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1、铁路基桩质量无损检测若干问题的商榷,高红刚刘玉乾（廊坊市中铁物探勘察有限公司）,摘要：本文提出了关于基桩砼强度等级与基桩砼速度关系”、“低应变反射波法基桩无损检测的有效检测桩长”、“仪器设备一致性对比试验与测量精度”、“砼基桩无损检测中多解性”、“基桩质量无损检测最终质量评价指标”等五个问题的商榷，欲与同行深入讨论和研究，充实基桩无损检测的科学内涵，促进基桩无损检测健康发展。,前言：,基桩已经在铁路桥梁与地基工程上得到了广泛应用，桩基础设计数量巨大，有些新建的高铁和客运专线采用基桩的桥渡区段已达线路总长的8090%。笔者根据多年来的数万根低应变反射波法和声波透射法的测桩资料分析，提出当前普遍存
2、在的基桩无损检测的若干问题抛砖引玉，与同行进行讨论商榷。,基桩的作用主要是用来传递桥梁或路基的上部荷载，其设计的基本指标就是桩体本身砼强度能否达到要求等级，它是由砼的标号、砂石骨料、水和添加剂共同组成的。由一维弹性杆件波动方程：求解整理后，得出弹性波沿一维杆件的传播速度：式中：C 为弹性波沿桩身传播速度；E 为桩身砼弹性模量；为桩身砼密度。,1基桩砼强度等级与基桩砼速度关系的商榷,1.1 技术规程提供的参考值（低应变反射波法）,1.2 实测资料统计值1.2.1 低应变反射波法,1.2.2 声波透射法,1.2.3 低应变反射波法与声波透射法的波速对比,声波透射法传播速度：声波透射法传播速度是低应
3、变反射波法的1.051.10倍,根据理论计算、技术规程规定和实测资料统计，均说明沿桩身砼的传播速度与砼基桩的强度等级有非常直接的对应关系，即波速越高对应的砼强度等级越强，波速越低对应的砼强度等级就越低。在基桩质量无损检测时，应主要用波速评价基桩质量，并应将此作为重要技术指标。砼强度等级与波速虽有较好的相关对应关系，但并不是一一对应关系，由于工地的条件不同而有所差异，所以每项工程开工前应作十组以上的试验桩，进行无损检测和静载荷试验，建立本地区的砼强度等级（C）与砼波速（V）相关曲线。,2.低应变反射波法基桩无损检测的有效检测桩长商榷2.1 规程规范的建议值 在铁路工程基桩检测技术规程中，第4.1
4、.2条规定：用低应变反射波法检测的基桩桩长一般不大于40m。条文说明中做出了说明，通过对郑西客专桩长大于50m的336根基桩检测后分析，桩底反射不明显与无桩底反射的基桩达303根，占检测总桩数的90.2%，说明了当桩长大于50m时，用低应变反射波法检测准确率很低或根本无法实施检测。在建筑基桩检测技术规范中，第8.1.2条规定：低应变反射波法的有效检测桩长范围应通过现场试验来确定，同时条文说明中指出的有效检测范围变化很大，桩长介于4050m不等。,2.2 实测有效桩长 通过对某桥梁桩基实测的数万余根基桩分析，最大检测桩长达到72m，桩底反射信号明显。如图1 所示低应变反射波法实测曲线。,2.3
5、影响检测桩长的因素分析 根据实际检测经验，当采用低应变反射波法检测时，影响桩长检测有四个因素：一是桩身波阻抗，二是激振能量，三是地层岩性和水位变化，四是桩身质量。2.3.1 波阻抗 广义的波阻抗：A1 A2 广义的振波反射系数：由上式可知：基桩与桩端介质的波阻抗差异越大桩底反射就越明显。,2.3.2 激振能量 由激振产生的弹性波，是用手锤或力棒在桩顶敲击产生，向桩底传播，用手锤敲击激发的是高频窄脉冲，有效高频分量在1kHZ2kHZ左右，适用于短桩。40m以上长桩，冲击脉冲的有效低频分量应在5001kHZ之间，应选用较大力棒敲击，一般要求力棒重量在10kg以上，力棒头面积直径略大，锤头材料选用刚
