静载试验在公路桥梁检测中的作用

1.桩基承载力与桩身完整性检测现状与检验检测行业发展2.静载试验在公路桥梁检测中的作用桩基承载力与桩身完整性检测现状与检验检测行业发展桩基检测是一项在国内发展与应用了近40年的检测技术，一般分为承载力检测、完整性检测，作为隐蔽工程桩基础的工后检测，而其作为基建行业关注度、重视度最高的部分，桩基质量检测成为基建行业工程质量控制的一个关键环节，为结构的正常使用、可靠与安全发挥了重要作用。目前其理论、技术、人员等存在于我国整体检验检测行业改革与发展的红海中，笔者尝试探究桩基检测与整个检验检测行业发展的关系。随着我国经济技术发展，建筑、铁路、轨道、基础一般采用有效、安全的桩基础形式，桩基质量检测主要包含承载力检测和桩身完整性检测。承载力检测有高应变法、抗压(抗拔、水平)静载试验、自平衡法等；桩身完整性检测有低应变法、声波法、高应变法、钻芯法、孔内摄像桩基设计目的是粧基能够穿过特殊地基层和软弱岩土层，具有高承载力、小沉降量、整体抗弯、抗扭刚度、抗震经济合理，其设计内容如下：选型、几何尺寸；桩基平面布置、间距与数量；单粧承载力特征值或容许值确定；粧身强度与结构设计；桩基承载力、稳定性与沉降验算；软弱下卧层承载力验算；承台设计，包括承台受弯、受冲切、受剪和在使用期限内或更长久时间内桩基不出现混凝土劣化、钢筋用性、经济性以及裂缝控制要求(腐蚀性评价与裂缝控制等)。显然桩基设计内容仅仅针对“静态设计”以及“抗震基不出现混凝土劣化、钢筋腐蚀等影响桩身及承台结构正常二、桩基础设计承载力的基本概念单桩承载力的设计计算是粧基工程的一个重要环节，桩基础根据设计方法不同有不同的设计规定，目前我国桩基工和分项系数法。桩基到达破坏状态时所能承受的最大轴向静荷载，取决于土对桩的支承力和桩身材料强度，并取用两者中的较小值(暂时不考虑水平承载力桩基)。表观或微观上只有裂缝控制设计，其为特殊状态或使用状态后才产生，耐久性设计在强、较强腐蚀环境条件才需要进行。因此，桩基设计的基本概念或主观概念是承载力，即为桩周、桩底岩土层承载力、桩身混凝土整体强度及其桩—土间相互作用机体与方式等。三、桩基承载力与桩身完整性的概念不产生过大变形时的承载能力。桩身完整性：在一定程度上使桩身完整性恶化，引起桩身结构强度和耐久性降低、反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。桩基完整性的判别与划分实际是对应桩身缺陷而质一个为力学，一个为表观或直观体现，或者讲未采取任何数学物理方式方法表达的多维本—构关系。四、标准试验检测技术1.单桩承栽力单桩承载力分为桩身承载力、桩周侧摩阻力、粧端承载检测方式、基本原理等因数，一般将其划分为静载类)、高静载试验是在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。为一种近似桩基受力性能试验，其研究的是承载力(粧—土强度)、沉降，力与沉降相互关系等性状，用以评价静态作用下桩基承载力、沉降 (位移)。自平衡静载试验为在桩身中预埋荷载箱，利用桩身自重、桩侧阻力及桩端阻力互相提供反力的试验方法。高应变法是采用高应变法锤击系统冲击桩顶，实测桩顶附近或桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。高应变法抗震性能检测，测试桩基动力特性。一般认为静载试验是最力是否满足设计要求。而高应变法本质上是一种半直接法，在桩顶施加冲击荷载后，通过在桩身上部安装的传感器，测得冲击过程中在传感器安装处，桩身截面的受力状况和运动状态，通过一维应力波理论和对桩—土力学模型做一些简化假定后，直接计算或反演分析桩的完整性状况和单桩竖向抗2.桩身完整性(1)声波法(超声波透射法)在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测(2)低应变法(低应变反射波法)采用低能量瞬态或稳态方式在桩顶激振，实测桩顶部的速度时程曲线，或在实测桩顶部的速度时程曲线同时，实测桩顶部的力时程曲线。