客运专线CFG桩无损检测及常见质量问题

赵明龙 （铁道第三勘察设计院集团有限公司 天津300251）

唐娜 （天津五市政公路工程有限公司 天津300171）

客运专线CFG桩无损检测及常见质量问题

赵明龙 （铁道第三勘察设计院集团有限公司 天津300251）

唐娜 （天津五市政公路工程有限公司 天津300171）

CFG桩在客运专线地基处理中得到广泛应用，其质量优劣直接关系到客运专线的工后沉降及安全性。介绍了桩身质量控制的无损检测方法，并对常见质量问题的产生原因进行探讨，以加强施工过程控制，减少不合格桩的出现。

客运专线 CFG桩 无损检测 质量

0 引言

作为地基处理的一种方式，CFG桩在某铁路客运专线中被大量采用。由于CFG桩在灌注及桩头截取过程中较容易出现各种质量问题，因此加强桩身质量的检测工作就显得十分重要。

低应变反射波法是一种无损检测方法，适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，它具有设备轻巧、操作方便、费用低廉、检测覆盖面广等突出优点。本工程中采用低应变反射波法作为CFG桩桩身质量的检测手段之一。

1 低应变反射波法基本原理

反射波法的基本理论为一维波动方程，假设桩为一等截面、匀质、各向同性的弹性杆件，并且服从虎克定律。杆在纵向振动时，杆的横截面保持为平面，而且每个截面上横向位移对纵向运动的效应可以略去不计，应力是均匀分布的。假定桩长为L，截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ。取杆轴为x轴，受轴向力F作用时，将沿杆轴向产生位移u，质点运动速度v=∂u/∂t和应变 ε=∂u/∂x，这些动力学和运动学量只是 x 和时间 t的函数。在距杆端x处有一个长度为dx的单元，如果u（x,t）为t时刻x处横截面的纵向位移，则在x+dx处的位移为，显然单元在新位置上的长度变化量为即为该单元的应变。由平衡关系及虎克定律可得桩的纵向运动方程：

在桩基检测过程中，通过在桩顶施加竖向激振信号产生应力波脉冲，该应力波沿桩身向下传播过程中，当桩身存在明显波阻抗差异界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩径或扩径）时，将产生反射波，经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。通过对反射信息进行分析计算，判断桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷的程度和位置。

桩身完整性分析以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合地质资料、施工资料和波形特征等进行综合分析判定。

2 常见桩身的质量问题及原因分析

图1为典型的完整桩测试曲线，时刻前无缺陷反射波，有明显桩底反射波，波速正常。

图1 完整桩测试曲线

图2为典型桩头浅部断裂测试曲线，波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波，此时已不能用应力波理论解释曲线。图3为开挖验证图片。分析产生此类缺陷的原因，主要是在截取桩头过程中未按照设计要求进行施工，而是采用大锤敲击桩头的方式截断桩头，造成桩头浅部断裂；另外在开挖过程中采用大型机械清理桩间土，造成CFG桩受侧向挤压而产生桩头断裂现象。

图2 桩头浅部断裂桩测试曲线

图3 浅部断裂桩开挖验证

图4、图5为波速异常曲线，与平均波速相比较，个别桩波速偏高或偏低。产生这一类问题的原因主要有桩长错误、桩身混凝土离析和桩身深部缺陷等。

图4 桩身波速偏高测试曲线

图5 桩身波速偏低测试曲线

图6为典型缩颈桩测试曲线。根据实测曲线分析，距桩顶1.8 m左右存在缩径缺陷。产生此类问题的原因主要是灌注过程中提管速度过快、混合料配合比不合理和供料不及时等。

图6 缩颈桩测试曲线

在发现桩身存在各种缺陷问题后，施工单位加强了施工过程控制，有效地保障了CFG桩的质量，为客运专线的安全运营奠定了基础。

3 结语

现场测试与分析可知，低应变反射波法能够检测出CFG桩的绝大部分桩身缺陷，对控制CFG桩的施工质量起到关键作用。但是低应变反射波法本身还存在着局限性，比如浅部缺陷、桩身渐变及深部多处缺陷等问题不易判断，在实际的测试工作中，应综合设计资料、地质条件、监理及施工资料，对所检桩进行认真仔细的分析，以及时发现缺陷并进行有针对性的处理，确保工程质量。■

[1]陈凡.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]苏吉平.低应变反射波法在客运专线CFG桩检测中的应用[J].安徽建筑，2008，15（6）:186-188.

[3]闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]TB10218-2008.铁路工程基桩检测技术规程[S].

2011-11-08