工程概況
　　受損碼頭位于湄洲灣電廠內(nèi)，碼頭樁體與承臺(tái)曾遭受重船撞擊，樁體上部外觀出現(xiàn)了明顯的開(kāi)裂，水下部分是否破損尚不清楚。為了確保碼頭結(jié)構(gòu)的安全，需要對(duì)樁體水下部分進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)樁體上部損傷的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便制定修復(fù)方案。
檢測(cè)對(duì)象是外觀出現(xiàn)明顯撞擊損傷的1號(hào)與2號(hào)橋樁，作為樁基地質(zhì)結(jié)構(gòu)背景的對(duì)比，增加3號(hào)與4號(hào)橋樁。橋樁位置與外觀受損外情況分別見(jiàn)圖1。

　　圖1 檢測(cè)橋樁位置與橋樁外觀受損情況

檢測(cè)方法與原理
　　檢測(cè)對(duì)象是具有上部結(jié)構(gòu)的樁體，目的是了解水下隱伏部分的受損情況以及上部損傷程度的評(píng)價(jià)。對(duì)橋樁水下部分的檢測(cè)采用PST成橋樁檢測(cè)技術(shù)，對(duì)樁體損傷程度的檢測(cè)采用截面CT技術(shù)。PST儀器，可分別用于PST檢測(cè)和CT檢測(cè)。
　　PST檢測(cè)原理
　　PST檢測(cè)時(shí)在混凝土樁體中激發(fā)聲波時(shí)，聲波會(huì)沿樁身向上、下傳播。當(dāng)遇到樁體結(jié)構(gòu)變化斷面、損傷部位、橋基地質(zhì)界面時(shí)發(fā)生反射。上部結(jié)構(gòu)的反射波向下傳播，稱(chēng)下行波；下部結(jié)構(gòu)的反射波向上傳播，稱(chēng)上行波。通過(guò)檢波器串記錄樁體中聲波上、下傳播的時(shí)-空特征，并對(duì)下行波與上行波進(jìn)行有效地分離，根據(jù)波的走時(shí)與混凝土波速，對(duì)樁體波阻抗變化界面成像。通過(guò)分析排除結(jié)構(gòu)截面變化與地層結(jié)構(gòu)變化的影響，可確定樁體中的缺陷與損傷的部位、損傷的程度。據(jù)此對(duì)樁體的質(zhì)量與損傷部位做出診斷。
　　截面CT檢測(cè)原理
　　截面CT檢測(cè)時(shí)，使用聲波穿透樁體，通過(guò)測(cè)量聲波的走時(shí)重建樁體內(nèi)彈性波速的分布圖像。彈性波速直接反應(yīng)混凝土的彈性模量的大小，它是混凝土密實(shí)性和強(qiáng)度分布的定量指標(biāo)。當(dāng)樁體遭受撞擊損傷時(shí)，產(chǎn)生宏觀破裂與微觀裂隙，損傷部位的波速隨之降低。通過(guò)提取波速圖像中低速異常的分布圖像，確定混凝土結(jié)構(gòu)的損傷程度。它具有分辨率高，可靠性好，圖像直觀等優(yōu)點(diǎn)，可有效地解決樁體損傷的診斷問(wèn)題。

檢測(cè)布置
　　PST檢測(cè)布置
　　PST檢測(cè)時(shí)，檢波器電纜下部配重，上部固定，檢波電纜靠近樁身。敲擊點(diǎn)在檢波器電纜上方，距第1個(gè)檢波器距離0.1m。在完成第一個(gè)次敲擊后，檢波器電纜下移0.05m，敲擊點(diǎn)不變，第2次敲擊。兩次記錄合成，達(dá)到加密觀測(cè)的目的。此次檢測(cè)中，檢測(cè)1號(hào)樁時(shí)，激發(fā)點(diǎn)距離碼頭平臺(tái)底面1.5m，2、3、4號(hào)樁時(shí)激發(fā)點(diǎn)距離平臺(tái)底面7.5m。

　　圖2 PST檢測(cè)布置示意圖
　　截面CT檢測(cè)布置
　　對(duì)2號(hào)樁損傷部位進(jìn)行CT檢測(cè)時(shí)，截面選擇在宏觀破裂的下方，距平臺(tái)底面1.3m，樁體為方形斷面，斷面尺寸0.6m×0.6m。檢波電纜長(zhǎng)1.5m，沿樁身纏繞，圍成一個(gè)水平平面。檢測(cè)時(shí)將檢波器布置在兩個(gè)相鄰側(cè)面，激發(fā)點(diǎn)布置在相對(duì)側(cè)面。檢波器與敲擊點(diǎn)的點(diǎn)距均0.1m。完成一次測(cè)量后將檢波電纜按順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)0.05m，重負(fù)敲擊。將兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合處理，測(cè)量間距加密成0.05m。

