基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質(zhì)量檢測

蔡康鵬

摘要：常規(guī)的高速鐵路梁場夯擴樁基質(zhì)量檢測方法，多數(shù)采用錨樁反力原理設(shè)計而成。在實際工程應用中，其檢測偏差較大，無法獲取精度較高的夯擴樁基質(zhì)量檢測結(jié)果。針對這一問題，引入反射波法，以新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程為例，提出了一種全新的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法。首先，選取合適的樁基波速接收點位置，設(shè)定樁基波速采集點，實時采集夯擴樁基內(nèi)部性能參數(shù)的動態(tài)變化。其次，利用低應變法，檢測高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁身完整性。利用反射波法，對高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基質(zhì)量進行全方位的檢測，進而確定樁基質(zhì)量缺陷所在位置。新的檢測方法應用后，夯擴樁基檢測結(jié)果與實際結(jié)果偏差較小，檢測精度得到了顯著提升。

關(guān)鍵詞：反射波法；高速鐵路；樁基；梁場；夯擴樁；質(zhì)量檢測

0? ?引言

高速鐵路在長期運行下，受到自然因素、長期荷載作用、局部老化、預應力張拉施工工藝及壓漿質(zhì)量控制工藝不規(guī)范等影響，夯擴樁基會產(chǎn)生抗力大幅衰減、結(jié)構(gòu)體損傷、梁體開裂、預應力鋼筋銹蝕等問題，削弱了樁基的承載力，降低了高速鐵路運行的安全性與可靠性，存在較大的安全風險與隱患[1]。為此采取科學合理的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法，對其進行檢測至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法在實際工程應用中，存在檢測偏差較大、檢測精度較低的問題，無法保證高速鐵路梁場夯擴樁基的質(zhì)量與使用性能[2]。反射波法作為地質(zhì)勘探方法中的一種，主要通過地震反射波，由淺至深對樁基作出勘探檢測，具有較高的精度?；诖?，本文引入反射波法，開展了基于反射波法的高速鐵路夯擴樁基質(zhì)量檢測研究。

1? ?高速鐵路梁場夯擴樁基質(zhì)量檢測方法設(shè)計

1.1? ?選取夯擴樁基波速采集點

本文設(shè)計的基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質(zhì)量檢測方法中，首先需要選取合適的樁基波速接收點位置，設(shè)定樁基波速采集點，為后續(xù)的樁基質(zhì)量檢測提供基礎(chǔ)保障。

根據(jù)高速鐵路梁場工程的實際建設(shè)需求與建設(shè)特征，按照樁基質(zhì)量檢測標準規(guī)范，沿夯擴樁基直徑距離，設(shè)定波速。夯擴樁基波速設(shè)置如表1所示。

按照表1，設(shè)定不同樁基直徑距離下，對應的夯擴樁基波速，使樁基測點離夯擴樁中距離越大，波速越小。在此基礎(chǔ)上，利用MATLAB模擬軟件，測定夯擴樁長方向上各節(jié)點間振幅的動態(tài)變化，獲取振幅最大值[3]。選取振幅最大值所在位置節(jié)點，作為夯擴樁基波速采集點，實時采集夯擴樁基內(nèi)部性能參數(shù)的動態(tài)變化[4]。

1.2? ?夯擴樁身完整性檢測

完成夯擴樁基波速采集點選取后，接下來利用低應變法，檢測高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁身完整性，為后續(xù)質(zhì)量缺陷檢測奠定基礎(chǔ)。

使用RSM-PRT系列的低應變檢測儀，作為樁身完整性檢測的儀器設(shè)備。低應變檢測儀的技術(shù)參數(shù)設(shè)置如表2所示。

先鑿去夯擴樁的樁頭，并進行整平處理，在其頂面粘貼傳感器，擊振樁頂平整部位[5]。再測定夯擴樁基反射波段相位變化，若反射波段相位中顯現(xiàn)同相位反射特性，則說明此時夯擴樁身完整性良好[6]。若未顯現(xiàn)同相位反射特性，則說明夯擴樁身完整性較差[7]。

1.3? ?基于反射波法檢測夯擴樁基質(zhì)量缺陷位置

根據(jù)上述獲取到的夯擴樁身完整性檢測結(jié)果，判斷夯擴樁類型。在此基礎(chǔ)上，利用反射波法，對高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基質(zhì)量進行全方位檢測，進而確定樁基質(zhì)量缺陷所在位置。

