低應變反射波法檢測軟基處理工程預應力管樁質量的探討

王蘭軍

（北京鐵城建設監理有限責任公司 北京市 100039）

低應變反射波法檢測軟基處理工程預應力管樁質量的探討

王蘭軍

（北京鐵城建設監理有限責任公司 北京市 100039）

針對低應變反射波法在檢測預應力混凝土管樁施工質量時，因管樁接頭部位的信號反射引起的誤判問題，本文結合市域鐵路溫州南站路基工程軟基處理的工程實踐，提出幾點建議。

反射波法；管樁；焊縫；阻抗

引言

先張法預應力管樁在工廠預制，運輸到施工現場后通過樁機打入或壓入，施工速度快，而且工程造價適宜，在沿海鐵路、公路軟基處理工程中廣泛采用。溫州市域鐵路溫州南站路基工程設計采用PC-A（500）-100型預應力管樁對軟基進行加固處理，管樁施工前期，政府質量監督部門委托的檢測單位采用低應變反射波法對樁身質量進行了檢測，Ⅲ類樁占20%，由此引發了對低應變反射波法檢測預應力管樁質量的驗證、論證和研討。

1 工程概況

溫州市域鐵路S1線溫州南車站為地面站，站場和正線路基軟基處理采用了先張法預應力管樁、高壓旋噴樁、鋼筋混凝土灌注樁等型式，其中預應力管樁為PC-A（500）-100-a型，樁徑500mm，壁厚100mm，端頭板規格同管壁，厚度20mm，設計樁長41m。

本工程處于沖海積平原區，廣泛分布褐色流塑狀淤泥和淤泥質粘土，層厚最厚達37m，土的地基容許承載力45～70kp、天然含水率71～49%，塑性指數26.48～27.08%、液性指數1.34～1.2%。

2 預應力管樁施工與檢測

2.1 預應力管樁生產與進場檢驗

預應力管樁由專業廠家按照浙江省標準圖集《先張法預應力管樁》2010浙C22中PC-A（500）-100型對應設計參數生產，管樁進場時對其外觀質量包含粘皮與麻面、樁身合縫漏漿、局部磕碰、表面裂縫、內外表面露筋、樁端面平整度、斷筋脫頭、樁套箍凹陷、內表面混凝土脫落等9項指標和長度、外徑、壁厚等3項尺寸偏差進行了檢驗，發現不合格的隨車清退出場。

2.2 打樁

施工現場采用ZJ80型錘擊式打樁機打入管樁，每根樁用2×14m+1×13m 3節隨機組合，接頭端板坡口采用二氧化碳氣體保護焊焊接，焊接完成冷卻約10min，檢查焊縫外觀質量合格后再對焊縫作防腐處理，接頭處理完成，繼續打入管樁直至達到設計樁長或終錘條件。

2.3 檢測情況

試樁完成后，業主委托的某檢測單位采用低應變反射波法對樁身完整性進行了檢測，共檢測5根樁，100%為Ⅱ類樁；施工完成約100根樁后，質量監督部門委托的檢測單位對樁身質量進行了監督抽查，共檢測15根樁，樁身完整性判定Ⅰ、Ⅲ類樁各占20%，Ⅱ類樁占60%；因檢測出了Ⅲ類樁，工地停工，業主委托另一家檢測單位對多方在場監督打入的管樁進行了檢測，共檢測6根樁，Ⅲ類樁占83%，Ⅱ類樁占17%，無Ⅰ類樁。

2.4 檢測報告分析

經對各家檢測單位檢測報告進行對比分析，發現存在以下共同點：無論樁身完整性判定的Ⅱ類樁還是Ⅲ類樁，報告描述的缺陷均出現在靠近地面的第一個樁端板接頭附近；實測信號曲線在靠近地面的第一個樁端板接頭附近產生明顯的反向反射和同向反射，再往下少見反射波，即使出現，也是在第二個接頭附近，而且幅值很低，見圖1。

3 驗證和擴大檢測

3.1 滲透法檢測焊縫質量

圖1 41m長管樁典型實測波形圖

由于低應變反射波法實測信號曲線反射波均出現在樁端板接頭附近，為求證焊縫質量對低應變反射波法實測信號反射波的影響，焊接完成后，試驗人員首先采用HP-ST型滲透劑、HD-ST型顯像劑對焊縫質量進行滲透檢測，符合JB/T4730.5-2005（Ⅰ級）標準要求，再對平躺在地面的樁身進行低應變反射波法檢測，獲取的實測信號曲線同樣是在焊縫處產生反射波（見圖2）。因此，將正常的接樁信號反射作為缺陷反射波判定樁身完整性類別是不可信的。

圖2 在地面平躺焊接的管樁實測波形圖

3.2 靜載試驗

在低應變反射波法檢測的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類樁中隨機各抽取1根樁，進行單樁豎向抗壓靜荷載試驗，試驗極限承載力均超過設計值，且互差值在10%以內。受檢樁的承載力滿足設計要求。

