低应变法和声波透射法在合福铁路中的应用及比较

王 岭

（安徽中铁工程技术服务有限责任公司，安徽 合肥 230023）

1 概述

合福铁路客运专线北接合蚌客运专线和京沪高铁，并通过它们直达北京，形成京福快速铁路通道，线路全长806公里，速度目标值为350公里/小时。线路经过地质复杂的丘陵、山区及岩溶发育地区，基桩检测难度大。

铁路基桩完整性检测目前常采用的方法有低应变反射波法、超声波透射法，低应变法具有检测方便、快捷、受地质条件影响大等特点，该方法一般用来对基桩的质量进行普查。声波透射法具有检测准确性高、相对方便、不受地质条件影响等特点，铁道行业规定一般用于桩长大于40米或桩径不小于2米的基桩或地质复杂区采用声波透射法检测。

2 低应变反射波法的原理

当混凝土桩的物理强度远大于桩周土的物理强度时在桩顶沿垂直方向激发弹性应力波，应力波沿桩身传播，当遇到桩底持力层及桩身质量缺陷位置上的波阻抗与正常混凝土波阻抗存在差异时会当部分应力波反射，反射。

（1）通过分析缺陷反射波

a.相位变化、频率变化、多次反射性可判断桩基的缩颈、扩警、松散、夹泥、离析、断桩等质量缺陷现象。

b.振幅的大小可判断缺陷的程度。

c.桩身缺陷位置应按下式计算：

其中：x——桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；

Δtx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）；

c——受检桩的桩身波速（m/s），无法确定时用cm值替代；

Δf＇——幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差（HZ）。

（2）桩底反射信号明确时可以验证桩长：在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ι类桩的桩身波速值计算其平均值乘以测得的桩底反射信号时间得到桩长值。

3 声波透射法检测原理

声波透射法检测需预先在桩身中预埋几根声测管，检测时一根声测管中的发射换能器到达设定位置发射高频超声波信号，同时在另一根声测管中的接收换能器接收该高频超声波信号，量测并记录信号到达的时间和能量及两换能器的标高。连续不断同步向上（或向下或往返重复）移动这一对导管中的两个换能器进行连续检测，直到完成整根导管范围的混凝土检测，通过实测测声波在混凝土介质中的传播时间、频率和波幅衰减等声学参数的变化对桩身完整性作出评价。

以上两种方法有各自的适用范围，笔者在合福铁路客运专线基桩检测过程中进行了一些对比研究。

4 工程实例

实例一：合福某特大桥7号墩,设计桩径1.25米,龄期17天,设计桩长7米,混凝土强度等级C30,地质情况：从地表向下依次为强风化-弱风化泥质板岩。整个基坑波形类似，其中7号桩进行低应变检测波形如图2：

初分析此波形认为是浅层断桩引起的低频震荡，但由于此桩桩长7米桩径1米，长径比小于10，达不到理论上的假设模型要求的长径比大于10，再加上桩周被强风化和弱风化岩包围，桩周土与桩身强度差别不大，所以这样的低应变波形未包含反射信号，属无效波形。

再对此桩进行声波透射法检测,数据如表1(由于篇幅原因，深度每0.5米列出一组数据)：

表1 声波透射法检测数据表

通过对声波透射法数据分析,发现此桩混凝土无异常。由此例可以得出：当桩周土为强风化、弱风化岩，强度与桩身强度属同一数量级时（此时桩长不般不长，长径比经常达不到10）时，低应变反射波法经常采集不到有用信号波形，此时应当采用声测波法检测。

实例二：合福某大桥23号墩,设计桩径1.25米,龄期28天,设计桩长42米,混凝土强度等级C30,地质情况：从地表向下依次为粉质黏土、粘土、强风化砂岩。此桩进行了低应变检测波形如下：

分析发现浅层有一时显的同向反射波形，从波形上来看应为离析、缩颈类缺陷。以此桥的平均波速4300m/s，计算得缺陷位置为1.8米附近。再对此桩某断面进行声波透射法检测数据如表2：

表2 声波透射法检测数据表

分析声波透射法数据得出此桩在1.8米附近没有缺陷.但为什么低应变反射波法会有同向反射呢?后开挖验证,此桩在1.8米处有一段约50cm缩颈,钢筋笼没有外露。对比得出低应变法对桩的浅层缺陷（盲区以外）较敏感，声波透射法对声测管以外的区域没有检测能力。

实例三：合福铁路某大桥45号墩,设计桩径1.25米,龄期28天,设计桩长27米,混凝土强度等级C30,地质情况：从地表向下依次为粉质黏土、粉砂土、粘土、强风化页岩。对此桩进行了低应变检测波形如图4：

以上波形是典型的完整桩波形，波速4000m/s，从波形上分析没有缺陷。再对此桩某断面进行声波透射法检测数据如表3：

表3 声波透射法检测数据表

从声波透射法数据来分析,此桩有两个检测剖面在18到18.25米两个测点波速明显降低。但为什么低应变反射波法没有缺陷的信号反射呢?后取芯验证,此桩在18.2米处有一段约35cm混凝土芯样呈短柱状，芯样吻合率不太好。对比得出声波透射法在对较轻的缺陷测试时优于低应变反射波法，且比低应变反射波法更准确、直接，低应变反射波法对处于桩下部缺陷不敏感。

5 结语

通过上几个实例可以得出：

（1）低应变反射波法检测受地质条件影响大。在地质复杂情况下，如山区一般桩身周围为强度较高的岩石，此时桩长一般很短，长径比达不到理论模型要求的大于10，这种情况下低应变法常常无法测得有用波形。此时应采用声波透射法进行检测。而《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2008）规定桩长大于40米或桩径不小于2米或地质复杂条件下应埋设声测管进行声波透射法检测，但有些设计单位容易忽视“地质复杂条件下应埋设声测管”的规定，未预先埋设声测管造成无法检测的后果，只得采用取芯法检测。

（2）低应变法对浅层缺陷较为敏感，声波透射法对声测管外围缺陷无法测出。所以有提法说声波透射法准确性比低应变法高也是有适用范围的。

（3）低应变法对深度较深的小缺陷无法测出，而声波透射法却很容易测出。