基于反射波法的高速铁路梁场夯扩桩基质量检测

蔡康鹏

摘要：常规的高速铁路梁场夯扩桩基质量检测方法，多数采用锚桩反力原理设计而成。在实际工程应用中，其检测偏差较大，无法获取精度较高的夯扩桩基质量检测结果。针对这一问题，引入反射波法，以新建南宁至崇左高速铁路扶绥制梁场工程为例，提出了一种全新的夯扩桩基质量检测方法。首先，选取合适的桩基波速接收点位置，设定桩基波速采集点，实时采集夯扩桩基内部性能参数的动态变化。其次，利用低应变法，检测高速铁路扶绥制梁场夯扩桩身完整性。利用反射波法，對高速铁路扶绥制梁场夯扩桩基质量进行全方位的检测，进而确定桩基质量缺陷所在位置。新的检测方法应用后，夯扩桩基检测结果与实际结果偏差较小，检测精度得到了显著提升。

关键词：反射波法；高速铁路；桩基；梁场；夯扩桩；质量检测

0   引言

高速铁路在长期运行下，受到自然因素、长期荷载作用、局部老化、预应力张拉施工工艺及压浆质量控制工艺不规范等影响，夯扩桩基会产生抗力大幅衰减、结构体损伤、梁体开裂、预应力钢筋锈蚀等问题，削弱了桩基的承载力，降低了高速铁路运行的安全性与可靠性，存在较大的安全风险与隐患[1]。为此采取科学合理的夯扩桩基质量检测方法，对其进行检测至关重要。

传统的夯扩桩基质量检测方法在实际工程应用中，存在检测偏差较大、检测精度较低的问题，无法保证高速铁路梁场夯扩桩基的质量与使用性能[2]。反射波法作为地质勘探方法中的一种，主要通过地震反射波，由浅至深对桩基作出勘探检测，具有较高的精度。基于此，本文引入反射波法，开展了基于反射波法的高速铁路夯扩桩基质量检测研究。

1   高速铁路梁场夯扩桩基质量检测方法设计

1.1   选取夯扩桩基波速采集点

本文设计的基于反射波法的高速铁路梁场夯扩桩基质量检测方法中，首先需要选取合适的桩基波速接收点位置，设定桩基波速采集点，为后续的桩基质量检测提供基础保障。

根据高速铁路梁场工程的实际建设需求与建设特征，按照桩基质量检测标准规范，沿夯扩桩基直径距离，设定波速。夯扩桩基波速设置如表1所示。

按照表1，设定不同桩基直径距离下，对应的夯扩桩基波速，使桩基测点离夯扩桩中距离越大，波速越小。在此基础上，利用MATLAB模拟软件，测定夯扩桩长方向上各节点间振幅的动态变化，获取振幅最大值[3]。选取振幅最大值所在位置节点，作为夯扩桩基波速采集点，实时采集夯扩桩基内部性能参数的动态变化[4]。

1.2   夯扩桩身完整性检测

完成夯扩桩基波速采集点选取后，接下来利用低应变法，检测高速铁路扶绥制梁场夯扩桩身完整性，为后续质量缺陷检测奠定基础。

使用RSM-PRT系列的低应变检测仪，作为桩身完整性检测的仪器设备。低应变检测仪的技术参数设置如表2所示。

先凿去夯扩桩的桩头，并进行整平处理，在其顶面粘贴传感器，击振桩顶平整部位[5]。再测定夯扩桩基反射波段相位变化，若反射波段相位中显现同相位反射特性，则说明此时夯扩桩身完整性良好[6]。若未显现同相位反射特性，则说明夯扩桩身完整性较差[7]。

1.3   基于反射波法检测夯扩桩基质量缺陷位置

根据上述获取到的夯扩桩身完整性检测结果，判断夯扩桩类型。在此基础上，利用反射波法，对高速铁路扶绥制梁场夯扩桩基质量进行全方位检测，进而确定桩基质量缺陷所在位置。

首先，利用反射波法，在夯扩桩基周围预埋套管，并在套管内注入清水。将检波器布设在套管底部，不断捶打梁场夯扩桩基，使桩基处于振动状态，各个质点受到振动产生的位移均符合虎克定律。本文设计的反射波检测如图1所示。

