在役橋梁樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)與承載力評(píng)定新技術(shù)

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院橋梁結(jié)構(gòu)安全技術(shù)國家工程試驗(yàn)室舊橋檢測(cè)與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)試驗(yàn)室1橋梁樁基礎(chǔ)的問題43工程運(yùn)用實(shí)例技術(shù)介紹目錄CONTENTS技術(shù)特點(diǎn)25承載力快速評(píng)價(jià)橋梁樁基在服役中出現(xiàn)的問題1、2002年，xx鐵路大橋2、2009年，黑龍江省xx橋梁3、2015年，浙江xx大橋4、2015年，綿陽xx大橋1234橋梁樁基在服役中出現(xiàn)的問題1、2013年，杭州xx高速公路大橋橋墩傾斜嚴(yán)重2、2012年，寧波xx互通B匝道因堆土施工墩柱嚴(yán)重傾斜3、2004年，深圳xx大橋因基礎(chǔ)嚴(yán)重沉降垮塌4、2004年，xx高速公路瑪河大橋因河床下降樁基承載力降低，沉降40厘米3241橋梁樁基在服役中出現(xiàn)的問題1、2018年，xx大橋引橋因地鐵施工傾斜2、2014年，浙江xx高速公路互通主線因橋下道路拓寬橋墩傾斜3、2014年，廣州xx高速大橋因下穿道路施工導(dǎo)致橋墩傾斜4、2014年，上海市大橋，因船撞橋墩傾斜3241橋梁樁基在服役中出現(xiàn)的問題橋梁墩臺(tái)施工完成后的特點(diǎn)123墩柱完成蓋梁完成架梁完成8特點(diǎn)：在役橋梁樁基樁頂為非自由端（存在結(jié)構(gòu)物）問題：現(xiàn)有檢測(cè)方法完全不可用需求：災(zāi)害、事故及橋梁改造等情況下的樁基質(zhì)量調(diào)查、檢測(cè)；均具有較大市場(chǎng)需求。技術(shù)特點(diǎn)服役橋梁樁基礎(chǔ)完整性系統(tǒng)檢測(cè)綜合技術(shù)樁頂約束濾除疑問？專項(xiàng)檢查反射波法校驗(yàn)與修正雷達(dá)法普

查旁孔法提出10技術(shù)特點(diǎn)服役橋梁樁基無損檢測(cè)綜合體系探測(cè)機(jī)理信號(hào)表達(dá)方式數(shù)據(jù)采集與處理雷達(dá)圖譜轉(zhuǎn)換與解釋測(cè)試要求雷達(dá)法不同樁周介質(zhì)條件下樁底、樁身缺陷定位方法旁孔透法桿端受約束條件下應(yīng)力波的合理輸入及信號(hào)的有效辨識(shí)樁頂結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)力波波形影響的分析反射波法首次基本實(shí)用化集成探索技術(shù)介紹3-1雷達(dá)法單孔雷達(dá)法跨孔雷達(dá)法低頻（100MHz為主）關(guān)鍵技術(shù)-天線主頻適選常見主頻00200400600800100012001400160018002000

2200755025100125150175

/cmf(MHz)v=0.090m/nsv=0.010m/nsv=0.011m/nsv=0.012m/nsv=0.013m/nsv=0.014m/nsv=0.015m/nsTime/ns1234Depth/m567202530354045300MHzTime/ns1234Depth/m56715202530354045500MHzTime/ns1234Depth/m56715202530354045600MHz分析與計(jì)算各型試驗(yàn)3-1雷達(dá)法適用主頻300~500MHz與IDS合作試制主頻影響Time/ns1234 5Depth/m6701020304050Time/ns1234Depth/m5670510152025303540451234 5Depth/m670510152025303540451234 5Depth/m6051015202530354045100MHzTime/ns300MHzTime/ns500MHz800MHz雷

達(dá)

信

號(hào)

的

分

析需

根

據(jù)

天

線

主

頻

等

客

觀因

素

比

對(duì)

