低应变反射波法检测软基处理工程预应力管桩质量的探讨

王兰军

（北京铁城建设监理有限责任公司 北京市 100039）

低应变反射波法检测软基处理工程预应力管桩质量的探讨

王兰军

（北京铁城建设监理有限责任公司 北京市 100039）

针对低应变反射波法在检测预应力混凝土管桩施工质量时，因管桩接头部位的信号反射引起的误判问题，本文结合市域铁路温州南站路基工程软基处理的工程实践，提出几点建议。

反射波法；管桩；焊缝；阻抗

引言

先张法预应力管桩在工厂预制，运输到施工现场后通过桩机打入或压入，施工速度快，而且工程造价适宜，在沿海铁路、公路软基处理工程中广泛采用。温州市域铁路温州南站路基工程设计采用PC-A（500）-100型预应力管桩对软基进行加固处理，管桩施工前期，政府质量监督部门委托的检测单位采用低应变反射波法对桩身质量进行了检测，Ⅲ类桩占20%，由此引发了对低应变反射波法检测预应力管桩质量的验证、论证和研讨。

1 工程概况

温州市域铁路S1线温州南车站为地面站，站场和正线路基软基处理采用了先张法预应力管桩、高压旋喷桩、钢筋混凝土灌注桩等型式，其中预应力管桩为PC-A（500）-100-a型，桩径500mm，壁厚100mm，端头板规格同管壁，厚度20mm，设计桩长41m。

本工程处于冲海积平原区，广泛分布褐色流塑状淤泥和淤泥质粘土，层厚最厚达37m，土的地基容许承载力45～70kp、天然含水率71～49%，塑性指数26.48～27.08%、液性指数1.34～1.2%。

2 预应力管桩施工与检测

2.1 预应力管桩生产与进场检验

预应力管桩由专业厂家按照浙江省标准图集《先张法预应力管桩》2010浙C22中PC-A（500）-100型对应设计参数生产，管桩进场时对其外观质量包含粘皮与麻面、桩身合缝漏浆、局部磕碰、表面裂缝、内外表面露筋、桩端面平整度、断筋脱头、桩套箍凹陷、内表面混凝土脱落等9项指标和长度、外径、壁厚等3项尺寸偏差进行了检验，发现不合格的随车清退出场。

2.2 打桩

施工现场采用ZJ80型锤击式打桩机打入管桩，每根桩用2×14m+1×13m 3节随机组合，接头端板坡口采用二氧化碳气体保护焊焊接，焊接完成冷却约10min，检查焊缝外观质量合格后再对焊缝作防腐处理，接头处理完成，继续打入管桩直至达到设计桩长或终锤条件。

2.3 检测情况

试桩完成后，业主委托的某检测单位采用低应变反射波法对桩身完整性进行了检测，共检测5根桩，100%为Ⅱ类桩；施工完成约100根桩后，质量监督部门委托的检测单位对桩身质量进行了监督抽查，共检测15根桩，桩身完整性判定Ⅰ、Ⅲ类桩各占20%，Ⅱ类桩占60%；因检测出了Ⅲ类桩，工地停工，业主委托另一家检测单位对多方在场监督打入的管桩进行了检测，共检测6根桩，Ⅲ类桩占83%，Ⅱ类桩占17%，无Ⅰ类桩。

2.4 检测报告分析

经对各家检测单位检测报告进行对比分析，发现存在以下共同点：无论桩身完整性判定的Ⅱ类桩还是Ⅲ类桩，报告描述的缺陷均出现在靠近地面的第一个桩端板接头附近；实测信号曲线在靠近地面的第一个桩端板接头附近产生明显的反向反射和同向反射，再往下少见反射波，即使出现，也是在第二个接头附近，而且幅值很低，见图1。

3 验证和扩大检测

3.1 渗透法检测焊缝质量

图1 41m长管桩典型实测波形图

由于低应变反射波法实测信号曲线反射波均出现在桩端板接头附近，为求证焊缝质量对低应变反射波法实测信号反射波的影响，焊接完成后，试验人员首先采用HP-ST型渗透剂、HD-ST型显像剂对焊缝质量进行渗透检测，符合JB/T4730.5-2005（Ⅰ级）标准要求，再对平躺在地面的桩身进行低应变反射波法检测，获取的实测信号曲线同样是在焊缝处产生反射波（见图2）。因此，将正常的接桩信号反射作为缺陷反射波判定桩身完整性类别是不可信的。

图2 在地面平躺焊接的管桩实测波形图

3.2 静载试验

在低应变反射波法检测的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类桩中随机各抽取1根桩，进行单桩竖向抗压静荷载试验，试验极限承载力均超过设计值，且互差值在10%以内。受检桩的承载力满足设计要求。