通过波动理论的时域分析或频域分析，对桩身完整性进行判定(3)钻芯法用钻机钻取芯样，检测桩长、桩身缺陷、桩底沉渣厚度以及桩身混凝土的强度，判定或鉴别桩端岩土性(4)孔内摄像检测法沿空心桩或钻有竖向孔的灌注桩的孔道，采用摄像技术对孔壁进行拍摄及观察，识别桩身缺陷及其位置、形式、程度的检测方法。(5)表层破挖法采用人工或机械对桩顶或桩顶以后一定用频率较高。五、检测误差与盲区1.高应变法高应变动力试桩的误差，首先是方法理论本身的不完善及其局限性所引起的误差，用一维波动方程作为基本理论，桩土模型的理论假设，各参数取值的不惟一性等，都使一维波动方程边界条件的不确定因素增多，故最终得出的结果具有多解性。其次是在测试过程中激发不够充分，歇后效应没充分发挥，触变效应，试验时间的不同，破坏模式的差别等也是动力试桩法的主要误差来源。此外，桩身有较大缺陷、桩身力学阻抗的不规则变化，特别是渐变型阻抗变化、波速取值不正确，试验及分析人员的经验水平等也会给动测结果况下法检测承载力的结论评价可以只采用高应变法评述，而无需提供动静载比对 均无法统一)。静载是一种桩基端头的试验检测方式，无法判断大长桩桩侧承载力、桩端承载力是否完全发挥。2.静载试桩由于静载加载分级粗疏、测试技术简单、数据处理方法带有不确定因素，同时荷载分级、荷载传递方式(如是否传递至桩底、桩周桩底同时出力、是否存在挤土作用等)、地基沉降、平台受力偏心偏载、基准梁长短与间距等因素均会对试验结果产生较大影响。另外，在测试过程中，粧头在试压过程中开裂、变形，固定和支承百分表的夹具和基准梁受气温、振动或其他外界因素影响而发生竖向变位，以及百分表、油压表的系统误差或读数误差等，都会影响到最终承载力的判定精度。根据相关人员研究，采用静载试验获得的数据很有限，最终结果精度也不高，正常情况下的相对误差估中普遍采用工业产品的较高抽检频率(1%、5%),其抽检结果不能代表整体，而桩—土受力机体的复杂性导致其只能代表桩基本身承载力，个别时其尚不能代表其本身粧基承载力。的表述，“同一条件”为“地基条件、桩长相近，桩端持力层、粧型、桩径、成桩工艺相同”，其实为不同承载力的桩基必须分类、分开计算，如0400、0500管桩都属于非“同桩基必须分类、分批进行检测，但在实施过程中几乎无法实墩柱、大水运平台等越多，大粧、大承载力桩基等就越多。51000kN(极限承载力)单桩抗压静载试验的报道，如“世界110000kN,最大单桩极限承载力230000kN,当时静载试验检测方案设计采用复合荷载平台(锚桩+锚杆+堆载)等组合平台，但其能否相互利用、综合利用等尚待考证。目前国内规范对超大、特大承载力桩基检测有限制，而超大、特大桩基承载力、特大桩基却在不同城市、地区“高大建筑、超高建筑”中层出不穷，绝大部情况下由于成本费用、设备、复杂程度、荷载实现、主梁承载力等因素主动忽略了大承载力检测(“同一条件”范畴)，个人认为其承载力大，承担的荷载越大，检测的需求更大，应积极采用有效方式进行检测。而检测机构、验收单位、质监单位、检测人员却容易忽略这一3.声波法与低应变法声波法才是真正的“桩身”或“声测管内桩身混凝土”完整性检测(与评价体系完全一致)。首先，换能器只能在外侧不属于其检测范围；其次，桩底混凝土情况无法表述，桩基施工时一般不放置至孔底；第三，由于声测管无法穿透桩底岩土层，其混凝土截面与岩土层的契合情况无法各个标准采用的步距为50mm~250mm等，步距中间区域与上统一，导致单管分摊面积及整体有效测试面积存在不一致。声波法只检测埋管区域(还未计算盲区)，对桩身是否缩颈、扩径、声测管外桩周夹泥、断裂、蜂窝、空洞、松散、离析一无所知，对于桩底成渣、桩底岩土层也并不关注。低应变反射波法广义阻抗变化等特性无法定性(缺陷类型)定量(区域大小)，即声波法、低应变反射波法不能说测无法说明缺陷的区域、大小或范畴，以及如何定性判定桩身缺陷的轻微与严重。