典型案例索引

1.宁波某旧桥水下桩身完整性检测

2.福建湄洲湾电煤码头桥桩损伤检测

3.渤海油田码头引桥的撞击损伤检测

4.某病害桩体的混凝土密实性检测和桩身完整性检测

5.某服役中的公路桥进行桩基础病害检测

6.病害基桩缺陷位置检测

典型案例:

1.宁波某旧桥水下桩身完整性检测

工程概况:

宁波某两座桥具有20多年历史,其桩身整体完整,其中水面以上部分2m左右,未见明显破损,桩体水下部分是否出现破损尚不清楚。为了确保桥梁结构的安全,采用PST成桥桩检测技术对被撞桩体的水下部分进行检测(桥梁与桩基常规的检测方法如外观检查、回弹检测和小应变等方法都不能胜任该类具有上部结构的桩体的检测),对桩体上部损伤程度进行评价,以便对桩体修复方案提出建议。其中两座桥分别为两排17根桩,和两排16根桩。

服役中的桥

现场检测照片

检测布置:

成桥桩检测布置

PST检测时,检波器电缆下部配重,上部固定,检波电缆靠近桩身。敲击点在检波器电缆上方,距第1个检波器距离0.5m。在完成第一个次敲击后,敲击点不变,重复采集多次,以便于后期处理。

资料处理

PST检测的资料流程主要包括几何坐标编辑、延时校正、坏道剔除、上行波与下行波分离,桩身速度分析、桩体结构偏移成像等步骤。其中上行波与下行波分离是最为重要的环节。对于具有上部结构的桥桩,检测激发的声波向上传播到盖梁上、下界面时,会产生较强的反射波向下传播,与下部结构、缺陷的反射的上行波叠加在一起。只有将上行波与下行波进行有效地分离,才能获得下部缺陷的可靠位置。


PST信号处理-波场分离后的上行波


PST记录与偏移成像结果

PST检测的结果集中体现在偏移图像中。图像中坐标原点为端检波器所在位置,记为坐标原点,纵坐标为从坐标原点向上和向下的距离。图相中不同深度上的红、蓝线条表示反射界面的位置,线条横向的长度表示界面反射强度的大小。线条长表示反射强,界面两侧差异大。线条红色表示介质波阻抗变大、刚度上升的界面,蓝色表示波阻抗变小、刚度下降的界面。偏移图像中波阻抗变化的界面包含多种物理对象,结构缺陷、裂缝、桩身截面积变化、桩体周围地层界面等都在偏移图像中有所反映。根据PST图像进行结构缺陷解释时,首先根据设计资料排除桩体结构变化界面,再根据地质资料排除地层界面,除去这些反射界面之后,余下的界面解释为结构损伤的界面。本次检测的桩身结构比较复杂,桩之间存在系梁,下部结构的正常反射只有桩底。虽然桩周围的地质资料不清,但因为桩位接近,可以将接近的几根桩的偏移图像放在一起进行分析比较,确定地层反射界面的位置。


PST信号处理-波场分离后的上行波

根据上述解释原则,对图中的4根桩的偏移图像进行分析和比对并结合现场实际,得到以下结论
1) 4幅偏移图像中最上部1.5-2m段的红蓝条纹为桥桩上部盖梁的反应;
2) 在深度大约20m-24m处出现红、蓝强反射条纹,推断为桩底或基岩界面;
3) 在深度7.5m-13.5m处出现红、蓝强反射条纹,推断为地层影响的反射界面;

通过上述分析对比,确定了结构变化与地层界面的反射位置,剔除这些反射界面之后,可以对桩体的损伤部位做如下解释。

1) X1号桩损伤部位
X1号桩的下方,在15m和19.5m处存在红、蓝强反射条纹,推测为2处明显的损伤破裂面。
2) X2号桩损伤部位
X2号桩在18m处存在红、蓝强反射条纹,推测为1处明显的损伤破裂面。
3) X3号桩损伤部位
X3号桩未出现强的红、蓝强反射条纹,推断该桩体结构完好,没有损伤。
4) X4号桩损伤部位
X4号桩的下方,存在1处明显的损伤破裂面,在18m处。


PST偏移图像成果

2.福建湄洲湾电煤码头桥桩损伤检测

工程概况:

  受损码头位于湄洲湾电厂内,码头桩体与承台曾遭受重船撞击,桩体上部外观出现了明显的开裂,水下部分是否破损尚不清楚。为了确保码头结构的安全,需要对桩体水下部分进行检测,对桩体上部损伤的程度进行评价,以便制定修复方案。
检测对象是外观出现明显撞击损伤的1号与2号桥桩,作为桩基地质结构背景的对比,增加3号与4号桥桩。桥桩位置与外观受损外情况分别见图1。


