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        公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)的實踐與創(chuàng)新應(yīng)用

        2025-08-12 00:00:00鄧筱楓
        時代汽車 2025年16期
        關(guān)鍵詞:創(chuàng)新應(yīng)用檢測技術(shù)公路橋梁

        摘 要:隨著公路交通網(wǎng)不斷拓展,公路橋梁的安全性和穩(wěn)定性備受關(guān)注,樁基作為橋梁基礎(chǔ)支撐完整性直接影響橋梁服役壽命與運營安全。文章剖析公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)現(xiàn)狀直面行業(yè)痛點,結(jié)合工程案例闡述創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用提出管理機制優(yōu)化建議,展望未來方向,推動檢測向全周期預(yù)防轉(zhuǎn)變降低重大缺陷發(fā)生率,為橋梁安全運行筑牢根基。

        關(guān)鍵詞:公路橋梁 樁基完整性 檢測技術(shù) 創(chuàng)新應(yīng)用 管理機制

        公路橋梁是公路交通的關(guān)鍵節(jié)點,對區(qū)域連接和經(jīng)濟交流意義重大。當下交通發(fā)展迅猛,公路橋梁建設(shè)規(guī)模不斷擴大結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,樁基作為橋梁根基承擔著上部結(jié)構(gòu)的全部荷載,長期抵御自然和交通荷載作用。樁基完整性一旦受損橋梁的承載能力和穩(wěn)定性就會受到嚴重威脅,如2024年巴西JK大橋因樁基缺陷坍塌,造成交通中斷危及生命財產(chǎn)安全。李敬元[1]在相關(guān)研究中強調(diào)了樁基設(shè)計與施工技術(shù)對橋梁質(zhì)量的重要性。目前準確高效檢測公路橋梁樁基完整性是保障橋梁安全運營的關(guān)鍵,但檢測精度受限、數(shù)據(jù)管理混亂、標準更新滯后等問題突出制約檢測工作的質(zhì)量與效率。因此深入研究和創(chuàng)新應(yīng)用檢測技術(shù),構(gòu)建科學(xué)管理體系迫在眉睫。

        1 公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)現(xiàn)狀與行業(yè)痛點分析

        1.1 檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

        當前公路橋梁樁基檢測技術(shù)種類繁多各具特點和適用范圍,低應(yīng)變反射波法憑借操作簡便、檢測速度快、成本相對較低等優(yōu)勢成為應(yīng)用最為廣泛的檢測方法,在實際檢測中占比約65%[2]。該方法基于應(yīng)力波傳播原理在樁頂施加激振力,產(chǎn)生的應(yīng)力波沿樁身向下傳播,當遇到樁身缺陷或樁底界面時應(yīng)力波會發(fā)生反射,通過接收和分析反射波信號可推斷樁身的完整性情況,聲波透射法在檢測中占比約20%,主要適用于已預(yù)埋聲測管的灌注樁,檢測時在聲測管中分別放置發(fā)射和接收換能器通過發(fā)射聲波并接收穿過樁身混凝土的聲波信號,根據(jù)聲波的傳播速度、波幅、頻率等參數(shù)變化判斷樁身混凝土的密實性、缺陷位置和程度。鉆芯法占比約10%,該方法直接從樁身鉆取芯樣能夠直觀地檢測樁身混凝土的強度、完整性、樁底沉渣厚度以及樁端持力層的巖土性狀等。但鉆芯法檢測成本高、檢測周期長且對樁身結(jié)構(gòu)有一定損傷,通常作為其他檢測方法的驗證手段或在對樁身質(zhì)量有懷疑時進行局部驗證檢測。高應(yīng)變法占比約5%,主要用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性,通過重錘沖擊樁頂使樁土間產(chǎn)生足夠的相對位移從而激發(fā)樁周土的阻力,根據(jù)樁頂?shù)牧退俣葧r程曲線運用波動理論分析樁身的承載性能和完整性,以某省2024年高速公路橋梁檢測數(shù)據(jù)為例,低應(yīng)變法單樁檢測耗時約15分鐘成本較鉆芯法降低70%,在檢測效率和經(jīng)濟性方面表現(xiàn)突出。但低應(yīng)變法對深部缺陷(gt;20m)的識別精度不足,由于應(yīng)力波在傳播過程中能量逐漸衰減且受到樁身材料不均勻性、樁周土阻尼等因素的干擾,導(dǎo)致對深部缺陷的位置和性質(zhì)判斷誤差率約12%。

