秦成超 （中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081）

0 前 言

隨著我國高速鐵路、客運專線的興建，橋梁作為其土建工程的重要組成部分而被廣泛使用。樁基作為橋梁的主要承重部位，又屬于隱蔽工程，其質(zhì)量好壞就變得尤為重要。低應(yīng)變反射波法因其操作簡便、速度快、可靠度高的明顯優(yōu)勢，經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用，在工程界得到了廣泛認(rèn)可，對保障樁基工程質(zhì)量起到了積極作用。

山區(qū)鐵路為滿足高速鐵路快速、舒適的要求，受地形起伏限制，橋梁被更多的應(yīng)用于工程建設(shè)。本文結(jié)合某山區(qū)新建鐵路基樁檢測的大量工程實例，對基樁檢測過程中的常見缺陷進(jìn)行分析和探討。

1 低應(yīng)變反射波法檢測原理

低應(yīng)變反射波法是用力棒或手錘敲擊樁頭產(chǎn)生彈性縱波，彈性波沿樁身向下傳播，遇到波阻抗界面時產(chǎn)生反射和透射。透射波繼續(xù)向下傳播，反射波到達(dá)樁頂時，引起樁頂質(zhì)點振動，通過檢測樁頂質(zhì)點振動信號，來分析判定樁身質(zhì)量。圖1為低應(yīng)變反射波法現(xiàn)場檢測示意圖。

2.1 樁身缺陷判定

樁身波阻抗變化會在時域上上產(chǎn)生反射信號，當(dāng)反射信號與入射信號相位相同時，表明樁身波阻抗變小，缺陷性質(zhì)為斷裂、縮頸、離析或預(yù)制樁接樁不良等；當(dāng)反射信號與入射信號相位相反時，表明樁身波阻抗變大，為擴(kuò)徑或嵌巖樁的入巖位置。樁身缺陷的位置可按下式計算。

式中：h 為樁身缺陷至樁頂?shù)奈恢茫籧m為完整樁波速平均值；△th為時域波形圖中直達(dá)波與缺陷反射波間的時差；△f'為頻域圖上缺陷的頻差。

缺陷樁典型時域曲線如圖2所示，其中橫坐標(biāo)為時間，單位為ms，縱坐標(biāo)為振動幅值，單位為mm/s。H 為樁長，cm為應(yīng)力波波速。

2 某山區(qū)鐵路工程實例分析

2.1 實例一，淺部斷樁對波形信號的影響

某特大橋24-10#樁，設(shè)計樁長26.5m，設(shè)計樁徑1.0m，混凝土強度等級C30，挖孔灌注樁。低應(yīng)變法檢測結(jié)果表明，該樁在約2m處有一明顯同向反射，且反射信號幅值更大，根據(jù)該波形曲線特征，初步判定為淺部缺陷。實測低應(yīng)變時域曲線如圖3。

考慮到此種波形或為破樁時使用方法不當(dāng)，對樁頭造成嚴(yán)重擾動，引起樁身淺部混凝土開裂所致。慎重起見，對該樁進(jìn)行了復(fù)測，波形與初測一致，且并無空鼓聲出現(xiàn)，排除了破樁頭引起的淺部裂縫因素。對其采取開挖驗證，驗證結(jié)果表明，該樁在2m左右斷樁，因缺陷位置較淺，對其做了接樁處理。

2.2 實例二，大護(hù)筒對波形信號的影響

某特大橋59-4#樁，設(shè)計樁長19.0m，設(shè)計樁徑1.0m，混凝土強度等級C30，挖孔灌注樁。其實測低應(yīng)變時域曲線如圖4。

該波形曲線表現(xiàn)為首波波谷后伴有一明顯與首波同向反射。由波形曲線和應(yīng)力波傳播特點，結(jié)合現(xiàn)場樁頭普遍較大的情況，初步判斷該同向反射的出現(xiàn)，是因為上部樁徑大于設(shè)計樁徑，而下部仍為設(shè)計樁徑，造成樁身擴(kuò)到縮的變化，即現(xiàn)場常說的“大樁頭”，從而出現(xiàn)了波阻抗降低（縮而不擴(kuò)）的波形。此種樁型的出現(xiàn)，多為鉆孔過程中防止塌孔發(fā)生，埋設(shè)大護(hù)筒所致。經(jīng)了解施工概況及現(xiàn)場開挖，發(fā)現(xiàn)打樁時護(hù)筒埋設(shè)至該樁樁頭標(biāo)高下1.5m左右，護(hù)筒內(nèi)徑比設(shè)計樁徑大50cm。

2.3 實例三，樁周地質(zhì)隨深度變化對波形的影響

某特大橋38號墩12根樁，設(shè)計樁長22.5m，設(shè)計樁徑1.25m，混凝土強度等級C30，摩擦樁。其38-4#樁實測低應(yīng)變時域曲線如圖5。

在對該墩臺12根樁的分析過程中，發(fā)現(xiàn)在4.5m左右有一共性的反射信號，均表現(xiàn)為與首波反向。經(jīng)查詢該墩臺的施工鉆孔樁地質(zhì)柱狀圖，發(fā)現(xiàn)在4.5m處樁周土由新黃土進(jìn)入細(xì)圓礫土。其至上而下的地質(zhì)分布為：0m～4.5m 為新黃土，4.5m～14.2m 為 細(xì) 圓 礫 土，14.2m～15.7m 為 粉 質(zhì) 粘 土，15.7m～22.95m為凝灰質(zhì)砂巖。

