低应变反射波法在铁路桥梁基桩检测中的应用和分析
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【摘 要】本文以我国近年来重大铁路工程石太、哈大铁路客运专线桥梁基桩低应变检测为实例，介绍低应变反射波法判断桩身完整性及实例结果。大量现场数据已经开挖验证，以便给同行提供参考。
【关键词】铁路基桩反射波法 扩径离析
1、 前言
近年来我国铁路客运专线大规模开工建设，为提高我国铁路运营速度，设计方在设计的过程中大都采用大型桥梁代替路基工程。桥梁基桩属于地下隐蔽工程，施工过程中质量监督较为困难，其质量安全影响日后铁路运营安全，因此对桩基进行质量检测非常必要。低应变反射波法作为一项比较成熟的技术，具有快捷高效的特点，被众多工程所采用。同时以免影响施工进度，大量的检测数据需要及时提供检测结果，这对检测人员提出了更高的要求。本文以近年来诸多铁路桥梁基桩检测为例，介绍低应变反射波法检测基桩完整性的方法以及实例结果，给出实测基桩波形及开挖验证结果。为低应变反射波法检测基桩完整性积累了经验。
2、低应变反射波法及判定标准
2.1低应变反射波法
低应变反射波法（low strain reflected wave method）是采用低能量瞬态激振方式对桩顶施加冲击荷载，实测桩顶部的加速度（或速度）时程曲线，通过波动理论的时域频域分析，对桩身完整性进行分析的方法。[1]新的铁路规范修改了低应变反射波法的适用条件，一般情况下的最大桩长由50m改为40m，桩径由0.2~2.2m改为应小于2.0m。基桩低应变反射波法应结合考虑地质条件、基桩类型、结构尺寸等因素，做到数据准确，分析合理。根据工程特点以及现场条件，我们选用武汉岩海RS-1616K型基桩动测仪。
2.2判定标准
按照规范，我们将分为4类。Ⅰ类:桩身完整,2L/c(L为桩长,c为波速)时刻前无缺陷反射波,有桩底反射波;Ⅱ类:桩身有轻微缺陷,不会影响桩身承载力的正常发挥,2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波,有桩底反射波;Ⅲ类:桩身有明显缺陷,对桩身承载力有影响,有明显缺陷反射波,其它特征介于Ⅰ类和Ⅱ类之间;Ⅳ类:桩身存在严重缺陷,2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波,无桩底反射波,或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动,无桩底反射波。对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩,因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时,可按本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。
3、 工程实例
3.1岩溶地区桩身扩径桩
石太铁路客运专线某大桥5-11#桩，采用冲击钻冲击成孔，水下混凝土灌注，混凝土设计强度C25，设计桩长33m，桩周土自桩顶以下0-12m为石灰岩，12-33m为断层角砾。在混凝土灌注过程中有混凝土超灌现象，根据设计、监理及工程单位的要求对该墩11#桩进行低应变检测，以充分了解岩溶地质低应变检测基桩完整性的可行性，检测方法是否需要变更。
2007年5月28日对5-11#基桩进行了低应变反射波法检测。从低应变波形图分析，检测波形基本正常，但分别在13.44m、18.03m、27.22m左右有强阻抗反应，相对在28m～32m之间的阻抗反应更强烈，有可能是因桩体超灌引起的扩颈反应。见图1。
图1
通过对基桩地质情况、挖孔记录、灌桩记录及低应变波形图总合分析，5-11#桩桩身完整性较好，可以使用。说明此工程地质条件下低应变反射波法检测完全满足检测需要，无需变更检测方法，带来更多投资。
3.2浅部扩径桩
哈大铁路客运专线某大桥15-11#桩采用旋挖钻机成孔，水下混凝土灌注，混凝土设计强度C30，设计桩长33m，桩径1.25m。桩周土自桩顶以下0-3m为粉质粘土，3-12m为细砂层，12-33m为中砂层。
2009年3月19日对15-11#基桩进行了低应变反射波法检测。从低应变波形在检测过程中发现同承台12根基桩，有7根出现类似浅部震荡现象，初步判定此桩桩顶以下扩径。见图2。后来对此桩进行浅部开挖验证，桩头往下至1.0m范围桩径正常。1.0m至2.5m处为扩径距离。扩径直径约为1.7米。见图3。
图2浅部扩径典型曲线图3浅部扩径开挖图片
后续哈大铁路客运专线基桩检测过程中发现，此类桩比例约占15%，避免了造成不必要的缺陷误判。分析主要原因是成孔过程中旋挖钻提钻过程中对护筒底部桩周土搅动，造成桩径偏大造成。
3.3浅部离析桩
哈大铁路客运专线某大桥22-8#桩采用旋挖钻机成孔，水下混凝土灌注，混凝土设计强度C30，设计桩长48m，桩径1.25m。桩周土自桩顶以下0-2m为粉质粘土，2-14m为细砂层，14-31m为中砂层，31-48m为砂砾。
2008年4月3日对22-8#基桩进行了低应变反射波法检测。从低应变波形在检测过程中发现同承台12根基桩，此桩浅部出现多次反射，判定为Ⅲ类桩；其余11根桩完整性较好，为Ⅰ类桩。初步判定此桩桩顶以下2.0m左右离析。见图4。后来对此桩进行浅部开挖验证，桩头往下2.0m左右出现离析。开挖图片见图5。造成浅部离析的主要原因是导管提升过快造成泥浆涌进。
图4浅部离析典型曲线图5浅部离析开挖照片
离析是桩基施工过程中常见的缺陷，如清孔不好，泥浆过稠，等都能造成桩身混凝土离析。另外混凝土搅拌不均匀，和易性差，也是造成离析的重要原因。
4、 结论
低应变反射波法在铁路桥梁基桩检测中充分发挥了快捷、高效的优点,提高了检测人员的工作效率;但是低应变反射波法检测基桩完整性也具有其局限性，还不能定量地进行分析判断，对于怀疑桩及检测判定为Ⅲ、Ⅳ类的桩应结合开挖、钻芯等必要手段进行直接验证；检测数据应结合地质资料、施工记录进行分析判定,不能仅根据波形下结论。因本人理论知识有限，不足之处，忘同行赐教。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业标准.铁路工程基桩检测技术规程（TB 10218-2008）.中华人民共和国铁道部, 2008.
[2] 中华人民共和国行业标准. 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)[S]. 中华人民共和国建设部, 2002.
[3] 徐攸在,刘兴满.桩的动测新技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
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