        1.2 行業(yè)痛點剖析

        公路橋梁樁基檢測領(lǐng)域當前面臨著一系列棘手難題,檢測數(shù)據(jù)分散在施工、監(jiān)理、檢測等不同單位,因數(shù)據(jù)格式、存儲方式的差異又缺乏統(tǒng)一管理平臺與共享機制形成了數(shù)據(jù)孤島,施工單位的樁基施工記錄、監(jiān)理單位的檢測合規(guī)把控數(shù)據(jù)、檢測單位的采集分析數(shù)據(jù)難以整合,這不僅干擾對樁基完整性的全面評估還造成檢測重復(fù)增加成本。現(xiàn)行的《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T 3512-2020)在規(guī)范常見檢測方法的同時卻難以匹配檢測技術(shù)的創(chuàng)新速度。側(cè)壁低應(yīng)變檢測技術(shù)、分布式光纖傳感技術(shù)等新檢測技術(shù)不斷涌現(xiàn),但現(xiàn)有規(guī)程未能及時涵蓋使得新技術(shù)在應(yīng)用時缺乏統(tǒng)一操作指南和判定依據(jù),不同檢測單位的操作和判定標準參差不齊極大阻礙了新技術(shù)的推廣。在檢測手段上傳統(tǒng)低應(yīng)變法在檢測帶承臺的在役樁基時存在明顯短板,樁頂激振后應(yīng)力波受承臺反射干擾檢測信號變得復(fù)雜樁身側(cè)壁缺陷難以精準識別,而側(cè)壁缺陷會削弱樁身側(cè)向承載能力與穩(wěn)定性,給橋梁長期安全運營埋下隱患,這些問題嚴重制約著公路橋梁樁基檢測行業(yè)的發(fā)展迫切需要得到有效解決。

        2 公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)創(chuàng)新實踐與典型案例

        2.1 側(cè)壁低應(yīng)變檢測技術(shù)的突破

        側(cè)壁低應(yīng)變檢測技術(shù)在公路橋梁樁基完整性檢測中實現(xiàn)了重大突破[3]。該技術(shù)原理獨特,采用在樁身側(cè)壁激振的方式搭配多通道信號采集系統(tǒng)(最多可達32通道),能從多個角度獲取樁身應(yīng)力波信號。利用半波移動算法處理采集到的信號有效抑制了承臺反射干擾,大幅提升對樁身缺陷的分辨率。激振時產(chǎn)生的應(yīng)力波沿樁身傳播,遇到樁身缺陷會發(fā)生反射和折射多通道傳感器捕捉這些信號變化,經(jīng)算法分析就能精準判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)。在某高速公路項目中對樁徑1.2m的摩擦樁采用四川升拓SEL-PIT-R設(shè)備進行側(cè)壁低應(yīng)變檢測,這一典型案例充分展現(xiàn)了該技術(shù)的優(yōu)勢。通過現(xiàn)場標定確定樁身混凝土波速為3800m/s,檢測中成功識別出18m處的混凝土離析缺陷檢測誤差小于0.5m。相比傳統(tǒng)低應(yīng)變法側(cè)壁低應(yīng)變檢測技術(shù)在檢測深部缺陷和側(cè)壁缺陷方面優(yōu)勢明顯,為在役樁基檢測提供了更有效的手段能更精準地評估樁基完整性。從經(jīng)濟性對比來看傳統(tǒng)低應(yīng)變法單樁成本800元檢測時長15分鐘,適合新設(shè)樁的快速檢測;側(cè)壁低應(yīng)變法單樁成本1200元檢測時長25分鐘,雖成本和檢測時長略高于傳統(tǒng)低應(yīng)變法但在檢測在役樁基,尤其是需要準確檢測側(cè)壁和深部缺陷時具有不可替代的作用;鉆芯法單樁成本5000元檢測時長180分鐘,成本高昂且檢測周期長主要用于對樁身質(zhì)量存疑時的局部驗證檢測,綜合而言側(cè)壁低應(yīng)變法在滿足在役樁基檢測需求的同時性價比頗高。

