VSP成桥基桩检测技术在巨型滑坡体治理工程中的应用

摘要：随着我国公路事业大规模建设的开展,桥梁数量迅猛增长,桩基础已经成为我国山区公路桥梁建设中最为普遍的一种桥梁基础形式，桥梁桩基作为隐蔽工程，其质量直接关系到桥梁结构安全，所以桥梁基桩承载力及完整性检测工作的重要性不言而喻。由于使用荷载、环境因素以及结构本身缺陷等因素的作用,导致桥梁安全与耐久性降低，而通过先进、适用、有效的方法对桥梁结构进行合理的试验检测与诊断评定,是对桥梁进行预防性养护管理、科学维修以及加固的重要手段。结合白泥沟特大桥1～10#桥墩桩基受滑坡体的影响程度，采用VSP成桥基桩检测技术对滑坡体影响的桥梁桩基进行检测判断分析，为白泥沟特大桥滑坡治理工程提供了白泥沟特大桥桥墩及基础损伤和墩柱变形位移检测结果，进而为滑坡体治理工程进行安全风险评估，并为滑坡体治理工程采取有效的应对措施提供准确依据。

关键词：VSP成桥基桩检测技术 检测分析 滑坡治理

1.引言

1.1 工程概况

东川格勒至巧家葫芦口高速公路白泥沟特大桥全长1325m，位于巧家县白鹤滩镇迆博村跃进四组唐家山的斜坡体上。左幅起点里程K52+272.5，终点里程K53+597.5，结构形式为（9×20+20×40+17×20）。右幅起点里程K52+292.5，终点里程K53+617.5，结构形式为（8×20+20×40+18×20）。

2018年2月11日，巧家县国土部门报告，在白泥沟特大桥桥台唐家山地方企业采石场东边大约距离200m处的山体表面，发现长达100多米，宽约10～30cm深约2m的裂缝，滑坡变形有进一步加剧趋势，滑坡失稳后将对其影响范围内的村民及在建格巧高速白泥沟特大桥构成严重的安全威胁。                             图1.1-1 滑坡区全貌图

根据现场调查，滑坡区位于巧家县白鹤滩镇迆博社区跃进4组唐家山斜坡处，滑坡左侧坡脚与格巧高速公路白泥沟特大桥东川格勒岸桥台相交，坡体下部与白鹤滩镇之间有S303省道相连，滑坡整体形态呈扇形，后缘（即拉裂变形之处）清晰，前缘位置不清晰。白泥沟特大桥从滑坡前缘通过，滑坡影响范围长约420m（YK52+100～YK52+530），包含白泥沟特大桥昆明岸桥台至10号桥墩之间。滑坡体长约350m，宽约300m，前后缘高差约117m，最大滑带层厚约45m，滑坡体积约2500000m³，属于巨型厚层破碎岩质推移式滑坡。滑坡体后缘的裂缝长约115m，宽约0.5m，深约2m。出漏基岩为强风化白云质及灰岩，倾角约60°倾向西南，后缘出现大面积拉张裂缝并整体呈现下滑趋势。

白泥沟特大桥0#台至10号墩位于滑坡中前缘段，桥梁墩台于2018年底基本施工完成，调查过程中发现，2#墩、3#墩及5#墩右侧前缘土体出现了明显的缝隙，缝宽2～3cm，系梁上部出现横向贯通裂纹，8#墩系梁出现多条斜裂缝。

图1.1-2 白泥沟特大桥2#墩前缘土体变形

表1.1-1 白泥沟特大桥桥墩裂纹统计表

白泥沟特大桥10号墩附近浅表层滑坡整体形态受负地形影响呈长舌状，后缘位于10号墩右侧房屋出现的错台和沉降裂缝，裂缝发育长度约30m，宽3～5cm，错台3～5cm。2017年8月白泥沟特大桥10号墩挖桩施工过程中，表层土体沿斜坡发生速滑，直至覆盖下部施工便道，滑体长度约96m，滑坡前缘延伸宽度约65m，滑体物质主要由坡积粉质黏土夹碎石组成。在发生地表变形后，施工暂停并在滑坡底部设置抗滑挡土墙，挡墙宽度1.8m，长度50m。设置挡墙后经地表监测，10号墩台及附近地表未发生进一步的位移。

1.2滑坡稳定性分析与评价

滑坡体所在山体受小江断裂带影响岩体受挤压作用明显，成碎裂状结构，该地层中分布2m～5m厚的软弱夹层、雨水下渗、构造运动以及地震是该滑坡体形成的潜在因素，而地方采石场在滑坡体抗滑段的开采卸载则是诱发滑坡形成的直接原因。该滑坡体目前在受到斜坡前缘边坡卸荷作用和地震的作用双重诱因下，滑坡体沿软弱构造面开始产生缓慢变形。滑坡后缘主贯通裂缝长108m，裂缝宽度20～50cm，最大下挫位移达50cm。目前滑坡前缘地表虽然未出现明显的变形，但滑坡区处于小江断裂带活动性地震带内，在地震作用下，滑坡体将处于不稳定状态，目前已经威胁到前缘格巧高速公路桥梁的安全，为保证高速公路的长期运营安全，必须对滑坡采取必要的措施进行加固处治。

