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动力测试在既有桥墩基础安全技术状况评估中的应用

文档作者：陈思文1 胡圣江２文档来源： 1.广东省交通运输工程质量监督站２.广东华路交通科技有限公司		点击数：	更新时间： 2021年07月13日
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文章编号：1６71－7６19（２０1６）０６－００49－０3
动力测试在既有桥墩基础安全技术状况
评估中的应用
陈思文1 ， 胡圣江２
（1.广东省交通运输工程质量监督站，广州51０4２０；２.广东华路交通科技有限公司，广州51０4２０）
摘要： 既有桥梁桩基测试限制因素多，常规低应变法无法有效检测桩基的完整性。提出了改进型低应变测法：
通过合理设置传感器位置，调整合适的激振力冲击激振，有效避免承台对信号传输的干扰并提高信噪比，最后利
用一定比例桩基钻芯取样方法进行校核，是一种实用的桥梁桩基完整性检测方法。
关键词： 动力测试； 桥墩； 基础； 安全； 评估
中图分类号：Ｕ44６.3 文献标志码：Ｂ
作者简介：陈思文（1975.11－），男，本科，高级工程师，从事公路工程质量监督检测工作，E－ｍail：1397６８743８@ｑｑ.ｃｏｍ。
０ 引言
桥梁在建成后，由于桩基－墩柱（承台）施工连
接存在薄弱面，以及长期使用后钢筋混凝土腐蚀、
老化等因素，在静载和活载的作用下桩基会受到
不宜觉察的损坏。长时间冲刷、周边环境的变化
或发生意外事件（如地下管道漏水）等原因，也会
引起地基承载力的减弱，导致上部结构倾斜、开
裂、扭曲，影响桥梁安全使用。因此，如何准确评
价既有桥墩基础的安全性，对确保桥梁安全有着
重要意义。然而，既有桥梁基础病害的检测一直
存在较大难度，目前得到普通认同的一种最有发
展前景的方法就是结合系统识别、振动理论、振动
测试技术、信号采集与分析等跨学科的模态分析
法。近年来人们提出了许多结构整体检测方法，
病害桥墩动力测试法就是其中一种，而随着市场
的需要、桩基检测技术的发展，改进的低应变测试
分析技术也得到充分的开发应用。
1 既有桥墩桩基的动力测试方法
既有桥墩基础中，基桩检测包括桩身完整性
检测、基桩承载力试验及评估。承载力主要采用
静载荷试验方法确定，完整性应采用低应变法、旁
孔透射法和磁测桩法确定。
1.1 桩基低应变完整性测试
传统的低应变测试是将一个加速度传感器
安装在桩的自由表面，从信号的反射特性来判读
桩中变截面及桩端。该方法把桩假定为连续弹
性的一维截面匀质杆件，不考虑桩身凸凹不平及
桩周岩土体对纵向传播应力波的影响。桩顶击
发一压缩波，并向下传播时，会在桩内激发应力
波，由于桩身混凝土与周围土体间的波阻抗差异
大，大部分应力波能量在桩内传播。当桩身内某
处存在波阻抗差异的界面（如断桩、桩基表层混
凝土老化破碎等）时，应力波将在该处产生反射
波和透射波，反射波沿桩身反向激发处桩顶传
回，而透射波则继续向下传播。因此，桩身的缺
陷部位、桩底结合情况均可以根据反射波的振
幅、相位、频率特性，结合地层资料、桩基成孔灌
注施工记录以及实践分析经验，对其性质做出一
定的分析判断。
1.２ 冲击振动试验法
实际上，桩基是钢筋混凝土以及一定影响范
围内岩土体的耦合体系，截面尺寸、混凝土及岩土
的力学性能等影响因素很多，具有复杂的动力学
特性，同时其动力特性参数和桩底持力层特性相
关。采用冲击振动试验法（IVＴM－Iｍｐaｃt Viｂｒatiｏｎ
Ｔｅｓt Mｅthｏｄ），通过作用，收集桥墩上部的响应，然
后对其进行傅立叶解析，通过比较响应的相位谱
和幅值谱来计算分析桥墩的自振频率。结合仿真
模拟计算，对大量相近桥墩的自振频率进行对比，
对异常桩基进行评定处理。
1995 日本阪神地震后曾经对关西高速公路上
受到严重破坏桥梁的下部结构进行毁坏情况调
·49·
２０17 年第６ 期 广东公路交通
Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Hiｇhwaｙ Ｃｏｍｍｕｎiｃatiｏｎｓ Vｏl.43 Nｏ.６
Ｄｅｃ.２０17
万方数据
查，在74 座打入桩基础中选择4８ 座在基础顶面采
用锤击方法，将弹性波引入桩中，并用加速度仪测
