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        低應變法在某山區(qū)鐵路基樁檢測中的應用分析

        2015-11-27 07:23:48秦成超中國鐵道科學研究院北京100081
        安徽建筑 2015年6期
        關鍵詞:信號檢測設計

        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(zhì)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(yōu)勢,經(jīng)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(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,橋梁被更多的應用于工程建設。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(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?shù)奈恢?;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(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(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(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(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計樁徑,而下部仍為設計樁徑,造成樁身擴到縮的變化,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)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,埋設大護筒所致。經(jīng)了解施工概況及現(xiàn)場開挖,發(fā)現(xiàn)打樁時護筒埋設至該樁樁頭標高下1.5m左右,護筒內(nèi)徑比設計樁徑大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(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入細圓礫土。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 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(jié)合緊密,敲擊產(chǎn)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(zhì)發(fā)生變化、且波阻抗差異明顯時,將產(chǎn)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(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,對該樁進行了開挖驗證,驗證表明樁身外觀良好,4.5m處無擴徑現(xiàn)象,反射信號確為樁周土發(fā)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(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(zhì)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(chǎn)生,應從施工過程中加強管理,對每道工序、每個細節(jié)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(jié)合。

        而出現(xiàn)擴徑現(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(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(zhì)量。

        ②由于低應變檢測存在檢測盲區(qū),當缺陷位置較淺時,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、大護筒埋設、破樁工藝不當?shù)纫蛩兀赡軐е碌蛻儥z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(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)情況仔細分析。

        4 結(jié) 語

        低應變反射波法測試結(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(zhì)量事故,遺留安全隱患。

        [1]JGJ106-2014,建筑基樁檢測技術規(guī)范[S].

        [2]TB 10218-2008,鐵路工程基樁檢測技術規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

        [3]楊懷玉,孫樹禮,任春山.鐵路巖土工程檢測技術[M].北京:中國鐵道出版社,2010.

        [4]胡在良,張佰戰(zhàn).時域頻域法聯(lián)合判定樁身完整性的應用研究[J].鐵道建筑,2008(1).

        [5]王春慶,陳輝.低應變反射波法檢測樁基淺部缺陷的效果分析[J].工程地球物理學報,2013(2).

        [6]董成全,孟軍濤.基樁質(zhì)量檢測誤診案例分析[J].安徽建筑,2015(1).

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