VSP无损检测法在成桥基桩检测中的应用

1、VSP无损检测法在成桥基桩检测中的应用(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel-CAL -本页仅作为文档封面，使用请直接删除VSP无损检测法在成桥基桩检测中的应用摘要：基桩是桥梁的重要受力构件，其质量的可靠 与否直接关系到桥梁的安全。一旦出现质量问题，后果难 以估量，因而基桩的无损检测尤为重要。到目前为止，国 内外尚无较好的成桥基桩无损检测的方法和技术。为弥补 成桥基桩无损检测的空白，本文基于VSP (Vertical Seismic Profiling )测井方法原理，提出了一种新的成桥 基桩无损检测方法一VSP无损检测法。实例检测的结果表明 该方法能够

2、应用于成桥基桩的无损检测，并具备较好的实 用价值。关键字：桥梁；VSP测井；成桥基桩；无损检测 1引言当前，随着交通运输的快速发展，交通安全对路基、 桥梁的要求越来越高。在中国现有桥梁中相当一部分由于 早期设计标准低及自然灾害的影响，出现不同程度的损 坏，如：桩身混凝土破碎、裂桩、断桩等，严重威胁桥梁 构件安全1。因此，桩基安全性检测就显得尤为重要。通 过肉眼或借助测量及检测设备，可对地面以上的破坏形态 进行辨识，而对于桥梁基桩的损毁情况进行调查极其困 难，主要原因是基桩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2。在现有技术中，钻芯法、低应变法和声波透射法3-5

3、只适用于承台和盖梁等尚未施工的情况下进行检测，而对 于桥墩上方有盖梁的成桥基桩无法检测。基于此，本文依 据VSP测井原理，提出一种无损检测新方法一VSP成桥基桩 无损检测法，对成桥基桩进行无损检测。实际应用结果表 明该方法能够有效快速的精确定位地面以下的基桩缺陷位 置，可广泛应用于地震灾后基桩受损评估、旧桥基桩检测 等，为桥梁的加固修复提供重要依据。2 VSP成桥基桩无损检测法VSP （ Vert ical Seismic Profiling） 即垂直地震 剖面6-7，是一种地震观测方法（图1）。主要通过在地 面设置激发地震波，并在井内不同位置设置检波点，进行 多级多分量观测。该方法不仅能够接

4、收自下而上的上行波 和上行转换波，也能接收自上而下的下行波和下行转换 波，能够获取高分辨率、高信噪比和高保真度的信号8- 10。基于该原理，在桥墩表面选取n条测线，测线与桥墩 轴线平行，每条测线上包括1个检波器和m个激发点。其 中，检波器布置在测线靠近地面的位置；检波器上方自下 而上等间距依次布置激发点1、激发点2、激发点m （图2）。设最小偏移距为a，激发点间距为a，检波器到 盖梁的距离为L1，检波器到桩底的距离为L2,基桩缺陷位 置到检波器位置为L3,弹性波在桥墩和基桩中的波速为c (图 3)。当直达波到达检波器时开始计时,那么对于一条测线，第i (i=l, 2, 3,，m)个激发点被激发

5、后同时产生 多路振动波；其中,第一路振动波称为直达波,其传播路 径为：从激发点出发后直线传播到检波器,由于以直达波 触发检波器时开始计时,则在波形图上直达波的走时为 0。 第二路振动波称为上行波(盖梁反射波),其传播路径 为：从激发点 i 向上传播至盖梁,被盖梁反射后再传播到 检波器i,由于以直达波触发检波器时开始计时，则在波形 图上上行波走时为2L1-2 (i+1) a/c.第三路振动波称为 下行波,分为两种,第一种下行波传播路径为：从激发点 i 向下传播至桩底,被桩底反射后再传播到检波器,由于以 直达波触发检波器时开始计时,则在波形图上第一种下行 波走时为2L2/c；第二种下行波传播路径为

6、：从激发点i传 播至缺陷位置,被缺陷位置反射后再传播到检波器,由于 以直达波触发检波器时开始计时,则在波形图上第一种下 行波走时为2L3/c；依此类推，可以得出各个激发点激发后 的直达波走时都为0,下行反射波走时相同,故它们的走时 曲线为垂直线；而各个激发点激发后的上行反射波走时依 次减少2a/c，故走时曲线为斜线。由于a, LI, L2和c都为已知，故计算得到直达波走 时为ti-1、盖梁反射波走时为ti-2以及桩底反射波走时为 ti-3。如图4所示，将波形图组中tlT、12TtmT按顺 序连接得到直线Z1 ；将波形图组中11 -2、12-2tm-2按顺 序连接得到直线Z2；将波形图组中11-