调查表明该滑坡目前处于蠕动挤压变形状态，且已对其影响范围内白泥沟特大桥（1～10墩）桥梁桩基础形成一定推力，1～10号墩均受滑坡不同程度的变形，桥梁目前变形较轻。为避免滑坡进一步发展对桥梁造成不可挽回的后果，必须对桥梁桩基进行全面检测，查明桩基情况后并判断其损伤程度，进而对滑坡采取及时有效的针对性的治理措施。

2 既有桩基检测技术

目前基桩桩身完整性检测方法有低应变反射波法、声波透射法和钻探取芯法三种。低应变反射波法是基桩检测中应用最广泛的方法，也称瞬态动测法、锤击法等。该方法仪器设备轻便，测试方便，解释直观，工作效率高，主要用于基桩的完整性、桩身缺陷程度及位置及有效桩长等，但无法确定缺陷性质、方位，如缩颈与离析与断桩，夹层与裂缝尚不能很好地区分，进一步确定缺陷的性质需要丰富的检测经验及其它补充资料。声波透射法通过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，优点是准确性高，可定量分析出桩身缺陷的大小和确切部位，缺点是需要提前埋设好一定数量的声测管，耗用材料的同时增加费用，同时现场检测费时且效率偏低。钻芯法则是利用专用的混凝土钻芯机，直接从结构或构件上钻取圆柱形混凝土芯样.按有关规范加工处理后进行试验，根据芯样的抗压强度推定结构或构件混凝土强度的一种局部微破损检测方法，钻芯法是一种微破坏性有损检测，优点是能够准确反映钻芯部位强度，揭示混凝土整体质量，尤其是深层的质量，缺点是需要耗用专用钻芯机械，效率低，成本高，并会对原有结构造成一定的破坏。

由于白泥沟特大桥右幅1～10#桩基受到滑坡影响时，桥梁墩柱和盖梁已经施工完成，左右幅1～10#桩基设计桩径分别为1.6m和2.0m，设计桩长为21m、23m、24m、25m、26m、35m，设计墩柱高为2.3m～21.0m，设计墩柱直径分别为1.4m和1.8m，如果采用传统的低应变反射波法、声波透射法和钻探取芯法这三种方法将无法对白泥沟特大桥受损桩基进行有效检测。基于以上情况，本文依据反射波法检测基桩完整性的原理，采用了VSP成桥基桩检测技术对白泥沟特大桥1～10#墩桩基进行完整性检测，从而判定桩身缺陷的程度及位置。

3 VSP成桥基桩检测技术

3.1 VSP成桥基桩检测技术原理

VSP成桥基桩检测技术用于解决上部工程已经施工了的基桩完整性检测问题。其工作原理见图3.1-1，在桥墩接近地面处放置检波器，然后在检波器上方依次锤击，得到一组波形文件。最先到达检波器的是直达波，它直接沿桩传到检波器；另一组波上行至桩顶盖梁，反射回检波器；第三组波下行至桩底，经桩底反射到达检                    

波器。在桥墩、桩基的变截面处也产生反射波。同时桩的横向振动产生面波，它是一种干扰波。各组波的走时特                   图3.1-1 VSP 测桩示意图

性不同，桩地下部分的反射波走时曲线与直达波平行，墩台顶部桥盖板的反射波走时与直达走时曲线斜率相反，可以清楚地区分开来。根据桩底和桩基中的反射波组综合判定桩的完整性和桩底与岩土体的结合情况。

本次检测仪器采用的是北京智博联公司生产的ZBL-P810型号基桩动测仪,仪器编号P10905042，在检定期内。

3.2 VSP仪器组成

以ZBL-P810为例，基桩动测仪由主机系统、配件（传感器、ICP加速度传感器、手锤、AC-DC 电源、信号线等）组成。

3.3测试前的准备

测点位置清理→安装传感器→选择适当的冲击设备→打开基桩动测仪电源开关。

安装连接好传感器，传感器与桥梁结构面的耦合应该紧密，可用黄油、凡士林等作耦合剂，耦合剂不可太厚。

激振技术是反射波法检测基桩完整性的重要环节之一，针对本次白泥沟特大桥受滑坡体影响的桩基特点，需要采用能量大、频率低的激振设备，敲击时，将敲击设备抬到一定高度，然后释放使其自由垂直下落，在落下后反弹时应将其抓住，避免过重过轻以及多次敲击影响检测结果的准确性。

