反射波法检测超长灌注桩的完整性研究

研究目的:软土地区某高速铁路车站旅客地道、站房基础采用反循环法和正循环法施工灌注摩擦桩,桩长60～62 m,桩径1.0 m,C40混凝土灌注,属超长灌注桩;其中有些未设声测管桩的完整性检测采用反射波法,按《铁路工程基桩检测技术规程》TB 10218—2019反射波法规定:桩长一般不大于40 m;当桩长大于40 m时,需要根据现场试验数据确定。因此对其反射波法检测超长灌注桩的完整性进行研究。研究结论:(1)软土地区采用反循环法和正循环法施工的灌注桩,桩端呈扩径状态;(2)首选具有声测管桩进行声波法和反射波法比对试验,均为Ⅰ类合格桩,其反射波桩端曲线呈反向特征,所测速度4 280～4 320 m/s;(3)选未设声测管桩进行反射波检测,其特征同前一致,钻芯取其完整长度大于0.5 m的芯样做反射波速度测定,速度为4 280～4 320 m/s,与前者吻合,且芯样抗压强度均达C45,同时做单桩静载试验,满足设计要求;(4)经比对,反射波法检测软土地区超长灌注桩的完整性可行,以此反射波特征参数可指导后续未设声测管桩进行完整性检测;(5)本研究成果可为铁路、公路等领域软土地区反射波法检测超长灌注桩的完整性研究提供参考。     

预埋管管材选择及接头连接对基桩声测结果的影响

管材的选用和预埋管接头的处理措施对基桩声测结果有很大影响,采取措施不当、声测管不平行或弯曲、接头处漏浆、漏焊易造成探头卡阻等问题,非金属绑扎材料的随意使用,对检测结果产生干扰。     

管波在基桩完整性检测中的应用研究

研究目的:管波的产生是有条件的,其传播具有能量强、衰减慢、传播速度慢等特性,且在传播过程中携带了周围固体介质的物理特征。通过对在桩身预埋管水中管波的产生条件、传播特性的分析,结合纵波的传播规律,对比分析不同完整性类型基桩的传播特性,研究利用管波分析判断灌注桩桩身混凝土完整性的可行性。研究结论:(1)应用管波传播理论,通过桩身中管波传播特性分析判断桩身混凝土完整性质量是可行的;(2)纵波与管波在桩身中传播是呈规律性的,两种波的传播特性差异较大,形成竖向透射法检测波列图上特有的同相轴影像特征;(3)管波的传播携带桩身混凝土介质的物理特征,不同的管波同相轴影像图特征反映出桩身混凝土的结构性质;(4)本研究成果可应用在工程建设基桩检测领域,为基桩完整性检测技术提供了一种全新的途径。     

预埋声测管不平行对声波透射法检测的影响

<正>目前较有效的无损检测方法是声波透射法,通过径向换能器在预埋声测管中上下移动,测读声波从一根声测管发射到另一根声测管的声时、声幅、频率等声学参数,详细查明桩身内部缺陷与性质、深度位置、范围大小、严重程度等。但灌注桩浇筑后实施检测时,预埋在桩中声测管     

声波透射法桩身完整性检测分类标准定量化初探

就现行铁路工程基桩检测技术规程中,有关声波透射法检测桩身完整性分类标准不能定量的问题进行了初步探讨,采用射线法和绕射法对波经过缺陷(空洞)处的PSD值Ki进行了计算,结果发现,PSD值Ki与缺陷大小、混凝土强度等级、桩直径、测点移动步距有关。根据计算结果结合实践经验,对桩身完整性分类标准给出了PSD值Ki建议值。经实际应用证明该方法可行,可供类似工程检测参考。     