量反射波，进而评估桩基损坏情况。基桩良好的
情况下，桩径相同、桩长与地层情况相近，测得的
频率稳定在一定范围内，即作为类似桩基完整性
判断的参考值，对墩台及基础进行安全状态评定。
由于既有桥梁桩基与上部结构物相连且桩
长、周边介质的差异，冲击振动测试的墩柱固有频
率有一定差异，而且桩基上端约束以及桩身混凝
土不均匀，桩中的应力波不仅只有下行波还有由
于上部结构反射的上行波。这些二次反射必须区
分出来，以避免与桩阻抗变化和桩端反射混淆起
来。因此，传统的低应变法桩基检测或冲击振动
测试均存在一定的局限性。
２ 改进桩基低应变完整性测试应用
东莞北特大桥全桥共735 跨，于19８9 年２ 月
动工，1997 年7 月通车营运，至今已运营２０ 余年，
部分桥梁基础出现不同程度的病害，最终采取检
测评估及部分加固方式处理。
２.1 检测方法及内容
考虑到采用桩侧安装加速度传感器接收信号
的方法进行检测时，存在土体开挖深度较大、地下
水位高等因素的影响不易实现，检测中结合单速
度低应变法以及冲击振动两种方式，承台顶面桩
体中心对应范围重锤竖向激振，承台顶面竖向拾
振的方法。
检测时，首先将桩中心对应的承台顶面处直
径不小于3０ ｃｍ 的圆形范围内凿平（水平）并用砂
轮机打磨平整，清除测区混凝土表面的疏松层及
蜂窝面。然后将传感器安放于测点位置，安放时
应注意使传感器与承台顶面耦合良好。最后采用
低频锤在激振点激振，拾取振动反射信号。为减
少承台和上部结构对桩基检测的干扰，后期创新
一种改进型低应变检测方法，即在承台顶面上钻
孔直至桩顶，并将传感器安装在孔中的桩顶面上，
在承台顶面上锤击，通过传感器接收桩顶的信号，
然后再分析桩身的完整性，见图1、图２。
桩顶施测时，桩身缺陷位置可按下列公式计
算：
x = 1
２０００· ΔtX · c （1）
x =1
２ · cΔ
f＇ （２）
图1 承台顶面打磨
图2 钻孔立面布置
式中：x—传感器处至桩身缺陷距离／ｍ；
Δtx—第一速度波峰与缺陷反射波峰间的时
差／ｍｓ；
c—桩身波速／（ｍ／ｓ），无法确定时用经验值替
代；
Δf ′—幅频曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差／
Hｚ。
桩侧施测时，桩间反射应通过射线路径分析
甄别出有效反射，再识别出缺陷反射和桩底反射，
并按式（1）和式（２）计算缺陷位置及桩长。
桩身完整性的验证判断：进行桩身完整性判
断时，先根据桩基础低应变动力检测的信号进行
判断，再利用承台顶面上钻孔位置继续钻至桩底，
获取桩基取芯，与原检测资料对比分析桩身完整
性。
２.２ 测试结果分析
通过桩基础低应变动力检测方法并结合原有
·5０·
２０17 年第６ 期 广东公路交通 总第153 期
万方数据
工程检测资料，对本次检测所检桩基的桩身完整
性进行了评估，并对评估结果通过桩基钻芯取样
方法进行校核。有15２ 根桩基础存在局部离析、砼
局部胶结稍差等现象。通过对基桩低应变图形分
析，发现了部分嵌岩基桩桩底反射信号不强，反映
桩身缺陷影响、桩底沉渣过厚、基岩强度偏低或嵌
岩深度不足等不利情况。
桩基低应变动力检测及钻芯取样方法进行校
核测试结果见图3、图4。
图3 工程时域曲线
图4 桩基抽芯
从测试效果看钻芯安传感器具有明显的优越
性，可以减少承台或系梁处突变截面干扰信号
对反射波的影响，减少主反应波的衰减。取芯至
桩顶以下部分基桩，可以观察基桩与承台的连接
状态、桩顶混凝土老化情况。
3 结语
对于既有桥梁的桩基检测，低应变检测方法
用于检测混凝土桩身的完整性，影响因素多、测判
难度大，大多数情况下难以取得理想的检测效果。
为了解决这些问题，寻求更精确的物理模型非常
必要。
对采集的信号需要综合分析判断，必须把信
号分析、混凝土结构老化、岩土工程等多种相关知
识结合起来，排除干扰影响，才有可能得出正确的
判断结果。
通过桩基础低应变动力检测方法并结合原有
工程检测资料，对所检桩基的桩身完整性进行了
评估，并对评估结果通过桩基钻芯取样方法进行
校核，是一种实用的检测方法，并且可初步评估地
基与基础的整体工作状态。
参考文献：
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京：人民交通出版社.２００1.