反射波法假定桿件為一均質(zhì)一維彈性桿件，且不考慮樁周地質(zhì)變化對應(yīng)力波沿樁身傳播的影響。而實際檢測中，樁周地質(zhì)變化對低應(yīng)變反射信號的影響確實存在。該樁設(shè)計為摩擦樁，樁周土與樁身結(jié)合緊密，敲擊產(chǎn)生的應(yīng)力波除沿樁身向下傳播外，還會沿樁周土向下傳播，當(dāng)樁周地質(zhì)發(fā)生變化、且波阻抗差異明顯時，將產(chǎn)生應(yīng)力波反射。因細(xì)圓礫土波阻抗大于新黃土，在彈性波向下傳播的過程中，發(fā)生了反射，并表現(xiàn)在波形曲線上。因反射信號所在位置較淺，為慎重起見，對該樁進(jìn)行了開挖驗證，驗證表明樁身外觀良好，4.5m處無擴(kuò)徑現(xiàn)象，反射信號確為樁周土發(fā)生變化導(dǎo)致。

2.4 實例四，樁身擴(kuò)徑對波形的影響

某特大橋8-2#樁，設(shè)計樁長19.0m，設(shè)計樁徑1.0m，混凝土強度等級C30，挖孔灌注樁。其實測低應(yīng)變時域曲線如圖6和圖7。

對圖6中高頻低應(yīng)變曲線分析可知，該樁在約2m處出現(xiàn)與首波反向反射，2.7m處出現(xiàn)同向反射，且有明顯的二次反射。圖7表明波形低頻振蕩，衰減較快，且該樁存在灌注超方現(xiàn)象。綜合諸因，初步判定為擴(kuò)徑后縮回。為防止造成誤判，對該樁進(jìn)行了開挖驗證，開挖照片見圖8。

圖8表明該樁在1.5m～2.0m處縮頸露筋，2.0m～2.7m逐漸擴(kuò)徑并縮回。因缺陷位置較淺，施工方在約3m處截斷，對該樁做了接樁處理。

鉆孔灌注樁露筋病害是成樁質(zhì)量問題中的一種嚴(yán)重缺陷，它極大地影響著樁基的使用安全及壽命，必須進(jìn)行處理。避免露筋病害的產(chǎn)生，應(yīng)從施工過程中加強管理，對每道工序、每個細(xì)節(jié)有針對性地制定行之有效的具體技術(shù)措施，預(yù)防為主，防治結(jié)合。

而出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象，多因施工地層影響或施工工藝不良。在地下水呈運動狀態(tài)、土質(zhì)松散地層處或鉆錐擺動過大時，易于出現(xiàn)擴(kuò)孔。樁身擴(kuò)徑一般認(rèn)定為有利缺陷，但會消耗大量混凝土，造成混凝土的浪費。

3 討 論

①當(dāng)基樁淺部存在缺陷時，由應(yīng)力波傳播特點可知，波形曲線會出現(xiàn)不同程度的疊加。若樁身下部仍有缺陷，疊加的波形就有可能影響下部缺陷波形的判別，此時切勿麻痹大意，建議在接樁前對下部樁身進(jìn)行檢測，在下部樁身完整的情況下進(jìn)行接樁處理。接樁后需進(jìn)行復(fù)測，以保證樁身質(zhì)量。

②由于低應(yīng)變檢測存在檢測盲區(qū)，當(dāng)缺陷位置較淺時，波形曲線往往會出現(xiàn)低頻振蕩。因樁身縮頸、夾泥、離析、斷裂等均為波阻抗降低，其波形反映大體一致，此時靠低應(yīng)變檢測已無法確定缺陷類型，可根據(jù)實際情況，輔以開挖驗證或鉆芯取樣來確定缺陷類型及位置。

③塌孔、大護(hù)筒埋設(shè)、破樁工藝不當(dāng)?shù)纫蛩?，可能?dǎo)致低應(yīng)變檢測過程中出現(xiàn)影響波形曲線判定的反射信號。為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在檢測工作開始之前，要收集被檢測樁基的工程勘察資料、設(shè)計圖紙、施工工藝等，并詢問施工過程中是否有塌孔、混凝土灌注是否超方等特殊狀況發(fā)生。

④樁周地質(zhì)變化對波形曲線的影響一般較小，但不可忽視。樁周土摩阻力可引起應(yīng)力波能量衰減，使檢測時有效深度變短，可能出現(xiàn)檢測不到樁底反射的情況。在波形分析時，樁周土摩阻力會影響缺陷反射波的幅值，土阻力反射波與樁身缺陷反射波易混淆，容易造成誤判，需結(jié)合地質(zhì)情況仔細(xì)分析。

4 結(jié) 語

低應(yīng)變反射波法測試結(jié)果的分析判斷，要依據(jù)波形的變化特征，結(jié)合樁的類型、施工情況及地質(zhì)資料等進(jìn)行綜合分析，必要時采取其他檢測手段進(jìn)行對比驗證，對被檢測基樁的樁身完整性做出準(zhǔn)確可靠的判斷，避免錯判、誤判、漏判造成工程質(zhì)量事故，遺留安全隱患。

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