　　圖3 體截面CT檢測(cè)布置

　　檢測(cè)結(jié)果和解釋
　　本次檢測(cè)完成4根樁體的PST成像和1個(gè)截面CT成像?，F(xiàn)分類(lèi)對(duì)檢測(cè)結(jié)果作以分析。
　　PST橋樁檢測(cè)結(jié)果
　　4棵樁的偏移圖像列于圖4，從左到右依次為1、2、3、4號(hào)樁。圖像中坐標(biāo)原點(diǎn)取在蓋梁與樁的交界面，縱坐標(biāo)是從原點(diǎn)算起的深度。圖像中的紅色線條表示波阻抗增大的界面，藍(lán)色表示波阻抗減小的界面。線條橫向的長(zhǎng)度表示界面反射系數(shù)的大小。線條長(zhǎng)表示反射強(qiáng)，界面兩側(cè)差異大，或反射面尺度大。
　　偏移圖像中波阻抗變化的界面包含多種物理解釋?zhuān)Y(jié)構(gòu)缺陷、裂縫、樁身截面積變化、樁基礎(chǔ)地層界面等。根據(jù)PST圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)缺陷和損傷部位解釋時(shí)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)資料排除樁體結(jié)構(gòu)變化的界面，再根據(jù)地質(zhì)資料排除地層界面，除去這些界面之后，可解釋為結(jié)構(gòu)的損傷部位。本次檢測(cè)中樁身的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，樁之間沒(méi)有系梁，下部結(jié)構(gòu)的正常反射只有樁底和地層。雖然樁基礎(chǔ)的地質(zhì)資料不詳，但可以通過(guò)比較相鄰4根樁的偏移圖像，推斷出地質(zhì)界面的位置。

　　圖4 四根樁偏移圖像的對(duì)比
　　根據(jù)上述解釋原則，對(duì)圖7中4根樁偏移圖像的分析比對(duì)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)樁體截面變化部位、樁底與地層界面作出識(shí)別。
　　1) 4幅偏移圖像中最上部的紅藍(lán)條紋為橋樁上部蓋梁的反應(yīng)；
　　2) 在深度大約30m處出現(xiàn)紅、藍(lán)強(qiáng)反射條紋，推斷為樁底與基巖界面；
　　3) 1號(hào)樁5-6.0m位置反射條紋對(duì)應(yīng)樁體變截面處的反射；
在剔除了上訴界面之后，可以對(duì)樁體的撞擊損傷部位做如下解釋。
　　4) 1號(hào)樁損傷部位
在1號(hào)樁變截面處的下方，存在3處明顯的損傷破裂面，分別在9.5m、14.5m和21m處，其中最下方的損傷相對(duì)輕微。
　　5) 2號(hào)樁損傷部位
2號(hào)樁1.5m處的位置存在一個(gè)較強(qiáng)的反射界面，這是樁頭開(kāi)裂破損處的反應(yīng)。除此之外在水下21-25m的范圍內(nèi)存在一組很強(qiáng)的藍(lán)色反射條紋，推斷該處損傷比較嚴(yán)重，以至于樁底的反射信號(hào)被衰減殆盡，圖像中未能出現(xiàn)樁底信號(hào)。
　　截面CT檢測(cè)結(jié)果
　　2號(hào)樁體宏觀破裂下方的截面CT的波速圖像如圖5。從該圖像中可以清楚地看到，檢測(cè)截面的波速總體分布不均，大部分區(qū)域波速在2600-4000m/s范圍內(nèi)，混凝土的強(qiáng)度不高，推斷混凝土標(biāo)號(hào)為C40 左右。在截面內(nèi)存在斷續(xù)分布的線性低速條帶，表明該截面位置的混凝土已經(jīng)受到撞擊的影響。

　　圖5 2號(hào)樁1.3m截面的波速CT圖像

　　雖然從外觀上還看不出截面CT的位置有宏觀的破裂面，但是通過(guò)對(duì)CT圖像低速異常的提取，清晰地發(fā)現(xiàn)界面內(nèi)存在了大量的、規(guī)則排列的微裂隙帶，見(jiàn)圖6。這些微裂隙帶的走向以北西—南東向?yàn)橹?，具有張裂隙的性質(zhì)，說(shuō)明樁體混凝土在撞擊下已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的結(jié)構(gòu)損傷，該部位亦應(yīng)加固。

　　圖6 波速CT圖像中提取的微裂紋帶分布

　　結(jié)論和建議
　　綜合PST橋樁檢測(cè)和截面CT檢測(cè)的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：
　　1）1號(hào)樁在水下存在3處損傷。鑒于損傷部位多，分布范圍大，建議采取鋼筋混凝土整體加固措施。從6m處的變截面處開(kāi)始向下一直加固到26m深處，加固截面擴(kuò)寬到100cm×100cm為宜。也可以考慮補(bǔ)做新樁代替。
　　2）2號(hào)橋樁有兩處損傷，樁體上部的損傷破裂嚴(yán)重，形成通裂。1.3m處的CT發(fā)現(xiàn)截面內(nèi)存在微觀裂隙帶。建議分兩段加固，上部加固段0-3m，下部20m到26m。采用鋼筋混凝土將樁截面擴(kuò)大到90cm×90cm。如果深部加固施工困難，可以考慮補(bǔ)做新樁。
　　3）建議施工后，選用CT技術(shù)對(duì)2號(hào)樁上部加固段進(jìn)行復(fù)查，了解加固區(qū)的混凝土強(qiáng)度以及破裂面的灌注程度。