［２］张振拴，崔峰，刘波，等.既有建筑物地基基础检
测与评定技术的研究［J］.建筑科学，２０11（增刊）：1６3－
1６６.［3］孙晓立，鲁昌河.改进型低应变法检测既有公路
桥梁桩基完整性的数值分析［J］.广东公路交通，２０14（２）：
17－19.
［4］战家旺，夏禾，姚锦宝.既有桥梁墩台自振频率测
试的冲击振动试验法［J］.北京交通大学学报，２００5， ２9
（1）：14－17.
（收稿日期：２０17－０9－２６）
Dynamic test applications based on the existing pier safety and technical co nditions assessment
CHEN Siwe n1 ，HU Shengjiang２
（1.Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖiｎｃial Ｔｒaｎｓｐｏｒtatiｏｎ Eｎｇiｎｅｅｒiｎｇ Ｑｕalitｙ Ｓｕｐｅｒｖiｓiｏｎ Ｓtatiｏｎ， Ｇｕaｎｇｚhｏｕ 51０4２０；
２.Ｇｕaｎｇｄｏｎｇ Hｕalｕ Ｔｒaｎｓｐｏｒt Ｔｅｃhｎｏlｏｇｙ Ｃｏ.， Ltｄ.， Ｇｕaｎｇｚhｏｕ 51０4２０）
Abstract： Aｓ thｅｒｅ aｒｅ ｍaｎｙ ｒｅｓtｒiｃtiｏｎ ｆaｃtｏｒｓ ｆｏｒ ｐilｅ tｅｓt ｏｆ thｅ ｅxiｓtiｎｇ ｂｒiｄｇｅｓ， thｅ ｃｏｎｖｅｎtiｏｎal ｍｅthｏｄ ｃaｎｎｏt ｅｆｆｅｃtiｖｅlｙ
ｄｅtｅｃt lｏw ｓtｒaiｎ ｐilｅ iｎtｅｇｒitｙ.Iｍｐｒｏｖｅｄ lｏw ｓtｒaiｎ ｍｅaｓｕｒｅｍｅｎt ｍｅthｏｄ haｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ： ｓｅttiｎｇ ｕｐ ｓｅｎｓｏｒｓ
at ｒｅaｓｏｎaｂlｅ ｐｏｓitiｏｎｓ， aｄjｕｓtiｎｇ ｐｒｏｐｅｒlｙ thｅ ｅxｃitatiｏｎ ｆｏｒｃｅ ｆｏｒ iｍｐaｃt ｅxｃitatiｏｎ， whiｃh ｃｏｕlｄ ｅｆｆｅｃtiｖｅlｙ aｖｏiｄ iｎtｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｂｙ ｂｅaｒiｎｇ ｐlatｆｏｒｍｓ ｏｎ ｓiｇｎal tｒaｎｓｍiｓｓiｏｎ with iｍｐｒｏｖｅｄ ｓiｇｎal－ｎｏiｓｅ ｒatiｏ， aｎｄ ｂｅiｎｇ ｖｅｒiｆiｅｄ with a ｃｅｒtaiｎ
ｐｅｒｃｅｎtaｇｅ ｏｆ ｐilｅ ｃｏｒｅ ｄｒilliｎｇ ｍｅthｏｄ， it iｓ a ｐｒaｃtiｃal ｂｒiｄｇｅ ｐilｅ iｎtｅｇｒitｙ tｅｓtiｎｇ ｍｅthｏｄ. Key words： ｅｙｎaｍiｃ tｅｓtｓ； thｅ ｅxiｓtiｎｇ ｐiｅｒ； ｆｏｕｎｄatiｏｎ； ｓaｆｅtｙ； aｓｓｅｓｓｍｅｎt
·51·
２０17 年第６ 期陈思文，等：动力测试在既有桥墩基础安全技术状况评估中的应用总第153 期
万方数据

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