而低应变反射波法对广义阻抗变化的桩—土予以表征，但无法进行分离，桩—土的同步或异步变化一同表征，而其嵌岩桩等。声波法与低应变反射波法其实是两种完全不同的电—声”转换的“换能器”，为横向检测；低应变法为纵向检测，采用的是任何能够产生包含合适频率的“应力波”振动装置。因此从理论上讲声波法、低应变法是两种合“纵”基全貌。钻芯法检测其实是作为声波法、低应变反射波法等快速检测方法的固定搭配项。其能够直接对声波法、低应变反射波法等快速检测不能定性的问题予以局部定性、定量地反映出来。有些项目定义钻芯法的检测比例，但检测桩基只覆盖波法(低应变法、声波法)的检测I、I丨类桩，忽略III、IV桩基。钻芯法、基桩孔内摄像法能够直接发现桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥(杂物)、空洞、蜂窝、离析、松散等缺陷类型的大小、位置以及桩长。钻芯摄像法拥有探知桩底岩土层、直观检测的功能，虽有“管中窥豹”之嫌，但其能够让桩基内缺陷无处遁形。六、桩身完整性与承载力桩基设计目的或惟一目的是桩基承载力。1.本构关系或指向关系承载力是一个力学问题，完整性为缩颈、夹泥(杂物)、空洞、蜂窝、离析、松散、断裂、裂缝等缺陷问题被直接与承载力进行定性关联。两者最直接的体现是：单桩承载力为力学概念，完整性为隐蔽的桩身外观、直观概念。2.检测方式选择桩基完整性及承载力的检测方式应“多种检测”“合理3.本构关系现行涉及桩基检测的建筑、铁路、公路、水运、港口、物探、电力、工程建设协会等行业标准规范，对工程建设桩基的完整性与承载力存在指向定性关系(如表1)。建筑、公行系统分析的既定的“本构关系”。桩基检测注重桩身或桩身混凝土完整性检测，无法探知桩身完整性对桩侧摩阻力、桩端阻力是否存在影响，亦无法探知粧底及其下卧层的岩土层性状，桩基承载力是以桩身混凝土质量、桩侧摩阻力、桩端阻力及其受力机体等构成一个整体的承载力体系。因此在所应、类型(性质)、程度、受力机体等，并采用多缺陷的力学、数学有限元模型等计算软件等予以定性评价。七、桩基检验检测过程—监理检查—验收检测(第三方}—监督检测1.设计及设计检测国设计资质单位越来越多，因此在新项目设计、新地质条件或新工艺时应在项目开工的进行设计检测。设计检测不可缺少，如在**双向六车道市政桥梁桩基检测过程中，发现全桥桩周侧摩阻力和桩端阻力达不到整体设计承载力，而一般检测人员如果没有发现问题的根本原因，或不进行单桩竖向抗压静载试验设计，这样问题将较难发现，整桥将处于一个承载力不足的状态。2.施工自检成渣厚度等成桩成孔自检，钢筋材质、大小、焊接与钢筋笼尺寸，混凝土等级、坍落度、强度及充盈系数等，预制桩出厂合格证及接头质量等。3.监理检测监理对施工质量进行旁站、巡视、检查等全面、全过程4.第三方检测业检测机构)实施。目前我国桩基检测行业认可的试验检测以及预制桩长度检测、基桩孔内摄像检测等。5.监督管理包括工程日常质量安全督察、质量评定、竣工验收等，其为专业检测机构资质管理机构,具有工程质量地方性权威。桩基工程的质量安全与单桩的质量直接相关，而设计条件(地质条件、桩的承载性状、桩的使用功能、桩形、基础与单桩本身的质量直接相关，和施工因素、成桩工艺、施工对单桩质量与整个桩基的正常使用均有影响。另外，检测得到的数据与信号均包含了诸如地质条件、桩身材料、不同桩形及其成桩可靠性、桩的休止时间等设计和施工因素的作用和影响，这些也直接决定了与检测方法相应的检测结果判定八、粧基检测理论检测理论模拟、有限元计算、动数学物理方程、有限元分析等。2.检测技术芯法、单桩静载(抗压、抗拔、水平)、高应变法、自平衡法、基桩孔内摄像法等，均有相应的规范标准。3.检测设备仪器设备是保证检测工作质量的物质基础，是桩基检测的重要资源，其精度、校准情况是确定仪器设备测量系统准确度的惟一性。