桩基悬臂式挡墙在路基帮宽工程中的应用

研究目的:桩基悬臂式挡土墙充分利用了悬臂式挡土墙的构造简单、施工方便、自身重量轻的优点以及桩基础能够向深部地层传力的特点,能够较好地解决悬臂式挡土墙依靠增大基础底板尺寸来提高抗倾覆、抗滑移能力的问题,也消除了地基工后不均匀沉降对挡土墙变形稳定性的影响,但其计算方法目前尚未形成统一认识。本文参考铁路和港工等行业有关支挡及基础规范规定,深入探讨桩基悬臂挡土墙的基桩内力和变位分析方法、底板受力及内力分析方法、底板抗冲切计算方法等关键问题。研究结论:(1)基桩的内力计算和变位分析以结构单元为单位进行计算,把底板、基桩视为一个整体,在上部荷载和地基土的弹性抗力的作用下,底板、基桩、地基土协调变形,这种计算方法更能反映基桩的受力和变形情况;(2)基桩垂直挡土墙方向的间距对抵抗侧向变形影响尤为明显,因此墙趾、墙踵部位的桩至底板边缘的距离宜以满足最小构造要求为控制布桩条件;(3)底板受力分析采用替代框架法,极大的简化了计算,此计算结果是可靠的;(4)桩基悬臂式挡土墙能够避免挡墙基坑开挖、地基加固对既有路基稳定的不利影响,可大大降低施工对行车的干扰,综合经济技术效益高;(5)本研究成果可在地基承载力低、墙后施工空间受限条件下的支挡结构设计中推广使用。     

声波法检测软土地区灌注桩的完整性研究

研究目的:某软土地区新建铁路桥梁的灌注桩,其完整性采用声波法检测。据声波法检测的缺陷异常特征判断的不合格桩,对其进行钻芯及开挖验证,发现声波法检测缺陷性质特征分别为桩周严重缩径、桩半边夹泥、桩全断面夹泥,本文就声波缺陷异常特征与缺陷性质特征的关系展开研究,为不合格桩进行工程处理确定方案,并分析原因改进施工措施,使所有灌注桩一次施工均达到Ⅰ类合格桩。研究结论:(1)软土地区桥梁灌注桩施工时受地下水影响,易塌孔、涌孔,桩底有沉渣,采用声波法的平测、斜测相结合进行完整性检测;(2)声波速度大于完整桩声波速度的85%的桩,为Ⅰ、Ⅱ类合格桩;(3)夹泥露筋桩声波速度仅为完整桩声波速度的70%～85%,且桩中心混凝土较致密,随着时间的推进,钢筋锈断,桩的有效截面积减小,耐久性、承载力、抗剪力均降低,为明显缺陷Ⅲ类不合格桩;(4)严重塌孔、严重水平涌孔、桩底沉渣使声测管有效时间内接受不到声波信号,为桩近全断面夹泥呈断桩,为严重缺陷Ⅳ类不合格桩;(5)上述缺陷如在桩浅部做接桩处理、在桩深部做重新施工或进行水泥注浆,达凝期后采用声波检测合格后,方可定为Ⅱ类合格桩;(6)本研究成果可为铁路、公路等领域软土地区声波法检测桥梁灌注桩的完整性研究提供参考。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

竖向透射法长桩完整性检测新技术研究

研究目的:目前常用的基桩完整性检测方法有低应变反射波法和声波透射法,对于长桩的检测均有其局限性。高速铁路桥梁基础多采用桩基,第四系松散地层中大多为长桩,针对长桩桩身完整性检测,开发一种新的桩身完整性检测方法以弥补现有方法的不足。研究结论:(1)提出了一种新的检测方法——竖向透射法,该方法能可靠地接收来自桩体深部的弹性透射波信号,检测桩长度可达70 m;(2)提出了计算桩身弹性透射波波速、波幅相对衰减和频率的方法;(3)提出的竖向透射法,该方法在长度超过50 m的126根桩上进行了试验,均能检测到桩底透射信号,效果良好,能在一定程度上解决长度超过40 m的长桩桩身完整性检测难题;(4)该研究成果可应用于土木工程桩基检测领域。     

复合立柱桩支承下深基坑围护结构变形性状

研究目的:基坑工程中支护结构与主体结构相结合,不仅对基坑稳定性有着重要影响,而且还具有较大的工程应用价值。本文以济南轨道交通R1线演马庄西站基坑工程为例,针对车站主体结构永久立柱兼作竖向临时支撑这一新型结构形式建立三维数值计算模型,以挡墙围护结构的水平侧移作为基坑稳定和安全性评价指标,讨论立柱桩的插入比、直径和间距等因素变化对基坑挡墙结构侧移的影响,并给出在济南黄河厚冲积地层条件下深基坑支护体系中立柱相关参数的取值建议。研究结论:(1)增加立柱桩插入比对围护桩的约束起到的作用有限,类似条件工程的插入比建议值为0.5～0.7;(2)立柱桩直径为400～500 mm时,能够有效地限制围护桩的水平侧移;(3)立柱桩间距对围护桩的水平侧移存在一定的影响,类似条件工程的立柱桩间距建议值为7.5～9.5 m;(4)本研究成果可应用于采用新型支护方法的深基坑工程设计与施工中。     

