橋梁落成后，長期經(jīng)受車輛振動、車輛超載、車船撞擊、海浪沖擊、海水侵蝕、地震影響、近距離施工振動、地下水作用、年久化學及物理侵蝕風化等人為與自然因素的影響，會導致部分橋梁下基礎(chǔ)樁質(zhì)量產(chǎn)生明顯變化，有的甚至會產(chǎn)生樁身結(jié)構(gòu)松散、裂縫、斷樁及持力層強度降低甚至造成塌橋等嚴重的安全質(zhì)量問題。
目前，鉆探抽芯是檢查舊橋基礎(chǔ)樁質(zhì)量的主要方法，但檢查費時費力，并且是一種具破壞性及需中斷橋梁通行的抽檢方法。一般只能對個別樁進行特殊性抽檢，代表性低，難以推廣。
舊橋下基礎(chǔ)樁質(zhì)量安全隱患是客觀存在的，存在的嚴重安全隱患也是不容忽視的。為此，交通、市政、水利、建設(shè)等部門希望對舊橋基礎(chǔ)樁質(zhì)量有一種方便、直觀的檢測方法，為舊橋基礎(chǔ)樁質(zhì)量的檢驗與處理提供科學依據(jù)，舊橋基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法研究就是在這種形勢下展開的。
1.檢測原理
彈性波層析成像是在發(fā)射孔內(nèi)，施一瞬時激振力，樁、巖、土等介質(zhì)受到外力力作用后，產(chǎn)生彈性形變并形成彈性波傳播，受力的質(zhì)點沿縱向產(chǎn)生脹縮形變，形成縱波傳播，而橫向則產(chǎn)生剪切形變，形成橫波。彈性波(含縱波、橫波等)在彈性介質(zhì)中傳播，當在接收孔內(nèi)安放接收換能器或檢波器和信號記錄處理系統(tǒng)時，便可接收來自發(fā)射孔并經(jīng)樁、巖、土等不同介質(zhì)傳播至接收孔的彈性波信號(圖1、圖2)。
實測到的彈性波信號，經(jīng)過處理后，生成彈性波層析成像剖面圖，根據(jù)不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀準確地判斷出基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
2 檢測方法技術(shù)
2.1檢測裝置
檢測裝置包括：發(fā)射、接收和記錄處理系統(tǒng)三部分(圖1)：①發(fā)射激振裝置：采用電火花震源或爆炸震源；②信號接收裝置，采用井中接收換能器或井中檢波器接收；③記錄處理系統(tǒng)，采用聲波儀或地震儀以及電腦和成像軟件等。
2.2現(xiàn)場測試方法技術(shù)
(1) 層析成像探測孔布設(shè)。①在檢測樁兩側(cè)，對稱樁中心點一個方向布設(shè)兩個鉆孔或多個方向?qū)ΨQ樁中心點布孔；②鉆孔深度及鉆孔垂直度必須滿足跨孔層析成像探測目的的技術(shù)要求，鉆孔深度需大于樁長度；③鉆探完畢孔中應(yīng)全孔下探測管保護鉆孔井壁或僅在土層段下探測管保護鉆孔井壁。
(2) 觀測系統(tǒng)。采用一孔激發(fā)，跨孔單道接收或一孔激發(fā)跨孔多道接收的觀測系統(tǒng)(圖2)。發(fā)射點距及接收點距一般為0.1、0.25、0.5、1m等，應(yīng)盡可能滿足被測異常體尺寸的1/3。
(3)現(xiàn)場觀測。檢測中所采用的各項參數(shù)( 采樣時間間隔、增益、采樣點數(shù)，模擬濾波、觸發(fā)方式) 應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定。檢測時，應(yīng)保證采集信號質(zhì)量，對采集的彈性波信號進行實時監(jiān)控，所采集的時間剖面波形要求初至清晰，波列及延時等均正常，發(fā)現(xiàn)波形畸變或初至難以判讀的立即進行重復觀測，兩次觀測記錄相對誤差應(yīng)滿足要求。