检测桥桩位置与桥桩外观受损情况

检测方法与原理
  检测对象是具有上部结构的桩体,目的是了解水下隐伏部分的受损情况以及上部损伤程度的评价。对桥桩水下部分的检测采用PST成桥桩检测技术,对桩体损伤程度的检测采用截面CT技术。PST仪器,可分别用于PST检测和CT检测。
  PST检测原理
  PST检测时在混凝土桩体中激发声波时,声波会沿桩身向上、下传播。当遇到桩体结构变化断面、损伤部位、桥基地质界面时发生反射。上部结构的反射波向下传播,称下行波;下部结构的反射波向上传播,称上行波。通过检波器串记录桩体中声波上、下传播的时-空特征,并对下行波与上行波进行有效地分离,根据波的走时与混凝土波速,对桩体波阻抗变化界面成像。通过分析排除结构截面变化与地层结构变化的影响,可确定桩体中的缺陷与损伤的部位、损伤的程度。据此对桩体的质量与损伤部位做出诊断。
  截面CT检测原理
  截面CT检测时,使用声波穿透桩体,通过测量声波的走时重建桩体内弹性波速的分布图像。弹性波速直接反应混凝土的弹性模量的大小,它是混凝土密实性和强度分布的定量指标。当桩体遭受撞击损伤时,产生宏观破裂与微观裂隙,损伤部位的波速随之降低。通过提取波速图像中低速异常的分布图像,确定混凝土结构的损伤程度。它具有分辨率高,可靠性好,图像直观等优点,可有效地解决桩体损伤的诊断问题。

检测布置

PST检测布置示意图

  PST检测布置
PST检测时,检波器电缆下部配重,上部固定,检波电缆靠近桩身。敲击点在检波器电缆上方,距第1个检波器距离0.1m。在完成第一个次敲击后,检波器电缆下移0.05m,敲击点不变,第2次敲击。两次记录合成,达到加密观测的目的。此次检测中,检测1号桩时,激发点距离码头平台底面1.5m,2、3、4号桩时激发点距离平台底面7.5m。

体截面CT检测布置

  截面CT检测布置
对2号桩损伤部位进行CT检测时,截面选择在宏观破裂的下方,距平台底面1.3m,桩体为方形断面,断面尺寸0.6m×0.6m。检波电缆长1.5m,沿桩身缠绕,围成一个水平平面。检测时将检波器布置在两个相邻侧面,激发点布置在相对侧面。检波器与敲击点的点距均0.1m。完成一次测量后将检波电缆按顺时针方向移动0.05m,重负敲击。将两次观测数据联合处理,测量间距加密成0.05m。

检测结果和解释 
  本次检测完成4根桩体的PST成像和1个截面CT成像。现分类对检测结果作以分析。
  PST桥桩检测结果
  4棵桩的偏移图像列于图4,从左到右依次为1、2、3、4号桩。图像中坐标原点取在盖梁与桩的交界面,纵坐标是从原点算起的深度。图像中的红色线条表示波阻抗增大的界面,蓝色表示波阻抗减小的界面。线条横向的长度表示界面反射系数的大小。线条长表示反射强,界面两侧差异大,或反射面尺度大。
  偏移图像中波阻抗变化的界面包含多种物理解释,结构缺陷、裂缝、桩身截面积变化、桩基础地层界面等。根据PST图像进行结构缺陷和损伤部位解释时,首先根据设计资料排除桩体结构变化的界面,再根据地质资料排除地层界面,除去这些界面之后,可解释为结构的损伤部位。本次检测中桩身的结构比较简单,桩之间没有系梁,下部结构的正常反射只有桩底和地层。虽然桩基础的地质资料不详,但可以通过比较相邻4根桩的偏移图像,推断出地质界面的位置。


四根桩偏移图像的对比

根据上述解释原则,对图7中4根桩偏移图像的分析比对,并结合现场实际,对桩体截面变化部位、桩底与地层界面作出识别。
  1) 4幅偏移图像中最上部的红蓝条纹为桥桩上部盖梁的反应;
  2) 在深度大约30m处出现红、蓝强反射条纹,推断为桩底与基岩界面;
  3) 1号桩5-6.0m位置反射条纹对应桩体变截面处的反射;
在剔除了上诉界面之后,可以对桩体的撞击损伤部位做如下解释。
  4) 1号桩损伤部位
在1号桩变截面处的下方,存在3处明显的损伤破裂面,分别在9.5m、14.5m和21m处,其中最下方的损伤相对轻微。
  5) 2号桩损伤部位
2号桩1.5m处的位置存在一个较强的反射界面,这是桩头开裂破损处的反应。除此之外在水下21-25m的范围内存在一组很强的蓝色反射条纹,推断该处损伤比较严重,以至于桩底的反射信号被衰减殆尽,图像中未能出现桩底信号。