3.3 孔內攝像

在低應變反射波法檢測樁身完整性被判為Ⅲ類的管樁中隨機抽取4根樁，由施工單位委托的檢測單位采用基樁孔內攝像法采樣1024點進行了驗證檢測，除其中1根樁在靠近地面的第一個接頭焊縫處存在輕微細縫，其它均未發現明顯缺陷。

4 管樁接頭部位反射的原因分析

4.1 管樁與接頭端板交界處的反射

預應力管樁各管節間通常采用接頭端板焊接連接，假設上下兩節的端板全斷面焊接良好，完全不留縫隙，這時將接頭鋼板看成一個整體，應力波就是在混凝土-鋼板-混凝土間傳遞。由于接頭鋼板的廣義波阻抗比混凝土的廣義波阻抗大，根據一維縱波理論，管樁與接頭端板交界處會產生一個反向反射和一個同向反射。

4.2 上下端板接縫處的反射

工程實踐中，上下節兩塊端板是沒有焊接成一個整體的，設計端板寬度與管樁壁厚相同，而焊縫坡口深度為12mm，大約為端板寬度的1/9，如果打樁時上下兩節管樁相對傾斜（允許偏差0.5%樁長），則焊縫以外端板的一部分是沒有連接成一體的，接頭處激振應力波由端板-焊縫-端板傳遞，當焊縫面積相對于接頭端板面積發生變化時，接頭處的阻抗變化明顯，因此在焊縫位置會產生明顯的反射。樁端板焊接見圖3。

圖3 樁端連接鋼板焊縫坡口和管樁接頭焊縫示意圖

根據波形疊加原理，管樁與接頭端板交界處的反射波同焊縫處的反射波疊加，就形成了管樁接頭位置的信號反射曲線。上圖1是本案例中被各檢測單位對管樁完整性判定結論不一致的管樁信號反射曲線，雖然判定結論不一致，但各單位給出的波形圖是一致的。

5 幾點建議

5.1 區別對待管樁接頭位置和接頭以外樁身部位的信號反射

樁身部位的信號反射波是由樁身裂縫、截面變化等缺陷引起的缺陷反射波，應作為判定樁身完整性類別的依據；接頭部位的正常信號反射，不能作為缺陷反射波判定樁身完整性。

5.2 采用不同的檢測方法驗證檢驗

對檢測結論持有異議時，應采用單樁豎向抗壓靜荷載試驗、孔內攝像等方法對檢測到的缺陷樁進行驗證檢驗，檢驗成果提供給原低應變反射波法檢測單位，作為其判定受檢樁樁身完整性類別的參考依據。如本案例委托多家檢測單位按照相同的低應變反射波法驗證檢驗，由于各單位均是具備資格的獨立法人單位，其檢測報告的法律地位相同，對同一檢測對象作出不同的檢測結論，工程驗收時不知該依據哪一家的檢測結論。如若此，不僅沒能解決檢測出現的問題，還給工程管理增加了難度。

5.3 客觀、公正的判定原則

低應變反射波法檢測樁身完整性，采集和處理信號的方法、原理都相同，不同的是操作和分析評判的人員。檢測人員應根據采集的信號數據對檢測對象作出客觀、公正的判定，為工程建設單位提供準確、科學的驗收依據。

5.4 修訂基樁檢測技術規范

目前國家和鐵路行業標準基樁檢測技術規范低應變反射波法（瞬態激振時域頻域分析法）適用的是對樁長一般不大于40m規則截面混凝土樁身完整性的檢測，為避免將管樁接頭部位的正常反射誤判為缺陷反射波，建議對基樁檢測技術規范增加管樁檢測的相關條款，細化管樁檢測技術標準。

6 結束語

預應力管樁在工廠完成預制，生產速度快、質量穩定，多年來，已在公路、鐵路以及軌道交通工程地面車站、停車場等軟基處理工程中廣泛應用，但其在打（壓）樁過程中對周邊建構筑物、河岸堤壩等造成的擠壓效應等不利因素，設計、施工階段都應采取可行的工程措施加以解決；管樁施工質量檢測、驗收中存在的誤判、錯判等問題，也需要廣大工程建設者深入研究、不斷總結經驗，使之更好地應用于建設項目的軟基處理工程，為我國基礎設施建設發揮更大作用。

[1]《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2008）[S].2008，06.

[2]《建筑基樁檢測技術規程》（JGJ106-2014）[S].2014，04.

[3]《基樁孔內攝像檢測技術規程》（CECS253：2009）[S].2009，03.

[4]王雪峰，吳世民.基樁動測技術[M].北京：科學出版社，2001.

[5]王靖濤.基樁應力波檢測理論及工程應用[M].北京：地震出版社，1999.

TU473.1

A

1004-7344（2016）04-0150-02

2016-1-20

王蘭軍（1966-），男，高級工程師，北京鐵城建設監理有限責任公司溫州市域鐵路監理部總監理工程師。