        2.2 智能監(jiān)測系統(tǒng)的集成創(chuàng)新

        在公路橋梁樁基檢測與維護領(lǐng)域智能監(jiān)測系統(tǒng)的集成創(chuàng)新取得顯著進展,為保障橋梁安全運營提供了有力支持。在某試點工程中樁基健康監(jiān)測系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)與AI分析實現(xiàn)高效運作,系統(tǒng)利用埋入式傳感器實時收集樁身應(yīng)力、振動、溫度等多物理量數(shù)據(jù),再通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。在這里機器學(xué)習(xí)算法(如LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))大顯身手,它能憑借對時間序列數(shù)據(jù)的強大處理能力深入分析海量數(shù)據(jù),學(xué)習(xí)樁身狀態(tài)隨時間的變化規(guī)律進而建立精準的樁身狀態(tài)預(yù)測模型,經(jīng)此模型可實時預(yù)測樁身劣化趨勢,將缺陷預(yù)警準確率提升至89%,讓橋梁運維管理人員能及時掌握樁身健康狀況提前采取維護措施有效預(yù)防安全事故,同時三維成像技術(shù)在某跨海大橋項目中也發(fā)揮關(guān)鍵作用,它采用跨孔CT掃描與BIM模型融合的方式,先通過跨孔CT掃描全方位獲取樁身內(nèi)部詳細結(jié)構(gòu)信息再將數(shù)據(jù)與BIM模型深度融合,經(jīng)專業(yè)軟件處理分析生成樁身三維缺陷分布圖,該技術(shù)成功精準定位直徑0.3m的鋼筋銹蝕區(qū)域且較傳統(tǒng)檢測方法效率提高40%,以直觀立體的方式呈現(xiàn)樁身缺陷為技術(shù)人員提供全面準確檢測信息,助力科學(xué)評估樁基健康狀況制定合理維護方案。

        3 公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用拓展

        3.1 多技術(shù)融合檢測模式

        在實際工程檢測中單一的檢測技術(shù)往往難以全面、準確地評估樁基的完整性,為了克服這一局限性,越來越多的工程項目采用多技術(shù)融合的檢測模式。例如將低應(yīng)變反射波法與聲波透射法相結(jié)合,在灌注樁施工過程中先預(yù)埋聲測管利用聲波透射法對樁身進行整體檢測,初步判斷樁身混凝土的密實性和缺陷位置,然后采用低應(yīng)變反射波法對樁身進行補充檢測進一步細化對樁身淺部缺陷的分析,這種多技術(shù)融合的檢測模式充分發(fā)揮了不同檢測技術(shù)的優(yōu)勢相互補充、相互驗證,能夠更全面、準確地評估樁基的完整性。在某大型橋梁工程中采用了低應(yīng)變反射波法、聲波透射法和鉆芯法相結(jié)合的多技術(shù)融合檢測模式,首先對所有基樁進行低應(yīng)變反射波法檢測,快速篩查出可能存在缺陷的基樁;然后對低應(yīng)變檢測結(jié)果有疑問的基樁,采用聲波透射法進行進一步檢測確定缺陷的大致范圍;最后針對聲波透射法檢測出的嚴重缺陷部位,采用鉆芯法進行取芯驗證直觀觀察樁身混凝土的實際情況準確判斷缺陷的性質(zhì)和程度。通過這種多技術(shù)融合的檢測模式項目成功檢測出多根存在不同程度缺陷的基樁,并及時采取了相應(yīng)的加固處理措施確保了橋梁樁基的質(zhì)量和安全。