適

宜

的

圖

譜3-1雷達(dá)法關(guān)鍵技術(shù)-譜型分析-主頻影響y鉆孔均勻巖土體圓弧狀界面l2COrDl1

sx接收天線

RO'發(fā)射天線

TaABdθπ-θ0241214

16-8-6-4-20246868

10Disdance/mDepth/m

a=0a=0.5

a=1

a=2

asymptote面狀體點(diǎn)狀體xy點(diǎn)狀體接收天線R發(fā)射天線Tdl1l2oO's鉆孔均勻巖土體a0

123789

10-5-4-3-2-101234545

6Disdance/mDepth/m

d=0.5

d=1.0

d=1.5d=2.0理論特征3-1雷達(dá)法斷樁斷裂：信號(hào)呈現(xiàn)曲線分離、頂端變緩。關(guān)鍵技術(shù)-譜型分析-缺陷特征3-1雷達(dá)法縮徑完整完整：同相軸完整呈一直線?？s徑：同相軸縮徑處錯(cuò)動(dòng)。關(guān)鍵技術(shù)-譜型分析-缺陷特征3-1雷達(dá)法離析大空洞小空洞離析：信號(hào)較強(qiáng)，呈雙曲線狀空洞：信號(hào)強(qiáng)烈，多次反射，呈雙曲線狀。關(guān)鍵技術(shù)-譜型分析-缺陷特征3-1雷達(dá)法，，目標(biāo)體名稱單道波形時(shí)距剖面圖頻譜特性空洞界面處開始多次震動(dòng)、振幅大、周期短，反射波相位與入射波相同。界面處反射信號(hào)強(qiáng)烈，同相軸形狀與空洞的大小、形狀有關(guān)，較小時(shí)通常為雙曲線波形特征。頻帶較寬，頻率成分豐富，譜峰較多主頻接近天線中心頻率。離析界面處開始多次震動(dòng)、振幅較大、周期較短、反射波相位與入射波反相。界面處反射信號(hào)較強(qiáng)，同相軸形狀與離析的大小、形狀有關(guān)，較小時(shí)通常為雙曲線狀。離析較大且不規(guī)則時(shí)，波形雜亂，振幅不均勻變化同相軸不連續(xù)，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀。頻帶較寬，頻率成分豐富，譜峰較多主頻接近天線中心，頻率，衰減較快。夾泥界面處開始多次反射、振幅較大、周期較長，反射波相位與入射波反相。與離析的特征基本一致頻帶位于低頻段，譜峰較多，主頻低且小于天線中心頻率，衰減較快。鋼筋振幅大，反射波相位極性反轉(zhuǎn)界面處反射信號(hào)強(qiáng)烈，呈典型雙曲線狀，曲率較大，兩翼延伸短，弧頂反射最強(qiáng)，振幅最大。頻率成分較單一、高頻成分急劇衰減。時(shí)距剖面圖單道波形頻譜特性關(guān)鍵技術(shù)-譜型分析3-1雷達(dá)法譜系識(shí)別+單道辨析的樁底、缺陷定位波動(dòng)路徑分析適宜頻段天線目標(biāo)體信號(hào)特征雷達(dá)圖譜特征不同目標(biāo)體、不同介質(zhì)波譜雷達(dá)譜系單波特性信號(hào)理論特征探測(cè)能力分析天線研制數(shù)據(jù)處理分析分析軟件改進(jìn)3-2

反射波法關(guān)鍵技術(shù)-波形特征-理論研究施工期服役期橋梁建設(shè)完成理論分析激振錘T樁頂輸入的應(yīng)力波為近似平面縱波激振點(diǎn)或者輸入的應(yīng)力波能在距樁頂不遠(yuǎn)的位置形成平面縱波213-2

反射波法關(guān)鍵技術(shù)-波形特征-數(shù)值分析數(shù)值計(jì)算ABCDE拾振點(diǎn)蓋梁頂部激振樁頂激振（遠(yuǎn)離系梁）樁頂激振（靠近系梁）距激振點(diǎn)較遠(yuǎn)的橫截面

，應(yīng)力波同步到達(dá)各拾振區(qū)3-2

反射波法左1-2工作區(qū)域左1-1A斷面41(3)

2路線大樁號(hào)方向B斷面C斷面107(9)

81411(13)

12D斷面16

15A1斷面2021(19)

22B1斷面C1斷面2425(23)

262829(27)

30D1斷面35

33Q1Q2不同橫斷面拾振蓋梁頂部激振滿足平截面假定樁頂激振（靠近/遠(yuǎn)離系梁）深部樁身截面滿足平截面假定激振方式適當(dāng)，樁身內(nèi)可形成平面波現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)-波形特征-試驗(yàn)驗(yàn)證3-2

反射波法樁頂激振（靠近系梁）樁柱1樁柱2b c激振錘Tef

m160015001400130012001100

T/Hz1000900800700600500400300200 X/m1000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5