目前国内设备厂家越来越多，但其中不乏存在缺陷、精度不一的试验检测仪器设备。4.检测条件每一项试验检测项目均有对粧基、桩头处理、场地、道路等的相关要求。声波法要求埋设声测管并注满清水，保证声测管顺直、不得破损并露出桩顶面；低应变法要求桩顶达到桩身混凝土要求，激振点、接收点不存在混凝土不密实、结性能好的进水平静载试验必须有水平反力装置；高应变法有桩头处理、空间及吊车承载力要求等；每一项检测条件及检测休止时间等均对试验检测的方式、成功与否、检测精度等产生不同影响。5.检测人员检验检测人员必须具有应力波、声波及波动信号分析、振动理论、材料力学、结构力学、土力学、土动力学、“桩桩基动力学及数学模型(解析方法、离散模型法、有限元法和边界元法)、数据信号分析处理、岩土工程与勘察、仪器设备熟悉程度、熟悉测试技术、综合分析以及职业道德等综九、基桩检测技术的展望目前的建筑、铁路、轨道交通、公路、水运、水利、电力、码头、海洋平台与海洋工程、核电工程等行业检测规范一直在总结，桩基检测是一个应用性技术行业，但其不是停滞不前的，新技术、新方法、新设备不断地加入进来。1.桩基检测方式、技术的完善学习并使用了40年的低应变法、高应变法、钻芯法、超声波、静载(抗压、抗拔、水平、自平衡等)试验等检测测技术、方法的学习、理解、完善与推广。以下提出一些个人见解，与大家分享。(1)高应变法检测前确定检测桩基，其实可以在桩底与预先设置一组传感器，形成边界闭合(边界条件)；(2)静载试验，最为古老、最为可靠的一种检测方式，在试验检测前不能在桩底加一个压力计、钢筋计，确定粧底承载力或桩底岩土层反力、桩侧承载力；(3)声波法检测，目前出现了较好的“CT”测试，有力地减少检测盲区，如能增加桩底及桩底岩土层探测等即基本完成整个桩基检测(桩周除外)；(4)低应变法检测方法有时过于虚妄，无法确定缺陷种(5)钻芯法应大力推广钻芯+孔内摄像法检测，将可见缺2.检验检测行业发展现在我国检验检测大规模、超规模发展,越来越多的企业进入检验检测行业，整个行业变成低利行业，因此行业质量监督必须加大监督力度但太过于苛求“规范”，大型科研所难于引进多方向、跨领域的人才，使检测机构无法完成技弱、垄断者垄断”，无法促进检验检测企业、检验检测行业的正常发展。检测监督机构检测企业、科研院所等应加大检入正常发展轨道。3.检验检测能力认证与行业发展从国务院《关于加强质量认证体系建设促进全面质量管S提出“减环节、减程序、减时间、减收费、减申报材料"。建议建筑、公路、水运、水利、铁路、轨道、电力、人防等ACNASCMACNAS能力认证，并以名录的方式直接允许跨行业、跨区域从事试验检测，不得进行二次行业能力认证与能力确认，贯彻落实质量行业“严格标准、接受监督、独立公正、公开公平、真检真测、真培重训、科学准确、诚信发展”，确实减少检测企业、监督机构、评审人员的工作量。4.质量监督机构职能改革建议工程验收检测之前的工作，业主、建设、设计、监理、施工等全部交由工程建设管理口去隶属管理，让质量监督机构真正回到质量监督管理职能，现场可见的检测均交由工程建设口，发展“重检测、重检测方法、重检测手段、重或与验收检测直接相关、针对性的质量监督管理。质量监督机构完善"法律规范、行政监管、认可约束、行业自律、社会监督”五位一体监管体系，以“政府购买、以检代监、以检代管”等开放式措施，正真建立质量监督机构的公益性、5.检验检测行业的提升与国家“一路一带”建筑、中国交通、中国能建、中国电建、中国中冶、中国核建、中国化工等中字企业以及各地建筑、铁路、轨道交通、公路、水运、水利、电力、码头、海洋平台与海洋工程、核走出去的是企业，也是标准规范、工法技法、施工工艺等。目前检验检测行业大改革推进与发展，因此建议尽快推行本文从桩基础设计的角度出发，讲述目前规范检测方式、方法、技术的应用、问题与展望，并提及工程基建与检验检测行业健康发展壮大、政府质量管理监督部门的职能改革等，主要得出以下结论：1.