗干扰性, 同时其检测的精确度也是相当高的。因此, 它成为了目前我国公路桥梁基桩检测工作当中, 使用的较为普遍的一种检测方法。

(二) 实现步骤分析

1、将已经准备好的多跟声测管, 一一准确的埋设于基桩的内部。

其中, 声测管的作用主要有两个, 为:1) 为声波的发射提供重要通道;2) 为“换能器”的接收提供主要通道。

2、将已备好的两种特定型号的探头 (一种为“接收探头”, 另一种为“超声脉冲”) , 分别放入测管的内部, 同时还需向测管的内部加入一定量的清水。

值得提出来的是, 清水在这里充当的是“耦合剂”。

3、超声脉冲将“电脉冲”直接发射出去, 当其遇到桩体时, 会直接穿过桩体。此时, 测量仪会对整个穿透过程的时间, 作出准确的测量。

4、待穿过桩体后, “电脉冲”会被接收探头所全部接收, 同时被其有效的转换成为检测工作所需要的“电信号”。

此时, 测量仪也会对接收的基本信息作出准确的测量, 例如:频谱、幅值以及波形等。

5、测量数据一旦形成, 将会直接被送至分析系统, 并由分析系统对其进行全面的处理、分析以及评定。

6、待分析评定完成, 生成报告之后, 就可以通过报告上的波形图及结论了解到该桩的完整性。

(三) 仪器的选取

目前, 较为常用的超声波检测仪为“RSM-SY7”型号的“超声波智能循环仪”, 它具备四个通道, 可实现智能发送以及接收“换能器”的这一过程。

二、探析低应变法应用于桥梁基桩检测

(一) 技术简析

该检测法较超声波法出现的时间更长, 它被当代人们广泛的称之为是“低应变发射波法”, 其实现的主要依据为“一维应力波理论”。由于在具体施工的整个过程当中, 技术人员所加注在基桩顶部的激振是处于垂直于水平位置的。所以, 弹性波就会顺着基桩的方向, 从上至下的进行传播。倘若, 在这个时候, 基桩因受到了其他外力的作用, 而逐渐偏离了其原来的位置, 亦或者是其横截面积受到了较大的改变, 那么就会让应力波出现发射的现象。此时, 技术人员就需及时采取合理的措施, 对其作出有效的处理, 比如:滤波、波形放大等。待处理结束后, 技术人员还需对数据作出进一步的处理, 以从中获取到基桩各个部位的放射信息。另外, 技术人员也可以通过对这些信息进行分析的方式, 了解到基桩当前的实际情况, 比如:是否完整, 是否存在缺陷, 缺陷的具体位置等。

(二) 所需仪器分析

本检测法所需要使用到的仪器主要有三种, 如下:

1、型号为“RSM-PRT”的“低应变测试仪”;

2、基于“LCO1O4C”的“传感器”;

3、力棒, 数量为3, 重量依次为2.9千克、7千克以及12.5千克。值得提出来的是, 之所以选取这三种不同的力棒, 主要是为了方便技术人员的检测工作。简单地说, 也就是:针对长度不同的基桩, 检测工作所需要利用到的力棒都是大不相同的。

(三) 两种检测法的对比分析

(一) 适用范围

详见表1-1。

从表1-1中, 我们可以得知:超声波法的适用范围比较小, 而低应变法的适用范围则相对来说就比较大了。由此可见, 低应变法在我国桥梁基桩检测工作中的适用性是非常高的。

(二) 特点分析

1、超声波法。

在对该检测方法进行运用的前一阶段, 需把“超声脉冲”与“换能器”安置于声测管上, 注:这两者距离水平地面的安装高度必须相等。其次, 在开展检测工作的时候, 需让两个“换能器”实现同步移动的这一过程。

2、低应变法。

使用前, 需借助某种特定的耦合剂, 将传感器放置于离基桩约 (2/3) *R远的位置之上。其中, R为基桩的半径。另外, 在利用该方法对基桩进行检查时, 需保障激振点与基桩的中心重合。

(三) 优缺点对比分析

1、超声波法。

其检测结果具有较高的精确度。虽然, 它能够大致推断出基桩的强度, 但是, 在实际生成的报告当中, 它对强度却是没有作出任何结论的。其次, 因该检测法在具体检测的过程当中, 也存在着一定的盲区, 所以, 它有时也会出现漏判等问题, 但这种问题出现的概率往往是比较小的。

2、低应变法。

其检测得出的最终结果, 为:基桩自身阻抗性的变化规律, 可大致反映出缺陷所存在着的部位。其次, 该方法的检测结果不具有较高的精确度, 且其在桩长判定的这一方面上, 也存在着一定的误差。

(四) 两种检测法对比结果的分析

虽然, 低应变法在适用范围上, 比超声波法更具优势。但由于其检测的精确度偏低, 且其也存在着一定的判断误差, 再加上它所使用到的仪器设备比较多, 且杂。所以, 在现当代的公路工程基桩检测工作当中, 它的应用率是远远低于超声波法的。可尽管如此, 因在我国大部分铁路桥工程当中, 存在着较多的小型群桩, 且这些群桩也并未埋设声测管, 所以, 低应变法便成为了我国铁路桥工程基桩检测的首选方法。

另外, 就超声波法来说, 它是信息化与科技化相结合的产物, 不仅能体现出我国当前的科技水平, 还能够达到有效提高我国公路工程基桩检测效率与质量的目的。除此之外, 它作为一种以“超声波理论与技术”为主要依据, 同时还具有较为强大的抗干扰性能的现代化新检测法, 无疑不成为了我国各大公路工程施工单位竞相追捧的宠儿。且从笔者本地的大部分公路工程来看, 他们施工中所运用到的基桩检测法, 几乎都是超声波检测法。再者, 通过后期的实测, 也表明:超声波法的的确确具有较高的检测精确度, 且其对于提升公路工程的整体质量来说, 也起着较大的推动性作用。因此, 结合多方面的分析来看, 我们都应当对超声波法加以更为广泛的推广, 以在最大限度之内, 提高我国公路工程的整体施工质量。

四、结束语

综上所述, 从本文的叙述中, 我们可以得知:超声波法作为一种较为新型的桥梁基桩检测方法, 其检测的精确度是相当高的, 且其也更优于低应变法。尽管, 该方法在适用性这一方面上远没有低应变法广, 但是, 这也不能成为阻碍我们对其加以大量应用的障碍。另外, 就低应变法而言, 其检测精确度虽然不是特别高, 但因其具有较高的适用性, 且也不会受到声测管的影响, 所以, 它在我国铁路桥工程的施工当中, 仍有着较为广泛的应用。总的来说, 不论是超声波法, 还是低应变法, 它们都各具优势, 且它们对于我国各类建设工程而言, 都是不可或缺的。因此, 我们不能一味的只站在同一个角度上, 去对它们进行对比应用, 而应当从不同的方面上, 去看待并良好的运用它们。唯有这样, 才能够大大提高我国的整体建设水平。

参考文献

[1]刘占文.超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用[J].山西建筑, 2012, 38 (29) :219-220.

[2]王彪.超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用探析[J].黑龙江交通科技, 2014, (6) :132-132.

[3]赵玮.超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用探析[J].黑龙江交通科技, 2013, (7) :115-115.