[发明专利]一种考虑桩土参数不确定性的桩基础损伤普查和评估方法

说明书

本发明提供了一种考虑桩土参数不确定性的桩基础损伤普查和评估方法。该方法包括：采集桩基础施工之前的场地地质数据和列车引起的振动数据；采集土参数随机分布样本，采集桩参数随机分布样本；基于具有理想匹配层的薄层法和容积法联合建立车‑桥‑桩‑土动力相互作用理论分析模型；利用车‑桥‑桩‑土动力相互作用理论分析模型求解出基础承台的动力响应和桩基础周围场地的地面振动响应，通过深度学习算法获取桩基础的损伤评估及普查分析结果。本发明在空间上考虑了桩基础周围土参数以及桩本身参数的不确定性，利用随机分布样本使车‑桥‑桩‑土动力相互作用模型有了概率意义，通过桩基础损伤概率分布曲线进行损伤的评估和普查。

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，尤其涉及一种考虑桩土参数不确定性的桩基础损伤普查和评估方法。

背景技术

桩基础作为桥梁下部结构的重要组成部分，能够将荷载平稳的传递到周围土层。其。过去40年，我国基础建设发展迅猛，国内高速公路、高速铁路及城市轨道线路在各地广泛建设，桩基础由于具有高承载能力、高抗震能力、低沉降量等优势，作为主要支撑结构在我国公路及铁路建设中得到了广泛采用。对于既有桥梁而言，开展桩基础结构实际工作状态普查检测，并对其长期运营后的承载情况进行评估具有重要的社会和经济效益，一方面可为既有桥梁的安全运营提供技术保障，另一方面又可合理规划有限的维修加固费用。

区别于检查监管、施工质量容易得到保证的上部结构，作为隐蔽工程的桩基础，由于受各种条件的制约，施工质量较难控制。早期工程建设中大量桩基础未进行检测，同时运营后的桩基础结构容易受到临近新建结构地基处理、运营中桥台土压力等的长期作用，会对既有桥梁下部桩基础竖向承载力产生一定的影响，甚至造成结构缺陷。另外既有线路通行速度的提升及行车数量的增加也都会引起桩基础竖向承载力安全储备的降低，因此近年来对既有运营桥梁桩基础竖向承载力的快速无损普查评估、加固维修的需求逐渐增大。

目前，现有技术工程中常用的桩基础检测方法有高应变检测法、低应变检测法、低应变动荷载法、声波无损检测技术、钻芯检测法等。

(1)高应变检测法：该方法是采用重锤冲击桩顶，其冲击脉冲沿着桩身向下传播，促使桩-土产生相对应的位移，以激发桩周土阻力和桩端支承力，从而判定桩基础的承载力能否满足实际工程要求，判定桩的极限承载力，并合理检测桩基础的完整性。高应变检测法中，桩周土遭到的瞬间破坏以及检测信号的准确性成为该动力法检测分析单桩承载力的重要条件。

(2)低应变检测法：工作原理为首先使桩基础顶部获得一定程度的竖向激振力作用，通过桩身形成向下传播的应力波。当桩身存在缺陷时，将产生反射波。反射波传输至桩基础顶部，桩基础顶部的传感器顺利接收信号，从而形成动态波形。依据反射回来所收集的应力波特性判定桩基础质量。低应变检测法主要包括水电效应法、反射波法、动力参数法、共振法等，低应变法的主要优点就是经济性高、方便快捷、可以在现场开展实时判断等。该方法由于弹性波传播特性与激发能量受到一定的制约，对长桩基础(＞50.0m)桩底的缺陷判别存在一定的困难。

(3)声波无损检测技术：该方法是由传统的声学检测技术发展而来的，通过准确分析撞击过程中的应力来判别桩基础是否存在缺陷。如果桩基础应力波处在均匀传播发展状态，其波速和波峰值处在不变状态，则表示桩基础完整性较好。

(4)钻芯检测法：该方法是采用专业的钻机、人造金刚石钻头，在结构混凝上确定芯样，用来检测混凝土灌注桩或水泥桩的长度、材料强度及沉渣厚度等指标，判断或鉴定桩端持力层的岩土性质。尽管该方法不会受到场地、条件等因素限制，尤其适合检测大直径桩，但是该方法需要破坏局部桩身才能取得芯样抽检，属于一种半无损检测。

上述现有技术工程中常用的桩基础检测方法的缺点为：

现有技术缺点1：桩基础检测技术基本都是在桩顶或承台上部额外施加激振力，该方法对刚施工完的桩基础进行检测比较方便，但是对正在运营的既有铁路桥梁基础不容易操作，且在某些情况下不容易实现。