3.3 孔内摄像

在低应变反射波法检测桩身完整性被判为Ⅲ类的管桩中随机抽取4根桩，由施工单位委托的检测单位采用基桩孔内摄像法采样1024点进行了验证检测，除其中1根桩在靠近地面的第一个接头焊缝处存在轻微细缝，其它均未发现明显缺陷。

4 管桩接头部位反射的原因分析

4.1 管桩与接头端板交界处的反射

预应力管桩各管节间通常采用接头端板焊接连接，假设上下两节的端板全断面焊接良好，完全不留缝隙，这时将接头钢板看成一个整体，应力波就是在混凝土-钢板-混凝土间传递。由于接头钢板的广义波阻抗比混凝土的广义波阻抗大，根据一维纵波理论，管桩与接头端板交界处会产生一个反向反射和一个同向反射。

4.2 上下端板接缝处的反射

工程实践中，上下节两块端板是没有焊接成一个整体的，设计端板宽度与管桩壁厚相同，而焊缝坡口深度为12mm，大约为端板宽度的1/9，如果打桩时上下两节管桩相对倾斜（允许偏差0.5%桩长），则焊缝以外端板的一部分是没有连接成一体的，接头处激振应力波由端板-焊缝-端板传递，当焊缝面积相对于接头端板面积发生变化时，接头处的阻抗变化明显，因此在焊缝位置会产生明显的反射。桩端板焊接见图3。

图3 桩端连接钢板焊缝坡口和管桩接头焊缝示意图

根据波形叠加原理，管桩与接头端板交界处的反射波同焊缝处的反射波叠加，就形成了管桩接头位置的信号反射曲线。上图1是本案例中被各检测单位对管桩完整性判定结论不一致的管桩信号反射曲线，虽然判定结论不一致，但各单位给出的波形图是一致的。

5 几点建议

5.1 区别对待管桩接头位置和接头以外桩身部位的信号反射

桩身部位的信号反射波是由桩身裂缝、截面变化等缺陷引起的缺陷反射波，应作为判定桩身完整性类别的依据；接头部位的正常信号反射，不能作为缺陷反射波判定桩身完整性。

5.2 采用不同的检测方法验证检验

对检测结论持有异议时，应采用单桩竖向抗压静荷载试验、孔内摄像等方法对检测到的缺陷桩进行验证检验，检验成果提供给原低应变反射波法检测单位，作为其判定受检桩桩身完整性类别的参考依据。如本案例委托多家检测单位按照相同的低应变反射波法验证检验，由于各单位均是具备资格的独立法人单位，其检测报告的法律地位相同，对同一检测对象作出不同的检测结论，工程验收时不知该依据哪一家的检测结论。如若此，不仅没能解决检测出现的问题，还给工程管理增加了难度。

5.3 客观、公正的判定原则

低应变反射波法检测桩身完整性，采集和处理信号的方法、原理都相同，不同的是操作和分析评判的人员。检测人员应根据采集的信号数据对检测对象作出客观、公正的判定，为工程建设单位提供准确、科学的验收依据。

5.4 修订基桩检测技术规范

目前国家和铁路行业标准基桩检测技术规范低应变反射波法（瞬态激振时域频域分析法）适用的是对桩长一般不大于40m规则截面混凝土桩身完整性的检测，为避免将管桩接头部位的正常反射误判为缺陷反射波，建议对基桩检测技术规范增加管桩检测的相关条款，细化管桩检测技术标准。

6 结束语

预应力管桩在工厂完成预制，生产速度快、质量稳定，多年来，已在公路、铁路以及轨道交通工程地面车站、停车场等软基处理工程中广泛应用，但其在打（压）桩过程中对周边建构筑物、河岸堤坝等造成的挤压效应等不利因素，设计、施工阶段都应采取可行的工程措施加以解决；管桩施工质量检测、验收中存在的误判、错判等问题，也需要广大工程建设者深入研究、不断总结经验，使之更好地应用于建设项目的软基处理工程，为我国基础设施建设发挥更大作用。

[1]《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2008）[S].2008，06.

[2]《建筑基桩检测技术规程》（JGJ106-2014）[S].2014，04.

[3]《基桩孔内摄像检测技术规程》（CECS253：2009）[S].2009，03.

[4]王雪峰，吴世民.基桩动测技术[M].北京：科学出版社，2001.

[5]王靖涛.基桩应力波检测理论及工程应用[M].北京：地震出版社，1999.

TU473.1

A

1004-7344（2016）04-0150-02

2016-1-20

王兰军（1966-），男，高级工程师，北京铁城建设监理有限责任公司温州市域铁路监理部总监理工程师。