3.資料處理與解釋
將觀測到的數(shù)據(jù)從儀器傳輸?shù)诫娔X中，進行層析成像數(shù)據(jù)處理與解釋。設(shè)成像剖面內(nèi)共測有Ⅳ條射線，根據(jù)測式精度將剖面分為M個單元(網(wǎng)格)，以射線理論為基礎(chǔ)的成像方法歸結(jié)為求解
方程組。式中， 是第 i 條射線在第J個單元內(nèi)的路徑長度；
是第ij個單元的慢度值( 速度的倒數(shù))； 是第i條射線走時值。
根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況， 賦予方程組初始慢度值G用SIRT方法解上述方程組，便可計算出每條聲線的聲時t，當慢度的賦值接近實際時，計算的聲時就接近實測的聲時， 當實測走時與理論走時值的相對誤差≤5%，便可生成彈性波層析成像圖。根據(jù)生成的彈性波速度剖面圖像，可直觀準確地判斷出基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
4.模型樁檢測實例
本實例為廣州某模型樁基地 1 號鉆孔灌注模型樁彈性波層析成像檢測實例，該樁設(shè)計樁徑800mm，設(shè)計樁長11.8m，采用C25商品混凝土成樁，樁底持力層為強風化砂巖。 本實例檢測段深度為-9～-13.25m。
(1) 樁長度實測成像剖面。完整連續(xù)的混凝土樁段的波速V 較高為3600～4000m/s，且均勻連續(xù)，如圖3中棕紅色及紫紅色部分。而樁底下為強風化砂巖，屬較軟質(zhì)巖， 其波速明顯低于樁身波速，如圖3中黃色部分，V 為2500～3000m/s。橙紅色部分為樁、巖過渡帶，樁巖過渡帶為0.3m，V為3000～3600m/s。檢測結(jié)果，實測樁長為11.5 m，設(shè)計樁長為11.8m，兩者相對誤差2.5%。
(2)樁身完整性實測成像剖面。完整連續(xù)的混凝土樁段的波速較高并且均勻連續(xù)，如圖3中棕紅色部分，其V 波速值為3600～3800m/s。而樁體中心部位，如圖3中紫紅色部分，波速更高V值為3800～4000m/s，說明樁體中心部分混凝土強度較高。同時，樁身段波速值V值為3600～4000m/s，達到混凝土C25常見波速值3600～3800m/s范圍。但樁身主體上下段與設(shè)計樁直徑相比，出現(xiàn)明顯的縮徑現(xiàn)象，樁縮徑為0.15m，縮徑率為設(shè)計樁徑的18.8%。樁身主體砼強度達到設(shè)計C25要求，縮徑現(xiàn)象說明，樁身結(jié)構(gòu)完整性存在明顯缺陷。
(3) 樁底持力層完整性實測成像剖面。致密完整連續(xù)混凝土樁段的波速較高并且均勻連續(xù)，如圖3中棕紅色及紫紅色部分，其V值為3600—4000m/s。而該樁底持力層為強風化砂巖，屬較軟質(zhì)巖，如圖3中黃色部分，其V值為2500～3000m/s，達到并超過強風化砂巖常見V值1400～2580m/s 范圍。而樁底與強風化砂巖之間如圖中橙紅色部分為樁、巖過渡帶，厚度為0.3m，其V值為3000～3600m/s，由于樁、巖過渡帶波速比持力層波速高，說明樁、巖過渡帶強度符合要求。樁底持力層完整連續(xù)，達到強風化砂巖要求。
5 .結(jié)束語
舊橋基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法， 是一種方便、無損、直觀、準確的基礎(chǔ)樁長度及樁身與樁底持力層完整性的檢測方法，它為診斷舊橋基樁病害提供了一種新的檢測方法手段。本項目試驗與研究過程中，始終得到了吳慶曾、王運生兩位老師及廣東省工程勘察院林維芳院長等領(lǐng)導及同志們的大力支持幫助， 在此一并表示衷心感謝。