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。     

灰土桩加固既有铁路路基关键技术研究

研究目的:采用灰土桩加固铁路路基的方法由来已久,但灰土桩加固既有铁路路基的设计理论尚不完善,对于灰土桩的加固效果、加固后的沉降值大小、灰土桩的参数优化均需要通过数值分析及试验得出结论。基于此,本文以灰土桩加固大准重载铁路路基为工程背景,借助有限元软件对桩轴倾角、桩径、桩距、桩长等因素对灰土桩加固既有铁路路基效果的影响进行了研究。研究结论:(1)灰土桩采用45°倾角时可兼顾加固深度及应力分布均匀性;(2)根据铁路路基实际尺寸合理选择桩径,一般桩径宜取0. 25～0. 3 m;(3)桩间距取3-4倍桩径时加固效果最好;(4)对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化,应首先考虑桩长的影响,在合理范围内尽可能增大桩长,其次选择合理的桩轴倾角、桩径及桩间距;(5)本研究成果可为灰土桩加固既有铁路路基的工程设计和安全评价提供理论依据。     

郑西客运专线新渭南车站高架桥基桩选型试验

研究目的:本论文通过对典型工程场地上试验桩的承载力试验,获取桩长范围内涉及土层的阻力发挥状况及差异,通过试验给出新渭南车站高架桥基桩常规工艺施工及后注浆工艺施工的桩端阻力及桩侧阻力建议值。研究结论:结合静载荷试验对比分析后注浆桩和常规工艺桩的承载力性状,通过预埋荷载箱法静荷载试验和辅助桩身内力钢筋应力计的测定,对后注浆桩和常规工艺桩的极限承载力、桩身轴力传递特性和桩侧阻力发挥特性进行比较分析研究。结果表明:(1)两根试桩的侧端发挥差异明显,后注浆桩单桩极限承载力约为常规工艺试桩的2,8倍;(2)旋挖钻孔灌注桩后注浆工艺能有效改善桩土界面条件,提高单桩承载力和减小桩基沉降,后注浆技术对桩身承载性状改善明显;(3)该研究成果可为郑西客运专线的基桩选型设计以及施工提供指导,同时也可为类似工程中常规旋挖桩采用后注浆工艺提供参考。     

混凝土灌注桩完整性及沉渣厚度的检测研究

研究目的:铁路基础混凝土灌注桩完整性及沉渣厚度的检测多采用反射波法进行,所测反射波曲线首先要确定桩端深度和速度值,而桩端深度和速度值的确定受多因素影响,有时造成误判,为此对铁路基础混凝土灌注桩完整性及沉渣厚度的检测进行研究。研究结论:(1)桩较短(较长)的摩擦灌注桩,桩端反射波曲线呈正向特征;桩较短的灌注端承桩以及桩较长且桩端岩层是水平状的灌注端承桩,其桩端反射波曲线呈反向特征;桩较长且桩端岩层是倾角产状以及桩体混凝土强度与桩端岩体强度相等的灌注端承桩,其桩端反射波曲线无桩底反射;(2)灌注桩混凝土坍落度应控制在容许值的上限180 mm,并取同地区、同环境、同材料、同标号混凝土坍落度上限值180 mm、下限值220 mm的模型桩反射波速度检测,得到混凝土桩的反射波速度上临界值和下临界值,且被测桩的速度值应在其上下临界值间,高于其上临界值是桩的施工桩长未达设计桩长,低于其下临界值是桩存在缺陷;(3)对于摩擦灌注桩较长的桩端反射波曲线正向幅值大于桩较短的桩端反射波曲线正向幅值,其桩较长的桩端下有软土;(4)沉渣厚度要控制在容许范围,确保混凝土灌注时在重力加速度的冲击力作用下,达到桩端下无沉渣;(5)此成果可应用于铁路基础混凝土灌注桩桩身质量完整性及沉渣厚度的检测。     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