6、度较小的尼龙头和聚四氟乙稀头，最大脉宽可达1250。,2.3.3 地层岩性和水位变化 由激振桩头产生的纵波，入射波均属半球面波，激振的纵波能量除垂直入射至桩底之外，一部分会由桩身折射扩散到地层中，在桩身侧面将产生折射纵波和折射横波，折射入地层的纵波折射系数有下列关系：由上式可知：地层波阻抗 越大，折射到地层中的能量越多，入射到桩底的能量越少，直接影响桩身有效长度的检测。,2.3.4 桩身质量 由桩头激振后，垂直入射波在桩身内的半球面波形随传播距离的增加，球面半径不断增大直至桩底，由于波阻抗的差异产生桩底反射波。当桩身存在某种缺陷时，波阻抗会发生变化，这时会产生反射波，反射波幅值越大则透射过缺陷
7、部位传向桩底的能量越小，缺陷达到一定规模时，入射波大部分被反射，透射向桩底的透射波幅值很小，甚至无法到达桩底（严重的断桩缺陷无桩底反射），直接影响桩长的检测。,3仪器设备一致性对比试验与测试精度的商榷3.1一致性对比试验 在某桥梁基桩检测工作中，低应变反射波法检测仪器使用了三个厂家三个型号的仪器同时工作，通过对比试验检测，得出了如下结果：,3.2 测试精度 对比试验结果表明，使用三种仪器在同一地区工作，均方误差符合规范规定，但其仪器与传感器的两者均方差之和已达4.42%，即仪器设备的误差已达4.42%。在资料分析中桩底反射信号位置的取值误差和人为因素等原因，基桩无损检测的精度应确定为90%，这
8、一点应在规范中明确指出，有待商榷。,砼基桩无损检测中多解性的商榷4.1 桩头砼松散有浮渣，波形类似缺陷桩 某桥基桩，由于桩头砼松散有浮渣，波形疑似缺陷桩。剔除浮渣后复测，波形曲线正常。,4.2 声波透射法假异常 采用声波透射法对某桥基桩进行检测，从声波透射法声速-深度曲线、波幅-深度曲线上反映，在桩身3.58m处均有异常，波速偏低，判定为砼基桩质量问题引起。经开挖处理至8m深处，砼基桩桩身完整，基桩砼碎块密实，无离析、松散、孔隙，该桩应为一合格桩。经分析，异常是由声测管管壁有粘性土包裹，造成发射探头发射的直达波不能通过声测管到达接收探头所致。如下图：声波透射法完整性检测附图、异常段波形曲线与基
9、桩砼现场开挖照片。,开 挖 结 果,4.3 桩身产生缩径、松散、离析、夹泥、孔隙、断裂等质量问题有时在波形曲线上的表现形态相似，无法定性，因此应统称为缺陷桩，由于在缺陷处产生反射波、绕射波等，大大的降低了波的传播速度，因此可用波速的异常直接判断桩身缺陷。4.4 对基桩无损检测的多解性应结合地层、施工资料进行分析，对检测中遇到的疑似缺陷，应采用两种以上的检测方法进行检测，如：钻芯检测。,5.对基桩无损检测最终质量评价指标的商榷5.1 规程规定,从表中反映出：（1）与工程质量设计标准有距离，基桩设计规定，基桩的质量一是砼强度等级，二是实际桩长，达到这两项要求就应是合格桩，达不到即为不合格桩。因此在
10、基桩质量评价时，在工程施工中只有合格与不合格桩之分，合格桩不分优质和一般，不合格桩不分缺陷桩和废桩。基桩质量判别的四级分类并无实质意义，应当只有合格与不合格两级分类。（2）声波透射法是以低限值的波速为标准进行质量评价，因波速与强度有直接相关关系，因此评价方法是合理的。低应变反射波法只与曲线的形态，即与基桩的几何形态相关，而未提及波速，并未与桩的强度等级挂钩，实际上是不能对基桩质量进行评价的。,6.结束语 铁路工程基桩现已普遍采用了无损检测方法进行施工质量控制，并制订了铁路工程基桩检测技术规程，在施工中将无损检测列入了施工程序，铁路工程基桩检测技术规程虽经多次修改，但仍是二十年前基桩无损检测初期思路与模式，与设计和施工的要求有较大距离。本文提出了五个问题的商榷。建议有关单位可以进行深入研究，以充实基桩无损检测的科学内涵，促进基桩无损检测健康发展。,谢谢大家！,