适用于低应变法检测的桩基同样适用于高应变法检2.完整性不能采用似是而非的概念“定性”评判桩基承分析，或采用有限元法或其他软件进行确定粧基承载力是否满足设计要求。3.桩基检测的终极结论是桩基承载力满足设计要求。4.缺陷桩的处理与类别修正必须采用承载力予以确认，以承载力检测结论为最终结论。5.努力推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局，规范行业质量监督管理部门的职责，让工程基建企业在一个大框架、大标准、大资质的范围下运行，强力推行跨行业、跨区域等检验检测管理与服务，解放工程基建与检验检测行业、企业的活力，推进企业更好发展。静载试验在公路桥梁检测中的作用路桥工程是社会经济蓬勃发展的基础，其建设质量直接关系国民经济的发展。为了进一步完善我国交通运输体系，路桥工程项目不断增多，但是随着路桥建设质量要求和水平的提升，路桥工程建设的难度不断增加，加之路桥工程本身涉及到施工材料、施工工艺与技术等众多影响施工质量的因素。为了确保整体工程建设质量，更加依赖于先进质检技术与手段的有效应用。静载试验本质上属于一种质量检测或校验方法，具有试验周期长，成本高等特征，相应的荷载施加同实际施工具有很强的相似性，所得到的试验检测结果可靠性更高，代表性映。在路桥工程领域中，静载试验多用于桩基检测或路桥结构检测。比如，针对桩基的质量检测时，可以通过在桩基顶部采取逐级施加压力的方式施加水平推力或竖向压力，之后对桩顶部所出现的水平或竖向位移变化情况进行仔细地测定，以此来对桩基的水平和竖向承载性、强度等性能进行测定。而针对桥梁结构的静载试验而言，主要是在特定的桥梁结构部位处科学地设置应变片等测定工具，对相应结构在施加静载作用下的挠度、应变与应力等的实际变化情况进行直观地测定，借助这种静载试验测定的方式来了解实际的桥梁结构承载性能以及实际的工作状态，这样可以更好地从理论层面明确实际计算部位所承受的受力情况，更有利于确保桥在的一些隐蔽病害或质量缺陷。简言之，通过有效地应用静载试验，可以对路桥结构本身存在的质量缺陷或隐蔽病害进行及时监测，从而确保它们以及相关设计理论的快速发展，路桥结构形式日趋多样化和全面确保路桥结构设计与建设质量，更加依赖于静载试验的工程结构设计与施工质量。2公路桥梁检测中静载试验的开展要点在路桥检测中应用静载试验检测其结构承载性、刚度与强度等的过程中，为了确保静载试验的顺利开展，首先需要做好必要的试验准备工作，相应要点如下：(1)仔细准备静载试验设备。在静载试验开展期间，主要涉及到应力或应变测试仪器、变形(挠度)测试仪、钢筋扫描仪、电锤、回弹仪、钢卷尺以及钢尺等一些必要的检测仪器与设备，保证可以为静载试验开展做好必要的准备工(2)在开展静载试验之前，要提前准备齐全必要的图纸，如施工图纸、设计图纸以及后期变更的图纸等等。(3)做好路桥工程施工现场的勘查工作，对桥梁结构尺寸、施工现场环境与线路的实际技术情况等进行调查，保证相关数据的全面性，以为后续的试验开展做好铺垫。(4)在使用施工设备之前，要做好其使用性能的检查，同时还要做好现场安全施工组织以及人员分工工作，保证后续静载试验可以有序开展。在开展静载试验期间，需要在测定的路桥结构上面特定位置处科学地设置试验测点，其布置的准确性直接关乎后续验检测期间一般会在箱梁结构的几个侧面位置处相应地安置试验测点，以此来测定结构的挠度与承载性等实际情况。而在测定箱梁结构的挠度期间，可以针对截面的大小来选择不同数量的测点，并且测点位置一般选择在各片小箱梁结构之上，同时在恰当的结构部位处设置一些应变测点，如可以在梁的跨中截面位置处或者梁底两侧恰当位置处来合理地布设测点，可以在两侧梁的腹板位置处选择几处设置与数量的测点，以此来提高检测结果的准确性。此外，还可以在箱梁制作部位处相应地设置测点，以此检测它们的变形情况，在确定路桥结构测定布设数量与位置的基础上，切实做好荷载加载的必要装置设计工作以及荷载加载工艺与方法的有