低應變法在某山區鐵路基樁檢測中的應用分析

秦成超 （中國鐵道科學研究院，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，其質量好壞就變得尤為重要。低應變反射波法因其操作簡便、速度快、可靠度高的明顯優勢，經過多年的研究和應用，在工程界得到了廣泛認可，對保障樁基工程質量起到了積極作用。

山區鐵路為滿足高速鐵路快速、舒適的要求，受地形起伏限制，橋梁被更多的應用于工程建設。本文結合某山區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行分析和探討。

1 低應變反射波法檢測原理

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

2.1 樁身缺陷判定

樁身波阻抗變化會在時域上上產生反射信號，當反射信號與入射信號相位相同時，表明樁身波阻抗變小，缺陷性質為斷裂、縮頸、離析或預制樁接樁不良等；當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 為樁身缺陷至樁頂的位置；cm為完整樁波速平均值；△th為時域波形圖中直達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，其中橫坐標為時間，單位為ms，縱坐標為振動幅值，單位為mm/s。H 為樁長，cm為應力波波速。

2 某山區鐵路工程實例分析

2.1 實例一，淺部斷樁對波形信號的影響

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

考慮到此種波形或為破樁時使用方法不當，對樁頭造成嚴重擾動，引起樁身淺部混凝土開裂所致。慎重起見，對該樁進行了復測，波形與初測一致，且并無空鼓聲出現，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，大護筒對波形信號的影響

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

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

2.3 實例三，樁周地質隨深度變化對波形的影響

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

在對該墩臺12根樁的分析過程中，發現在4.5m左右有一共性的反射信號，均表現為與首波反向。經查詢該墩臺的施工鉆孔樁地質柱狀圖，發現在4.5m處樁周土由新黃土進入細圓礫土。其至上而下的地質分布為：0m～4.5m 為新黃土，4.5m～14.2m 為 細 圓 礫 土，14.2m～15.7m 為 粉 質 粘 土，15.7m～22.95m為凝灰質砂巖。

反射波法假定桿件為一均質一維彈性桿件，且不考慮樁周地質變化對應力波沿樁身傳播的影響。而實際檢測中，樁周地質變化對低應變反射信號的影響確實存在。該樁設計為摩擦樁，樁周土與樁身結合緊密，敲擊產生的應力波除沿樁身向下傳播外，還會沿樁周土向下傳播，當樁周地質發生變化、且波阻抗差異明顯時，將產生應力波反射。因細圓礫土波阻抗大于新黃土，在彈性波向下傳播的過程中，發生了反射，并表現在波形曲線上。因反射信號所在位置較淺，為慎重起見，對該樁進行了開挖驗證，驗證表明樁身外觀良好，4.5m處無擴徑現象，反射信號確為樁周土發生變化導致。

2.4 實例四，樁身擴徑對波形的影響

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

對圖6中高頻低應變曲線分析可知，該樁在約2m處出現與首波反向反射，2.7m處出現同向反射，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象。綜合諸因，初步判定為擴徑后縮回。為防止造成誤判，對該樁進行了開挖驗證，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量問題中的一種嚴重缺陷，它極大地影響著樁基的使用安全及壽命，必須進行處理。避免露筋病害的產生，應從施工過程中加強管理，對每道工序、每個細節有針對性地制定行之有效的具體技術措施，預防為主，防治結合。

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

3 討 論

①當基樁淺部存在缺陷時，由應力波傳播特點可知，波形曲線會出現不同程度的疊加。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行檢測，在下部樁身完整的情況下進行接樁處理。接樁后需進行復測，以保證樁身質量。

②由于低應變檢測存在檢測盲區，當缺陷位置較淺時，波形曲線往往會出現低頻振蕩。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，此時靠低應變檢測已無法確定缺陷類型，可根據實際情況，輔以開挖驗證或鉆芯取樣來確定缺陷類型及位置。

③塌孔、大護筒埋設、破樁工藝不當等因素，可能導致低應變檢測過程中出現影響波形曲線判定的反射信號。為了保證檢測結果的準確性，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生。

④樁周地質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力波能量衰減，使檢測時有效深度變短，可能出現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，需結合地質情況仔細分析。

4 結 語

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

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