基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質量檢測

蔡康鵬

摘要：常規的高速鐵路梁場夯擴樁基質量檢測方法，多數采用錨樁反力原理設計而成。在實際工程應用中，其檢測偏差較大，無法獲取精度較高的夯擴樁基質量檢測結果。針對這一問題，引入反射波法，以新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程為例，提出了一種全新的夯擴樁基質量檢測方法。首先，選取合適的樁基波速接收點位置，設定樁基波速采集點，實時采集夯擴樁基內部性能參數的動態變化。其次，利用低應變法，檢測高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁身完整性。利用反射波法，對高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基質量進行全方位的檢測，進而確定樁基質量缺陷所在位置。新的檢測方法應用后，夯擴樁基檢測結果與實際結果偏差較小，檢測精度得到了顯著提升。

關鍵詞：反射波法；高速鐵路；樁基；梁場；夯擴樁；質量檢測

0? ?引言

高速鐵路在長期運行下，受到自然因素、長期荷載作用、局部老化、預應力張拉施工工藝及壓漿質量控制工藝不規范等影響，夯擴樁基會產生抗力大幅衰減、結構體損傷、梁體開裂、預應力鋼筋銹蝕等問題，削弱了樁基的承載力，降低了高速鐵路運行的安全性與可靠性，存在較大的安全風險與隱患[1]。為此采取科學合理的夯擴樁基質量檢測方法，對其進行檢測至關重要。

傳統的夯擴樁基質量檢測方法在實際工程應用中，存在檢測偏差較大、檢測精度較低的問題，無法保證高速鐵路梁場夯擴樁基的質量與使用性能[2]。反射波法作為地質勘探方法中的一種，主要通過地震反射波，由淺至深對樁基作出勘探檢測，具有較高的精度。基于此，本文引入反射波法，開展了基于反射波法的高速鐵路夯擴樁基質量檢測研究。

1? ?高速鐵路梁場夯擴樁基質量檢測方法設計

1.1? ?選取夯擴樁基波速采集點

本文設計的基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質量檢測方法中，首先需要選取合適的樁基波速接收點位置，設定樁基波速采集點，為后續的樁基質量檢測提供基礎保障。

根據高速鐵路梁場工程的實際建設需求與建設特征，按照樁基質量檢測標準規范，沿夯擴樁基直徑距離，設定波速。夯擴樁基波速設置如表1所示。

按照表1，設定不同樁基直徑距離下，對應的夯擴樁基波速，使樁基測點離夯擴樁中距離越大，波速越小。在此基礎上，利用MATLAB模擬軟件，測定夯擴樁長方向上各節點間振幅的動態變化，獲取振幅最大值[3]。選取振幅最大值所在位置節點，作為夯擴樁基波速采集點，實時采集夯擴樁基內部性能參數的動態變化[4]。

1.2? ?夯擴樁身完整性檢測

完成夯擴樁基波速采集點選取后，接下來利用低應變法，檢測高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁身完整性，為后續質量缺陷檢測奠定基礎。

使用RSM-PRT系列的低應變檢測儀，作為樁身完整性檢測的儀器設備。低應變檢測儀的技術參數設置如表2所示。

先鑿去夯擴樁的樁頭，并進行整平處理，在其頂面粘貼傳感器，擊振樁頂平整部位[5]。再測定夯擴樁基反射波段相位變化，若反射波段相位中顯現同相位反射特性，則說明此時夯擴樁身完整性良好[6]。若未顯現同相位反射特性，則說明夯擴樁身完整性較差[7]。

1.3? ?基于反射波法檢測夯擴樁基質量缺陷位置

根據上述獲取到的夯擴樁身完整性檢測結果，判斷夯擴樁類型。在此基礎上，利用反射波法，對高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基質量進行全方位檢測，進而確定樁基質量缺陷所在位置。