截面CT检测结果

2号桩1.3m截面的波速CT图像

2号桩体宏观破裂下方的截面CT的波速图像如图5。从该图像中可以清楚地看到,检测截面的波速总体分布不均,大部分区域波速在2600-4000m/s范围内,混凝土的强度不高,推断混凝土标号为C40 左右。在截面内存在断续分布的线性低速条带,表明该截面位置的混凝土已经受到撞击的影响。

波速CT图像中提取的微裂纹带分布

虽然从外观上还看不出截面CT的位置有宏观的破裂面,但是通过对CT图像低速异常的提取,清晰地发现界面内存在了大量的、规则排列的微裂隙带,见图6。这些微裂隙带的走向以北西—南东向为主,具有张裂隙的性质,说明桩体混凝土在撞击下已经产生了明显的结构损伤,该部位亦应加固。

  结论和建议   综合PST桥桩检测和截面CT检测的结果,可以得出如下结论:
  1)1号桩在水下存在3处损伤。鉴于损伤部位多,分布范围大,建议采取钢筋混凝土整体加固措施。从6m处的变截面处开始向下一直加固到26m深处,加固截面扩宽到100cm×100cm为宜。也可以考虑补做新桩代替。
  2)2号桥桩有两处损伤,桩体上部的损伤破裂严重,形成通裂。1.3m处的CT发现截面内存在微观裂隙带。建议分两段加固,上部加固段0-3m,下部20m到26m。采用钢筋混凝土将桩截面扩大到90cm×90cm。如果深部加固施工困难,可以考虑补做新桩。
  3)建议施工后,选用CT技术对2号桩上部加固段进行复查,了解加固区的混凝土强度以及破裂面的灌注程度。

3.宁波某旧桥水下桩身完整性检测

工程概况:

210排盖梁与桥桩受损情况

渤海油田钻井平台码头引桥在2011年与2012年曾多次遭受重船撞击,部分盖梁与桥桩受到损伤。为确保钻井平台出入道路的通畅与安全,需要对引桥受损部位进行检测与修复。

  

引桥为简支空心板桥,下部三个桥桩支撑,桥桩上部有盖梁连接,其上搭接空心梁板。

  

引桥被撞部位多集中在盖梁右端,相关的桥桩一起受损。外观调查已发现58、59、210等三排盖梁的损伤比较严重,尤其是210排出现了大量宏观开裂。检测对象是这3排盖梁和210排的3棵桥桩。

  

盖梁长9m,宽1.8m,高1.3m,C50混凝土浇筑,跨距12m。桥桩原为预制空心桩,壁厚12.5cm,外径120cm,C50混凝土。预制桩经强压贯入地基,贯入后用C50混凝土将空心注实。盖梁受损情况见图1。

检测布置:

成桥桩检测布置

PST检测的布置
检测时水面距桩2m,将检波器电缆紧贴桥桩垂入水中,电缆底端配有重物,上部固定,使检波电缆尽量靠近桩身。检波器电缆32道,道间距25cm,敲击点在检波器电缆上方,距第1个检波器25cm,离桩65cm。数据采集使用32通道,AD转换24bit,采样频率192ksps,信号动态范围达140dB。观测布置见图2。

混凝土盖梁的CT检测布置图

盖梁CT检测的布置
   盖梁CT检测中将接收检波电缆布置在盖梁上表面及两端,敲击点布置在盖梁下表面边缘及两端,实现对盖梁竖直断面的CT成像。检波器间距与敲击点距均为25cm,一点敲击32点接收。移动检波器与炮点,使间距加密到12.5cm。为保证射线的密度与正交性,在盖梁的两端检波器与敲击点位置需要相互重叠。

桥桩截面CT检测布置

桥桩截面CT检测布置
  PST检测中发现210排中间位置的桥桩受到损伤,损伤部位距桩3m,埋入水下深度1m。为进一步了解损伤的程度,在损伤部位进行了截面CT检测。32个检波器围绕桩身外周均匀布置,间距12.5cm;在每两个检波器正中间进行敲击,敲击点32个,获得走时数据1024个。 接收点与激发点布置见图4。

检测结果与损伤评价

本次使用PST检测3根桥桩,使用CT检测3片盖梁和1个桥桩横截面。现分别对检测结果进行介绍。
 

 