首先，利用反射波法，在夯擴樁基周圍預埋套管，并在套管內(nèi)注入清水。將檢波器布設(shè)在套管底部，不斷捶打梁場夯擴樁基，使樁基處于振動狀態(tài)，各個質(zhì)點受到振動產(chǎn)生的位移均符合虎克定律。本文設(shè)計的反射波檢測如圖1所示。

如圖1所示，利用檢波器，采集套管內(nèi)的夯擴樁基縱波，而后將檢波器提升至套管口，接收樁基旁孔內(nèi)不同深度的反射波信號[8]。

在此基礎(chǔ)上，基于一維波動方程，分別計算高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁的參數(shù)，計算公式如下：

式中：L表示夯擴樁的樁長波動；P表示表示夯擴樁的彈性模量；?表示夯擴樁的反射波長；a、b、c分別表示不同角度下，夯擴樁基反射應力波的傳播速度；K表示夯擴樁的截面積波動[9]。

通過計算，得出高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁的樁長與彈性模量參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，建立夯擴樁基質(zhì)量缺陷位置的一維波動方程，表達式如下：

式中：u表示夯擴樁基反射應力波的波動函數(shù)；m表示樁基波長；r表示夯擴樁基質(zhì)量密度；t表示入射波在夯擴樁基發(fā)生反射的時刻。

當u=m時，夯擴樁樁頂會不斷接收向下傳播的入射波，樁基會出現(xiàn)不同程度的阻抗波動。出現(xiàn)阻抗波動的區(qū)域，即為夯擴樁基質(zhì)量缺陷所在位置。

2? ?實例應用分析

在該項檢測方法投入實際鐵路工程使用前，開展了的實例應用分析，以保證其檢測效果后方可投入使用。

2.1? ?工程概況

新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程建設(shè)規(guī)模龐大，占地面積120畝，由制梁區(qū)、存梁區(qū)、提梁區(qū)、作業(yè)區(qū)等共同組成。制梁區(qū)與存梁區(qū)的概況，如表3所示。

梁場場地較為復雜，地基復雜程度約為三級，填土厚度較不均勻，介于0～8m之間。高速鐵路橋面橫坡的雙向坡度為2%，雙向縱坡為0.89%，采取先簡支后連續(xù)施工方法。綜合考慮扶綏制梁場夯擴樁的承載能力，結(jié)合工程所在地區(qū)地層特點，選用粉土層作為夯擴樁的斥力土層、夯擴樁的結(jié)構(gòu)形式作為存梁臺座的樁基礎(chǔ)形式。

在此基礎(chǔ)上，利用上述本文提出的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法，依據(jù)（GB 50007-2011）地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，對新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基的質(zhì)量作出全方位的檢測，進而驗證提出方法是否可行。

2.2? ?結(jié)果分析

選取高速鐵路扶綏制梁場夯擴樁基樁位坐標檢測偏差，作為此次分析的評測指標，通過檢測偏差，判定提出方法的檢測精度。

隨機在新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場不同區(qū)域中，選取HKJZ-01～HKZJ06等6個夯擴樁基，控制每個樁基的樁長均不超過7.2m，樁徑均不超過1.15m，計算并測定6個夯擴樁基的原始坐標。

將上述本文提出的基于反射波法的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法設(shè)置為實驗組，將文獻[2]提出的基于錨樁反力法的樁基質(zhì)量檢測方法設(shè)置為對照組。利用兩種方法，分別檢測6個夯擴樁基的樁位坐標，將樁位坐標檢測結(jié)果與實際坐標進行對比，獲取檢測結(jié)果偏差，如表4所示。

通過表4的檢測偏差對比結(jié)果可以看出，本文提出的基于反射波法的夯擴樁基質(zhì)量檢測方法應用后，夯擴樁基樁位坐標檢測結(jié)果與原始樁位坐標更加接近，檢測偏差較小，最大不超過0.02，與文獻[2]提出的檢測方法相比，檢測精度較高，符合相關(guān)標準規(guī)范，可行性較高。

3? ?結(jié)束語

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)夯擴樁基質(zhì)量檢測方法，在實際工程項目建設(shè)中檢測精度與效率較低的問題，本文引入反射波法，以新建南寧至崇左高速鐵路扶綏制梁場工程為例，提出了基于反射波法的高速鐵路梁場夯擴樁基質(zhì)量檢測方法。

應用本文的技術(shù)方案，能夠在快速時間內(nèi)更加準確、有效地檢測出夯擴樁基存在的各項質(zhì)量缺陷問題，為高速鐵路梁場工程建設(shè)提供基礎(chǔ)保障，對促進高速鐵路工程建設(shè)的可持續(xù)化發(fā)展具有重要的研究意義與應用價值。

參考文獻

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