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        鐵路路基螺桿樁質(zhì)量檢測技術(shù)

        2019-10-18 06:04:14周俊磊張智慧
        鐵道建筑 2019年9期
        關(guān)鍵詞:直桿變法螺桿

        周俊磊,張智慧

        (1.武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司,湖北武漢 430200;2.中土建設(shè)(北京)工程檢測有限公司,北京 100055)

        螺桿樁又稱半螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注樁,是一種上部為圓柱型,下部為螺絲型的組合式異型樁(如圖1所示)。螺桿樁采用全液壓樁機(jī)施工,不使用泥漿護(hù)壁,具有無泥漿污染、無噪音、無振動、無棄土外運(yùn)、無環(huán)境污染、承載力高,且符合國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略,因此近年來被廣泛應(yīng)用于軟基處理[1-2]。目前TB 10218—2008《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》中尚無螺桿樁的檢測方法[3],本文將對目前主流的檢測方法進(jìn)行逐一分析,并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)情況確定合理的檢測方式,便于現(xiàn)場質(zhì)量管理。

        圖1 螺桿樁示意

        1 施工工藝及常見質(zhì)量問題

        1.1 施工工藝

        與普通的灌注樁不同,螺桿樁采用專用螺旋式打樁機(jī)進(jìn)行施工。鉆孔時靠螺紋鉆桿擠壓圓周土體形成樁孔,通過提升鉆桿然后泵送混凝土形成混凝土樁體。單樁施工順序?yàn)椋簣龅卣健鷺段环啪€→鉆機(jī)就位→正旋鉆孔→鉆至樁底標(biāo)高→反旋提鉆并泵送混凝土→混凝土泵至螺旋段頂標(biāo)高→正旋提鉆同步泵送混凝土→混凝土泵至樁頂標(biāo)高→停泵提鉆至孔口→單樁結(jié)束,樁身區(qū)段施工完畢檢樁后開始樁帽施工。

        1.2 施工常見質(zhì)量問題

        螺桿樁作為一種新型樁,在鐵路建設(shè)中的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少,對其施工技術(shù)質(zhì)量控制及工藝的控制還不是特別成熟[4]。受工藝本身及現(xiàn)場施作環(huán)節(jié)主觀與客觀因素影響,路基螺桿樁存在一些質(zhì)量問題,主要有:

        1)偏樁,含樁平移偏差和垂直度超標(biāo)偏差。由于場地平整度差、樁基對位不準(zhǔn)、地層變化等原因,易使鉆桿跑偏。

        2)斷樁,夾層。由于提鉆太快,混凝土泵送跟不上提鉆速度或者是相鄰樁太近串孔造成,或者灌注過程中因意外原因,造成灌注停止時間大于混凝土初凝時間造成。

        3)樁身混凝土強(qiáng)度不足。各種原因造成樁身混凝土強(qiáng)度低。

        4)樁頭質(zhì)量問題。多為夾泥、氣泡、混凝土不足、浮漿太厚等,一般由于操作控制不當(dāng)造成。

        5)樁長不足。

        2 主要檢測方法及存在的問題

        作為鐵路行業(yè)引進(jìn)的重點(diǎn)新型工藝,螺桿樁質(zhì)量好壞直接影響高速鐵路路基段下沉數(shù)量,輕則影響線路壽命,重則影響行車安全。當(dāng)前對于路基螺桿樁的質(zhì)量檢測,主要參考常規(guī)鉆孔灌注樁。具體要求為[5]:成樁7 d 后低應(yīng)變測試,抽檢比例10%。成樁28 d 后采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn),抽檢率為樁數(shù)的0.2%,且每一工點(diǎn)不少于3 根。成樁28 d 后鉆孔取芯檢測無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,抽檢率為樁數(shù)的0.2%,且每一工點(diǎn)不少于3根。

        1)鉆孔取芯法是樁身完整性檢測最直觀的方法,不僅可以測定樁身混凝土質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度和樁長,還可檢查樁底沉渣和持力層性狀,具有科學(xué)直觀、實(shí)用等特點(diǎn)。但檢測樁長徑比大時,鉆孔時容易偏離樁身,無法鉆取到樁底,且鉆芯法檢測時間較長,檢測成本較高。鉆孔取芯法為有損檢測、速度慢、造價(jià)極高。只能少量使用。

        2)無側(cè)限抗壓法只能檢測樁身混凝土強(qiáng)度,其他無法檢測。

        3)低應(yīng)變反射波法(低應(yīng)變法)是基于一維長桿理論,采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振,實(shí)測樁頂部的速度時程曲線或速度導(dǎo)納曲線,通過波動理論分析或頻域分析,對樁身完整性進(jìn)行判定的檢測方法。測試設(shè)備輕便簡單,檢測速度快,成本低。由于螺桿樁螺紋的存在,對于螺紋完整性無法判斷,即對螺桿樁完整性無法作出明確判定。但對直桿部分,其長度與完整性可以判定。而螺紋葉片完整是螺桿樁承載力的保障[6]。

        4)超聲波透射法(超聲波法)是利用超聲波在金屬構(gòu)件中傳播和反射的原理以探測構(gòu)件內(nèi)部缺陷的大小、性質(zhì)、位置以及材質(zhì)的物理性能的方法。檢測范圍可覆蓋全樁長的各個截面,測試精度高,但需要預(yù)埋聲測管,檢測成本也相對較高,且對樁身直徑有一定要求。但螺桿樁無法預(yù)埋聲測管。