210排桩PST偏移图像

PST桥桩损伤检测结果
   PST检测第210排的3根桩,按位置命名为左、中、右桩,结果示于图5。结果表明桥桩在海水中长度4m,水面上2m。三根桩的水面、海底、桩基地层的反射界面清楚,一致。海底以下6m之内清楚地包含三个地层,力学强度差异较大,向下逐渐变得密实。海底之上3根桩的反射界面出现了差异。右端桩身并未见损伤界面,桩体完整;   中间的桩身在距桩3m处即水下1m的位置出现明显的强反射界面,推断为撞击造成的损伤;左端的桥桩在水面下和接近海底位置有2处较弱的反射界面,推断为轻微损伤,没有中间桩那样严重。

    

盖梁CT的检测结果
  本次共检测三片盖梁,分别为58排、59排,210排。按照外观受损的严重程度排序,


210排盖梁CT检测结果

210排被撞击得最为严重,59排船撞次之,两者均可见宏观破损,58排外观无明显损坏。三片盖梁的波速CT图像依次表示在图7中。其中59排因外观破损检测长度短了1m。
  盖梁CT图像反映混凝土波速的分布。图像中红、黄色为高波速区,这两种颜色的区域混凝土密实,完整,强度达到C50标准,未受撞击影响。绿色区为中等波速区,混凝土标号近于C40,未受撞击影响;天蓝色区域为低波速区,强度低于C30,为损伤影响边缘; 蓝色与深蓝色区波速低于2000m/s,为损伤的区域,混凝土松散,微裂隙发育。其中波速低于1000m/s的区域为破坏区,大量宏观裂缝分布。3幅图像表明,58排盖梁图像以红黄色为主,达到了C50标号,未受撞击伤害;59排盖梁图像以绿色、黄色为主,波速偏低,以C40标号混凝土为主,没有明显的撞击损伤区,只是盖梁混凝土标号偏低;210排的CT图像反映混凝土结构变得极不均匀,撞击损伤范围大。梁体左部5.5m范围内,混凝土强度较高,完整性好,没有损伤痕迹;梁体右端3.5m范围内,波速低,混凝土受到损伤,内部微裂隙发育,结构已经松散;特别是右下角1.5m范围内,波速低于1000m/s,反映了强烈撞击的损伤影响,为宏观裂缝发育区。梁体撞击损伤的影响区约占梁体长度的40%,建议对该盖梁进行更换。

210排中间桩截面CT波速图像

2.2.3 桥桩截面CT检测结果
210排中间位置桩体截面的CT 位置距桩2.5m,截面CT图像如图7。从该图像中可以清楚地看到,桩体边缘混凝土的波速在4000m/s以上,达到了C50标准。桩体中心区的波速比边缘低,在2800-3500m/s范围。桩体北方(撞击方向)和东南方向存在低速区,波速低于2800m/s,表明桩体的外壳已遭到损伤,发育了微裂隙,强度大大降低,其位置与PST检测发现的损伤部位一致。

4.某病害桩体的混凝土密实性检测和桩身完整性检测

工程概况:

某段公路建设时期的设计规范是85版规范,随着经济的发展,车辆荷载和车流量不是当时可以比拟的,有些桩基在长期的运营中出现问题。用PST方法检测桩身完整性和桩长,用CT法检测混凝土强度。


现场采集照片

针对一个桩做的三个PST偏移图像结果如下:


16号桩(左图为计算结果,右图为地层钻孔资料)


墩柱结合处混凝土密实性检测结果

可得到如下结论:
结合设计资料及计算结果得到如下结论:
1. 桩长46.5m;
2. 在-23.9米处一个侧面有缺陷反射,推测为较小的桩身缺陷;需要进一步核实。

5.某服役中的公路桥进行桩基础病害检测

工程概况:

某段公路对桩基础进行无损检测,在该桩身布置四条测线,进行四次PST采集。


16号桩(左图为计算结果,右图为地层钻孔资料)

四个PST偏移图像结果如下:


3#桩(左图为计算结果,右图为地层钻孔资料

6.病害基桩缺陷位置检测

工程概况:

某桥墩由于边坡的坍塌,被剪切受伤,地面可见钢筋外露。用PST法了解地下隐伏部分的埋深情况。同时对桩体其他部分是否受损进行检测评价。


现场采集照片

针对一个桩做的三个PST偏移图像结果如下:


1#桥墩左墩检测结果(两个PST测线)


可得到如下结论:
结合设计资料及计算结果得到如下结论:
1、32-35米,此处为先蓝色条纹,波阻抗变小、刚度下降的界面。推断32-35米处为桩身开裂。
2、52-55米处接近桩底,反射条纹较多,且条纹为先红色条纹是基岩的反应。