首先，利用反射波法，在夯擴樁基周圍預埋套管，并在套管內注入清水。將檢波器布設在套管底部，不斷捶打梁場夯擴樁基，使樁基處于振動狀態，各個質點受到振動產生的位移均符合虎克定律。本文設計的反射波檢測如圖1所示。

如圖1所示，利用檢波器，采集套管內的夯擴樁基縱波，而后將檢波器提升至套管口，接收樁基旁孔內不同深度的反射波信號[8]。

在此基礎上，基于一維波動方程，分別計算高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁的參數，計算公式如下：

式中：L表示夯擴樁的樁長波動；P表示表示夯擴樁的彈性模量；?表示夯擴樁的反射波長；a、b、c分別表示不同角度下，夯擴樁基反射應力波的傳播速度；K表示夯擴樁的截面積波動[9]。

通過計算，得出高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁的樁長與彈性模量參數。在此基礎上，建立夯擴樁基質量缺陷位置的一維波動方程，表達式如下：

式中：u表示夯擴樁基反射應力波的波動函數；m表示樁基波長；r表示夯擴樁基質量密度；t表示入射波在夯擴樁基發生反射的時刻。

當u=m時，夯擴樁樁頂會不斷接收向下傳播的入射波，樁基會出現不同程度的阻抗波動。出現阻抗波動的區域，即為夯擴樁基質量缺陷所在位置。

2? ?實例應用分析

在該項檢測方法投入實際鐵路工程使用前，開展了的實例應用分析，以保證其檢測效果后方可投入使用。

2.1? ?工程概況

新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程建設規模龐大，占地面積120畝，由制梁區、存梁區、提梁區、作業區等共同組成。制梁區與存梁區的概況，如表3所示。

梁場場地較為復雜，地基復雜程度約為三級，填土厚度較不均勻，介于0～8m之間。高速鐵路橋面橫坡的雙向坡度為2%，雙向縱坡為0.89%，采取先簡支后連續施工方法。綜合考慮扶綏制梁場夯擴樁的承載能力，結合工程所在地區地層特點，選用粉土層作為夯擴樁的斥力土層、夯擴樁的結構形式作為存梁臺座的樁基礎形式。

在此基礎上，利用上述本文提出的夯擴樁基質量檢測方法，依據（GB 50007-2011）地基基礎設計規范，對新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基的質量作出全方位的檢測，進而驗證提出方法是否可行。

2.2? ?結果分析

選取高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基樁位坐標檢測偏差，作為此次分析的評測指標，通過檢測偏差，判定提出方法的檢測精度。

隨機在新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場不同區域中，選取HKJZ-01～HKZJ06等6個夯擴樁基，控制每個樁基的樁長均不超過7.2m，樁徑均不超過1.15m，計算并測定6個夯擴樁基的原始坐標。

將上述本文提出的基于反射波法的夯擴樁基質量檢測方法設置為實驗組，將文獻[2]提出的基于錨樁反力法的樁基質量檢測方法設置為對照組。利用兩種方法，分別檢測6個夯擴樁基的樁位坐標，將樁位坐標檢測結果與實際坐標進行對比，獲取檢測結果偏差，如表4所示。

通過表4的檢測偏差對比結果可以看出，本文提出的基于反射波法的夯擴樁基質量檢測方法應用后，夯擴樁基樁位坐標檢測結果與原始樁位坐標更加接近，檢測偏差較小，最大不超過0.02，與文獻[2]提出的檢測方法相比，檢測精度較高，符合相關標準規范，可行性較高。

3? ?結束語

綜上所述，為了改善傳統夯擴樁基質量檢測方法，在實際工程項目建設中檢測精度與效率較低的問題，本文引入反射波法，以新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程為例，提出了基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質量檢測方法。

應用本文的技術方案，能夠在快速時間內更加準確、有效地檢測出夯擴樁基存在的各項質量缺陷問題，為高速鐵路梁場工程建設提供基礎保障，對促進高速鐵路工程建設的可持續化發展具有重要的研究意義與應用價值。

參考文獻

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