如图1所示，利用检波器，采集套管内的夯扩桩基纵波，而后将检波器提升至套管口，接收桩基旁孔内不同深度的反射波信号[8]。

在此基础上，基于一维波动方程，分别计算高速铁路扶绥制梁场夯扩桩的参数，计算公式如下：

式中：L表示夯扩桩的桩长波动；P表示表示夯扩桩的弹性模量；?表示夯扩桩的反射波长；a、b、c分别表示不同角度下，夯扩桩基反射应力波的传播速度；K表示夯扩桩的截面积波动[9]。

通过计算，得出高速铁路扶绥制梁场夯扩桩的桩长与弹性模量参数。在此基础上，建立夯扩桩基质量缺陷位置的一维波动方程，表达式如下：

式中：u表示夯扩桩基反射应力波的波动函数；m表示桩基波长；r表示夯扩桩基质量密度；t表示入射波在夯扩桩基发生反射的时刻。

当u=m时，夯扩桩桩顶会不断接收向下传播的入射波，桩基会出现不同程度的阻抗波动。出现阻抗波动的区域，即为夯扩桩基质量缺陷所在位置。

2   实例应用分析

在该项检测方法投入实际铁路工程使用前，开展了的实例应用分析，以保证其检测效果后方可投入使用。

2.1   工程概况

新建南宁至崇左高速铁路扶绥制梁场工程建设规模庞大，占地面积120亩，由制梁区、存梁区、提梁区、作业区等共同组成。制梁区与存梁区的概况，如表3所示。

梁场场地较为复杂，地基复杂程度约为三级，填土厚度较不均匀，介于0～8m之间。高速铁路桥面横坡的双向坡度为2%，双向纵坡为0.89%，采取先简支后连续施工方法。综合考虑扶绥制梁场夯扩桩的承载能力，结合工程所在地区地层特点，选用粉土层作为夯扩桩的斥力土层、夯扩桩的结构形式作为存梁台座的桩基础形式。

在此基础上，利用上述本文提出的夯扩桩基质量检测方法，依据（GB 50007-2011）地基基础设计规范，对新建南宁至崇左高速铁路扶绥制梁场夯扩桩基的质量作出全方位的检测，进而验证提出方法是否可行。

2.2   结果分析

选取高速铁路扶绥制梁场夯扩桩基桩位坐标检测偏差，作为此次分析的评测指标，通过检测偏差，判定提出方法的检测精度。

随机在新建南宁至崇左高速铁路扶绥制梁场不同区域中，选取HKJZ-01～HKZJ06等6个夯扩桩基，控制每个桩基的桩长均不超过7.2m，桩径均不超过1.15m，计算并测定6个夯扩桩基的原始坐标。

将上述本文提出的基于反射波法的夯扩桩基质量检测方法设置为实验组，将文献[2]提出的基于锚桩反力法的桩基质量检测方法设置为对照组。利用两种方法，分别检测6个夯扩桩基的桩位坐标，将桩位坐标检测结果与实际坐标进行对比，获取检测结果偏差，如表4所示。

通过表4的检测偏差对比结果可以看出，本文提出的基于反射波法的夯扩桩基质量检测方法应用后，夯扩桩基桩位坐标检测结果与原始桩位坐标更加接近，检测偏差较小，最大不超过0.02，与文献[2]提出的检测方法相比，检测精度较高，符合相关标准规范，可行性较高。

3   结束语

综上所述，为了改善传统夯扩桩基质量检测方法，在实际工程项目建设中检测精度与效率较低的问题，本文引入反射波法，以新建南宁至崇左高速铁路扶绥制梁场工程为例，提出了基于反射波法的高速铁路梁场夯扩桩基质量检测方法。

应用本文的技术方案，能够在快速时间内更加准确、有效地检测出夯扩桩基存在的各项质量缺陷问题，为高速铁路梁场工程建设提供基础保障，对促进高速铁路工程建设的可持续化发展具有重要的研究意义与应用价值。

参考文献

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