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。图2 现场检测照片
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。
图3 成桥桩检测布置
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。
图4 PST信号处理-波场分离后的上行波
图5 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。
检测结果与损伤评价
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。