        5)靜載試驗(yàn)法(靜載法)是在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力,觀測樁頂隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移,以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗(yàn)方法。由于靜載試驗(yàn)需要施工現(xiàn)場提供較寬的工作面以便堆放荷載,很多時候現(xiàn)場條件難以滿足要求。此外檢測過程中主觀臆斷或理論的局限性使選樁缺乏代表性,而檢測周期人為壓縮,試驗(yàn)成本的增加,也影響了檢測的正確性、客觀性[7-8]。

        3 螺桿樁低應(yīng)變檢測試驗(yàn)分析

        為確認(rèn)低應(yīng)變法對路基螺桿樁的檢測效果,在現(xiàn)場做了試驗(yàn)測試?,F(xiàn)場制作試驗(yàn)樁3根,直徑500 mm,采用C20混凝土,樁長6~7 m。其中無缺陷樁2根,淺部樁頭含泥樁1根。擬測試變截面位置與樁底反射明顯程度以及樁身、螺紋葉片破壞時小應(yīng)變的波形反應(yīng)特征。

        圖2為低應(yīng)變法測試的螺桿樁變截面部分與樁底反射波形圖。圖2(a)中樁長3.5 m處可見清晰縮徑現(xiàn)象,這是由于樁體從直桿部分進(jìn)入螺紋部分造成,0~3.5 m 為直桿部分;圖2(b)中樁長4 m 處亦可見清晰縮徑現(xiàn)象,即0~4 m 為直桿部分;2 個波形在7 m 位置樁底反射明顯。圖2(b)與圖2(a)在直桿部分的波形形態(tài)有所差別,其中圖2(a)直桿部分波形平順,無明顯波動;圖2(b)直桿部分雖有輕微波動,但并未出現(xiàn)明顯的擴(kuò)徑、縮徑反應(yīng),可能是由于桿體的平直性相對較差造成。圖2(b)與圖2(a)的螺桿部分都未見明顯的反射波特征。

        圖2 螺桿樁變截面部分與樁底反射波形

        由此可見,低應(yīng)變法能夠反映路基螺桿樁的樁長與變截面位置。

        圖3 無缺陷與淺部樁頭夾泥螺桿樁波形與現(xiàn)場揭露情況

        圖3為低應(yīng)變法測試路基螺桿樁淺部病害所做的對比測試??芍?,在淺部存在明顯大樁頭反射特征,開挖揭露顯示樁頭部分存在明顯混凝土夾泥特征。至于螺桿樁淺部斷樁,因其本身為均勻直桿設(shè)計(jì),滿足低應(yīng)變法的一維長桿理論設(shè)定,因此低應(yīng)變法能夠探測淺部端樁。由此可見,低應(yīng)變法可以解決路基螺桿樁直桿段缺陷檢測問題。

        為確認(rèn)低應(yīng)變法對螺桿樁螺紋段缺陷的檢測效果,進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)及檢測,結(jié)果見圖4。對比圖4(a)和圖4(b)可知,雖然在2.4 m處螺紋葉片破壞,但測試波形上反應(yīng)特征并不明顯。由圖4(c)和圖4(d)可知,破壞位置在2.6 m深度處;從測試波形上看,圖4(c)與圖4(d)有輕微縮徑現(xiàn)象,在無對比或先驗(yàn)信息時,僅從波形上無法判識螺紋葉片損壞。

        圖4 螺桿樁破壞性試驗(yàn)實(shí)測波形及現(xiàn)場揭露情況

        綜上所述,用低應(yīng)變法無法對螺桿樁螺桿段裂損、缺陷作出判定。

        4 靜載測試與鉆孔取芯

        鉆孔取芯作為樁基質(zhì)量的必備手段,能夠直觀明確地檢定樁基長度,并獲取混凝土試件,以對樁基混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測試。盡管在路基螺桿樁的檢測上,尤其是其長度檢測上,由于樁基直徑較小,受場地平整度影響,鉆孔時容易偏出樁身,從而造成誤判,隨機(jī)抽查易對結(jié)果進(jìn)行放大。因此,即便該方法成本較高,但該方法對螺桿樁質(zhì)量檢測必不可少。為了彌補(bǔ)低應(yīng)變法檢測的不足,應(yīng)該在當(dāng)前0.2%抽檢比例的基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng),比如增加到1%或以上,以增強(qiáng)抽檢結(jié)果的代表性。

        靜載測試結(jié)果直觀反映路基承載力,因此其結(jié)果合格與否具有決定性[9-10]。然而,由于測試所需條件高、施作時間長、成本不低,因此當(dāng)前路基螺桿樁質(zhì)量檢測方法中其檢測頻率依然偏低。為提高檢測結(jié)果的代表性、可靠性,應(yīng)在當(dāng)前0.2%抽檢比例的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高抽檢比例。高鐵路基沉降對路基承載力的要求高,建議抽檢比例提高到1%或以上。

        5 結(jié)語

        1)受工藝本身及現(xiàn)場施作環(huán)節(jié)主觀與客觀因素影響,路基螺桿樁多存在斷樁、夾泥、樁長不夠,螺桿段螺紋葉片裂損以及中深部斷樁等問題,應(yīng)該加強(qiáng)質(zhì)量檢測。

        2)低應(yīng)變反射波法作為常規(guī)樁基質(zhì)量檢測方法,能解決螺桿樁樁長及直桿段問題,但對螺桿段的螺紋葉片裂損、破壞,檢測效果不明顯。

        3)現(xiàn)場檢測應(yīng)在保持當(dāng)前低應(yīng)變法樁基抽檢比例不變的基礎(chǔ)上,提高鉆孔取芯與靜載測試的比例。

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