7、3、12-31m-3按顺 序连接得到直线Z3。由上段分析可知，Z1和Z3都是垂直 线，Z2是斜线。然后，对于任意一个波形图i，判断波形图i中是否存 在除时间点1 i - 1 、 1 i - 2和1 i - 3位置外的明显波峰或明显 波谷，如果有，均重点标记出该明显波峰或明显波谷；采 用不同的连接方式，将各个波形图的明显波峰或明显波谷 按顺序连接，得到多条直线；并进一步判断所连接得到的 直线中，是否存在垂直线，如果有，将该直线记为Z4，然 后获得直线 Z4 与各个波形图相交的横坐标值，即时间值 1，再根据公式2L3/c=1求出基桩缺陷位置到检波器的距离 L3,最终获得基桩的缺陷分析结果。3 工程

8、应用工程概况以云南省普洱市思茅至澜沧二级公路（以下简称思澜 路）某成桥为例。思澜路起于思茅刀光寨，止于澜沧县 城，总里程171km，设计时速40公里。2007年建成通车 （一期工程）。对于该桥位于地面以下的桩基，由于其与 上部结构相连接，其桩身完整性无法采用常规的低应变反 射法和声波透射法进行测试。针对以上情况，决定采用 VSP 成桥基桩无损检测方法，对该桥共 7 棵成桥基桩桩身进行 试验，以查清基桩上部范围及桩身破坏情况，即是否断 桩、保护层是否开裂等。现场检测设计 根据该方法，对现场检测进行如下设计，如图4所 示，每根桩布置A、B、C、D四条测线，检波器布置在贴近 地表处的桥墩上，每条测线

9、布置 12 个激发点，第一个激发 点距传感器，相邻激发点间距。当直达波到达检波器时开始计时，首先到达的为直达 波，第二组波为上行波（盖梁反射波）；第三组为下行波 （桩底反射波）。在桥墩、基桩的变截面及缺陷处也产生 反射波，同时桩的横向振动产生面波。各组波的走时特性 不同，其中各个激发点激发后的直达波传播距离相等，各 个激发点激发后的下行反射波传播距离相同，故它们的走 时曲线为垂直线；而各个激发点激发后的上行波传播距离 依次减少lm，故走时曲线为斜线。根据波的走时曲线不 同，可以清晰地区分上行波和下行波。再通过专用软件将 上行波、下行波分离，同时滤掉横向震荡波。根据基桩底 和基桩中的反射波组可以

10、判定桩身完整性和桩底与基岩的耦合状态。最后，根据 4 条测线的缺陷分析结果相互验 证，可以更加准确地推测基桩破坏情况。 检测结果分别为垂线Al、垂线A2和垂线A3,这3条垂直线代 表下行反射波的连线。通过弹性波速度 c 和检波器距基桩 底部的距离可知垂线 A3 为基桩桩底反射波的连线,垂线 Al 和垂线 A2 分别为地面以下基桩缺陷位置反射波的连线。对 垂线 Al 进一步计算可知地面以下 l2 米处存在断桩或缺 陷,对垂线 A2 进一步计算可知地面以下米处存在断桩。图 5 共分析得出 2 条垂直线（不包括直达波走时曲线）,分别 为垂线A4和垂线A5,这2条垂直线代表下行反射波的连 线。通过弹性

11、波速度 c 和检波器距基桩底部的距离可知垂 线 A5 为基桩桩底反射波的连线,垂线 A4 为地面以下基桩 缺陷位置反射波的连线。对垂线 A4 进一步计算可知地面以 下 l5 米处存在断桩。通过现场开挖验证,推测结果基本准 确。4 结论通过对思澜路某成桥桩基进行 VSP 测桩试验,得出如 下结论：（l）对于成桥基桩检测,采用 VSP 无损检测法,能 有效地判断桩基础的缺陷状况,并为其加固修复提供理论 依据。（2）VSP测桩结果表明，以直达波触发检波器开始计时所得到的波形，更加直观、清晰。通过对检测资料进 行滤波、上行波、下行波分离相关分析等处理后，可准确 地识别出基桩缺陷。（3）系梁对VSP测桩

12、影响较大。由于系梁反射的影 响，靠近系梁附近的裂缝识别较困难，测量时应尽量避免 在系梁正上方布置测线；对于没有系梁的独桩，效果会更 好。参考文献刘忻梅，王文沛，许有俊.成桥桩基检测中低应变 波法的小波分析J 中外公路，2010，12，第30卷，第6 期.许有俊，陶连金，张波.低应变反射波法在震后梁桥桩基检测中的应用J铁道建筑，1003-1995（2010） 04-0004-03王宏波声波透射法桩基检测应用研究D.长安大 学硕士学位论文， 2 0 1 0 .王靖涛.桩基应力波检测的小波分析J中国科 学（E 辑），2003（1）： 91-96.丁恒轩.低应变反射波法基桩质量检测理论与应用D.南京理工大学硕士学位论文，2012.谢明道垂直地震剖面法应用技术M 北京：石油 工业出版社，1991：42-68.朱光明垂直地震剖面方法M 北京：石油工业出 版社，1