5.01R

-R=0.05mR

-R=0.075m1R

-R=0.10m11R

-R=0.125m1R

-R=0.15m1R

-R=0.175m1R

-R=0.20m樁頂激振（遠(yuǎn)離系梁）樁柱1樁柱2

bc振錘Tgf

m1000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5

5.020030040050060070080090010001100T/HzX/mR

=0.500m1R

=0.625m1R

=0.750m1R

=0.825m11R

=1.000m1R

=1.125m1R

=1.250m蓋梁頂部激振激振錘T樁柱1樁柱2bcah fg ekkkm0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5

5.0940930920910900890構(gòu)幾何特征的干擾頻率計(jì)算方法1000990980970960950T/HzX/mR

=0.500m11R

=0.625m1R

=0.750m1R

=0.825m1R

=1.000mR

=1.125m1R

=1.250m1基于樁柱結(jié)關(guān)鍵技術(shù)-波形辨識(shí)-理論計(jì)算理論分析3-2

反射波法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)原始波形濾波后波形關(guān)鍵技術(shù)-波形辨識(shí)-濾波3-2

反射波法激振點(diǎn)接收點(diǎn)樁底反射樁身反射接收點(diǎn)接收點(diǎn)頂部接收點(diǎn)

蓋梁-柱交界面

柱側(cè)接收點(diǎn)柱-系梁-樁交界面

樁底

系梁-樁交界面

樁側(cè)接收點(diǎn)下行波 上行波激振點(diǎn)cb

ade

蓋梁頂部f

h

g 蓋梁-柱交界面樁底

柱-樁交界面（拾振點(diǎn)）

樁側(cè)接收點(diǎn)

缺陷位置（如有）柱側(cè)接收點(diǎn)

柱側(cè)接收點(diǎn)樁側(cè)接收點(diǎn)行波分析僅采用單通道的拾振方,不能判別所有的反射信號(hào)的來源.關(guān)鍵技術(shù)-信號(hào)有效性研究

激振點(diǎn)

拾振點(diǎn)

激振點(diǎn)拾振點(diǎn)

激振點(diǎn)

拾振點(diǎn)模型試驗(yàn)3-2

反射波法樁頂自由時(shí)得到的信號(hào)特征可體現(xiàn)在系梁、墩柱等施工后的信號(hào)中傳感器豎向串列布置，信號(hào)同相軸明顯，可借此識(shí)別異常反射、樁底及蓋梁反射現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁頂自由系梁澆筑蓋梁澆筑關(guān)鍵技術(shù)-信號(hào)有效性研究3-2

反射波法適宜性樁頂約束的濾除激振效果信號(hào)有效性干擾頻率算法波列組合采集與分析激振和拾振點(diǎn)合理布置行波特征平面波Y桿端受約束條件下應(yīng)力波的合理輸入及信號(hào)的有效辨識(shí)局部反射路徑能量傳播特點(diǎn)簡介3-3旁孔透射波法時(shí)間-深度剖面3-3

旁孔透射波法關(guān)鍵技術(shù)P波法不便激發(fā)P波波動(dòng)時(shí)程分析非飽和均質(zhì)地基彎曲波飽和非均質(zhì)地基多波聯(lián)合測(cè)試V土

V波信號(hào)采集與處理不同樁周介質(zhì)條件樁底、缺陷定位3-3

旁孔透射波法關(guān)鍵技術(shù)-樁底深度算法樁底深度算法上部直線下端拐點(diǎn)修正法：L

Zcr

LR，兩直線交點(diǎn)修正法：L

Zi

Lc3-3

旁孔透射波法關(guān)鍵技術(shù)-P波法3-3

旁孔透射波法關(guān)鍵技術(shù)-彎曲波法3-3

旁孔透射波法飽和土V土

V波多波聯(lián)合法樁身波速1880

m/s地基土波速264

m/s非飽和土關(guān)鍵技術(shù)-彎曲波法3-3

旁孔透射波法沿深度方向?qū)κ字罠P、FS波走時(shí)分段可得到四條直線組合分析關(guān)鍵技術(shù)-多波聯(lián)合法工程實(shí)例4

應(yīng)用實(shí)例雷達(dá)法-寧波某工程項(xiàng)目單孔雷達(dá)測(cè)試結(jié)果同相軸異常樁-承臺(tái)接縫明顯鉆孔電視結(jié)果374

應(yīng)用實(shí)例雷達(dá)法-杭州灣XX大橋工程項(xiàng)目單孔雷達(dá)測(cè)試結(jié)果鉆孔電視結(jié)果38同相軸異