        3.2 基于大數(shù)據(jù)的檢測數(shù)據(jù)分析與決策支持

        隨著檢測技術(shù)與信息化水平提升公路橋梁樁基檢測積累了海量數(shù)據(jù),運用大數(shù)據(jù)技術(shù)深度挖掘分析能為樁基完整性評估及橋梁運維管理提供有力決策支持。建立大數(shù)據(jù)分析平臺廣泛收集不同地區(qū)、類型橋梁的樁基檢測數(shù)據(jù),涵蓋檢測方法、結(jié)果、地質(zhì)條件、橋梁結(jié)構(gòu)形式等信息,借助數(shù)據(jù)挖掘算法剖析這些數(shù)據(jù)可探尋潛在關(guān)聯(lián)與規(guī)律,比如明確不同地質(zhì)條件下樁基缺陷分布為類似地質(zhì)處的橋梁樁基設(shè)計施工提供參考;對比不同檢測方法在不同類型樁基檢測中的準確性與可靠性助力檢測方法的合理選擇,基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)果還能構(gòu)建樁基健康狀態(tài)評估與預(yù)測模型實時監(jiān)測樁基運行狀態(tài)預(yù)測剩余使用壽命和潛在風(fēng)險,提前規(guī)劃維護計劃、制定應(yīng)急預(yù)案實現(xiàn)橋梁樁基的預(yù)防性維護和科學(xué)管理。某城市橋梁管理系統(tǒng)引入該平臺分析多年樁基檢測數(shù)據(jù),掌握特定地質(zhì)區(qū)域和橋梁結(jié)構(gòu)形式下樁基易出現(xiàn)的缺陷類型與規(guī)律,后續(xù)針對性加強檢測維護有效降低樁基缺陷發(fā)生率,提升了橋梁整體安全性與可靠性。

        4 公路橋梁樁基完整性檢測管理機制優(yōu)化建議

        4.1 標準化體系建設(shè)

        為進一步優(yōu)化公路橋梁樁基完整性檢測管理機制標準化體系建設(shè)是關(guān)鍵一環(huán),一方面應(yīng)及時修訂《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》,文暢霆[4]在研究中指出,隨著公路橋梁樁基檢測技術(shù)的發(fā)展側(cè)壁低應(yīng)變、分布式光纖傳感等新技術(shù)不斷涌現(xiàn),因此需將這些新技術(shù)納入標準體系,明確其適用范圍、操作流程、數(shù)據(jù)處理方法及判定標準以確保新技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性與準確性,同時細化在役樁基檢測參數(shù)閾值,如規(guī)定波速允許偏差±5%、缺陷面積占比≤3%等提高檢測工作的科學(xué)性與可靠性。另一方面建立省級統(tǒng)一的樁基檢測數(shù)據(jù)庫勢在必行,借助區(qū)塊鏈技術(shù)保障數(shù)據(jù)的不可篡改性和安全性,強制檢測機構(gòu)、施工單位和監(jiān)理單位上傳原始檢測波形、三維點云數(shù)據(jù)、檢測報告等信息,通過數(shù)據(jù)共享平臺實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)實時共享、互聯(lián)互通,不同單位可依權(quán)限查詢調(diào)用避免重復(fù)采集與管理混亂。某試點省份應(yīng)用該平臺后重復(fù)檢測率下降28%,有效提升了檢測效率與資源利用率,為樁基完整性全面評估及橋梁全生命周期管理提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