声波透射法与低应变反射波法检测结果比对分析

基桩混凝土完整性无损检测一般采用声波透射法或低应变反射波法,此两种方法均为间接方法,存在误判的可能性。通过对部分埋设有声测管的基桩,同时采用声波透射法和低应变法进行检测,选取典型实例对检测结果进行比对分析。     

动刚度法在既有桥梁桩基础状态评估中的应用研究

由于正常运营的需要及各种条件的制约,新建桥梁基桩常用的检测方法(如静载试验法、高应变法、低应变法、超声波法及取芯法等)在既有桥梁中均难以实施,且其检测结果亦不足以全面评估基桩状况。本文提出的动刚度法,通过安装于桩顶位置的传感器采集激振力作用下桩土系统响应信号,分析绘制导纳随频率变化曲线,并由此推算基桩承载力;辅以取芯法、低应变法等检测手段进行验证,对某高速公路承载力不明确的部分既有基桩进行检测和理论分析,给出了这些基桩的实际承载力。检测结果表明,在正常运营的条件下,采用这一方法对在役基桩进行无损检测可以较好地评估基桩的承载能力,该方法对同类基桩的检测评定具有足够的精度。     

航空电磁法在川藏铁路隧道勘探中的应用

研究目的:川藏线雅安至林芝段因地形陡峻和高寒缺氧等问题,人员无法到达隧道上方地面线位采集资料,相当部分地段将会出现勘探资料空白。为此经过研究论证,采用代表国际先进技术水平、由加拿大Geotech公司研发的航空瞬变电磁(VTEM)法和航空天然场电磁(ZTEM)法系统,对隧道进行航空电磁法试验和勘探,以期摆脱相当部分隧道没有勘探资料的困境。研究结论:(1)测线布置原则:沿线路方向并对称于线路中线不等间距布置11条测线,测线线间距由距中线最近的测线线间距最小逐渐变至距中线最远的测线线间距最大;线路两侧最边缘测线间距为隧道勘探深度的2倍;测线长度在应布置长度的基础上两端各延伸3 000 m;(2)并用VETM和ZETM两种方法进行隧道物探,可解决隧道勘探深度变化大的难题;(3)在川藏铁路的初测阶段中,把航空电磁法应用于地形陡峻、高寒缺氧、不能进行地面物探的隧道物探中,取得了较好的效果;(4)本文研究成果主要应用于铁路隧道航空物探领域。     

高速列车通过挡风墙耦合气动力响应试验研究

研究目的:高速列车通过铁路挡风墙及在墙内交会时,挡风墙和列车的耦合空气动力响应会影响列车的运行安全与舒适性。本文基于高速列车气动性能动模型试验,对列车单车、交会通过挡风墙时的耦合空气动力响应进行测试与分析,以期得出挡风墙模型表面和列车车体表面压力波值及其变化传播规律。研究结论:(1)单车运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值随测点水平位置变化不大;而交会运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值的绝对值在挡风墙中间交会处最大;(2)就挡风墙内、外侧表面压力变化而言,外侧测点压力波幅值远小于对称的内侧测点,对内、外侧测点,其压力变化幅值近似与列车车速的平方呈正比关系;(3)挡风墙内侧测点压力值随高度增加而减小,外侧测点压力值随高度增大而增加,建议挡风墙结构设计计算时主要考虑其内侧测点压力变化影响;(4)本研究结论可为高速铁路列车安全及防风工程的计算和设计提供基础。     

我国铁路声屏障应用效果的评价

在总结我国既有铁路声屏障应用状况基础上 ,探讨性地提出了铁路声屏障的评价方法和应用效果。建议采用列车通过时段的等效声级插入损失值作为铁路声屏障降噪效果的评价量 ,测点位置除应包括各保护目标外 ,还应增加测量距离铁路外侧轨道中心线 30m处 ,距轨面 1 5m高处的声屏障插入损失值 ,以利于统一比较不同场所的声屏障实际降噪效果。按照上述评价方法 ,目前我国铁路已建成的多数 2 5～ 3 5m高的直立吸声式声屏障 ,在铁路边界测点处的降噪效果为 3 6～ 6 5dB(A)。