3.4参数设置

仪器起动后，选择反射波法测桩钮后按下键或旋钮，则进入参数设置界面，并设置待测桥梁桩基结构物参数。

3.5测线布置

本次数据采集分别在桥墩上完成，每根桩在墩柱上均布置了四条测线，测线位置分布为公路前进方向大里程端为(D)，小里程端为(X)，左侧为（Z),右侧为(Y)，四条测线均匀对称布置，检波器位置如下：

(1)左幅1-0#:D、Z、X、Y点检波器距桩底25.30m，距盖梁底2.300m；

(2)左幅3-1#:D、Z、X、Y点检波器距桩底25.00m，距盖梁底8.600m；

(3)左幅4-0#:D、Z、X、Y点检波器距桩底23.00m，距盖梁底10.532m；

(4)左幅5-1#:D、Z、X、Y点检波器距桩底26.00m，距盖梁底10.600m；

(5)左幅6-1#:D、Z、X、Y点检波器距桩底23.00m，距盖梁底11.668m；

(6)左幅7-1#:D、Z、X、Y点检波器距桩底24.00m，距盖梁底12.668m；

(7)左幅8-1#:D、Z、X、Y点检波器距桩底28.00m，距盖梁底16.600m；

(8)左幅9-O#:D、Z、X、Y点检波器距桩底28.00m，距盖梁底19.030m；

(9)右幅2-2#:D、Z、X、Y点检波器距桩底23.30m，距盖梁底2.700m；

(10)右幅3-2#:D、X点检波器距桩底22.60m，距盖梁底4.000m,Z点检波器距桩底21.00m，距盖梁底5.600m，Y点检波器距桩底23.50m，距盖梁底3.100m；

(11)右幅4-2#:D、Z、X、Y点检波器距桩底23.00m，距盖梁底7.668m；

(12)右幅5-3#:D、Z、X、Y点检波器距桩底23.00m，距盖梁底7.532m；

(13)右幅6-2#:D、Z、X、Y点检波                图3.5-1 测点布置示意

器距桩底23.00m，距盖梁底8.668m；                    (14)右幅7-2#: D、Z、X、Y点检波器距桩底25.00m，距盖梁底9.668m；

(15)右幅8-2#:D、Z、X、Y点检波器距桩底28.00m，距盖梁底13.668m；

(16)右幅10-3#:D、Z、X、Y点检波器距桩底35.00m，距盖梁底24.030m。

检测激发点均从距检波器最近的一个点开始，由下至上每隔20cm采集一个数据，每条测线采集12个点，测点布置                 图3.5-1 测试界面

示意图见图3.5-1。                           

3.6测试及分析

设置完白泥沟特大桥0-10#桩基所有参数后进行测试，进入测试界面。测试界面分为：波形区、光标参数区及桩形区、参数区四部分。

通过对K52+945白泥沟特大桥16根桩基进行了VSP成桥基桩检测及分析，被检16根桩均为摩擦桩、人工挖孔灌注桩，经检测数据分析未发现明显异常，检测成果图（以左幅1-0和3-1为例）见图3.6-2及3.6-3所示，检测结果汇总表见表3.6-1。                  

                     图3.6-1 检测界面结果示意图

表3.6-1   白泥沟特大桥VSP基桩检测成果汇总表

图3.6-2 左幅1-0#桩基检测结果图

图3.6-3 左幅3-1#桩基检测结果图

3.7结论

运用VSP成桥基桩检测技术检测的16根桩未发现有明显异常，说明桩身受滑坡影响尚未达到破坏性损坏程度。但白泥沟特大桥右侧滑坡因受地表水渗透、地震、地方采石场坡脚卸荷、工程施工扰动等多种因素共同影响，根据监测结果表明滑坡处于欠稳定局部蠕动状态，并有进一步发展趋势，对白泥沟特大桥构成的直接威胁和影响目前依然存在，后期仍需加强对滑坡体及白泥沟特大桥桩柱的监测，及时掌握滑坡体及桥梁桩、柱变位情况。

4．结语

VSP成桥基桩检测技术能够实现对成桥或者在建桥梁桩基性能的准确检测，弥补了传统桩基检测技术的短板，并快速准确地判断桥梁桩基状况。白泥沟特大桥滑坡体治理工程VSP成桥基桩检测技术的成功应用，说明了VSP成桥桩基无损检测技术具有较高的推广价值。

参考文献

[1]《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZT 0219-2006) 中华人民共和国国土资源部

[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363-2019）中华人民共和国交通运输部

[3]何玉珊，程崇国，章关永等，《公路水运工程试验检测专业技术人员职业资格考试用书桥梁隧道工程》人民交通出版社，2022年3月第1版，（2022年）