        4.2 全生命周期管理

        在橋梁全生命周期管理中施工期與運維期各有重要舉措,施工期管控方面橋梁樁基施工時大力推廣“檢測-施工聯(lián)動機制”,施工單位每澆筑10根樁就需進行1根對比檢測,采用低應(yīng)變與鉆芯法結(jié)合的方式及時驗證和評估樁基質(zhì)量,通過這種方式能迅速察覺混凝土澆筑不密實、樁身垂直度偏差、鋼筋籠安裝不當?shù)仁┕栴},進而快速調(diào)整施工工藝保障樁基施工質(zhì)量,某項目運用此機制后Ⅰ類樁比例從82%躍升至95%成效顯著,到了運維期創(chuàng)新階段試點“按檢測結(jié)果差異化收費”模式,對于運用智能監(jiān)測且檢測結(jié)果良好的橋梁養(yǎng)護保費下調(diào)10%-15%,檢測結(jié)果有潛在風(fēng)險的則提高保費并強化監(jiān)測維護,這一模式既激勵運營管理單位采用先進檢測技術(shù)提升運維管理科學(xué)性與精細化程度,又通過經(jīng)濟手段讓其重視樁基健康降低運維成本與安全風(fēng)險。

        5 公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)未來發(fā)展方向

        5.1 無人化檢測裝備

        為了提高檢測工作的效率和安全性降低人工成本,研發(fā)搭載機械臂的無人機檢測系統(tǒng)成為未來的發(fā)展方向之一,在一些地形復(fù)雜、交通不便或危險環(huán)境下的橋梁樁基檢測中人工檢測難度大、風(fēng)險高,無人機檢測系統(tǒng)能夠克服這些困難,通過搭載高精度的檢測設(shè)備和機械臂實現(xiàn)對樁基的自動化激振和信號采集,無人機可以在復(fù)雜地形中靈活飛行到達人工難以到達的位置,對樁基進行全方位檢測,目標是將野外作業(yè)人員減少50%,提高檢測工作的效率和安全性實現(xiàn)樁基檢測的智能化和無人化。

        5.2 數(shù)字孿生應(yīng)用

        王茁[5]等人研究指出,數(shù)字孿生技術(shù)在復(fù)雜系統(tǒng)管控上優(yōu)勢顯著能融合物理實體與虛擬模型實現(xiàn)實時監(jiān)測與精準調(diào)控,這一技術(shù)在公路橋梁樁基完整性檢測領(lǐng)域,正推動著構(gòu)建樁基數(shù)字孿生體的發(fā)展。借助數(shù)字化技術(shù)可對樁基精準建模,模擬其在不同工況下的力學(xué)行為與性能變化。不僅能實時反饋樁基狀態(tài)還能模擬地震、沖刷等災(zāi)害場景,提前預(yù)測潛在風(fēng)險。例如某科研機構(gòu)利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建樁基模型,成功模擬地震時樁基損傷過程提前預(yù)知破壞部位與程度為橋梁抗震設(shè)計加固提供科學(xué)依據(jù),將災(zāi)害響應(yīng)時間縮至2小時內(nèi),大幅提升橋梁應(yīng)急與抗災(zāi)能力為韌性橋梁建設(shè)助力。

        6 結(jié)論

        公路橋梁樁基完整性檢測技術(shù)對保障橋梁安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要,剖析當前檢測技術(shù)現(xiàn)狀與痛點,研究創(chuàng)新技術(shù)實踐等,可知技術(shù)創(chuàng)新和管理機制優(yōu)化是行業(yè)進步的核心動力。管理部門應(yīng)發(fā)揮政策引導(dǎo)作用,設(shè)立專項創(chuàng)新基金推動產(chǎn)學(xué)研合作,更新檢測標準建立數(shù)據(jù)共享平臺構(gòu)建全生命周期管理體系,促使檢測模式向“全周期預(yù)防”轉(zhuǎn)變。建議2025 - 2027年重點推進側(cè)壁低應(yīng)變技術(shù)普及、智能監(jiān)測平臺建設(shè)及標準體系修訂,以此提高檢測準確性、實現(xiàn)實時監(jiān)測評估、提供統(tǒng)一規(guī)范,目標是使橋梁樁基重大缺陷發(fā)生率下降30%。未來無人化檢測裝備等前沿技術(shù)將帶來廣闊前景,持續(xù)創(chuàng)新完善檢測技術(shù)與管理機制能為公路橋梁建設(shè)運維提供可靠支撐,助力交通事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

        參考文獻:

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