鐵路路基螺桿樁質(zhì)量檢測技術(shù)

周俊磊，張智慧

（1.武九鐵路客運專線湖北有限責(zé)任公司，湖北武漢 430200；2.中土建設(shè)（北京）工程檢測有限公司，北京 100055）

螺桿樁又稱半螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混凝土灌注樁，是一種上部為圓柱型，下部為螺絲型的組合式異型樁（如圖1所示）。螺桿樁采用全液壓樁機施工，不使用泥漿護壁，具有無泥漿污染、無噪音、無振動、無棄土外運、無環(huán)境污染、承載力高，且符合國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略，因此近年來被廣泛應(yīng)用于軟基處理［1-2］。目前TB 10218—2008《鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》中尚無螺桿樁的檢測方法［3］，本文將對目前主流的檢測方法進行逐一分析，并結(jié)合現(xiàn)場試驗情況確定合理的檢測方式，便于現(xiàn)場質(zhì)量管理。

圖1 螺桿樁示意

1 施工工藝及常見質(zhì)量問題

1.1 施工工藝

與普通的灌注樁不同，螺桿樁采用專用螺旋式打樁機進行施工。鉆孔時靠螺紋鉆桿擠壓圓周土體形成樁孔，通過提升鉆桿然后泵送混凝土形成混凝土樁體。單樁施工順序為：場地整平→樁位放線→鉆機就位→正旋鉆孔→鉆至樁底標(biāo)高→反旋提鉆并泵送混凝土→混凝土泵至螺旋段頂標(biāo)高→正旋提鉆同步泵送混凝土→混凝土泵至樁頂標(biāo)高→停泵提鉆至孔口→單樁結(jié)束，樁身區(qū)段施工完畢檢樁后開始樁帽施工。

1.2 施工常見質(zhì)量問題

螺桿樁作為一種新型樁，在鐵路建設(shè)中的成功應(yīng)用經(jīng)驗較少，對其施工技術(shù)質(zhì)量控制及工藝的控制還不是特別成熟［4］。受工藝本身及現(xiàn)場施作環(huán)節(jié)主觀與客觀因素影響，路基螺桿樁存在一些質(zhì)量問題，主要有：

1）偏樁，含樁平移偏差和垂直度超標(biāo)偏差。由于場地平整度差、樁基對位不準(zhǔn)、地層變化等原因，易使鉆桿跑偏。

2）斷樁，夾層。由于提鉆太快，混凝土泵送跟不上提鉆速度或者是相鄰樁太近串孔造成，或者灌注過程中因意外原因，造成灌注停止時間大于混凝土初凝時間造成。

3）樁身混凝土強度不足。各種原因造成樁身混凝土強度低。

4）樁頭質(zhì)量問題。多為夾泥、氣泡、混凝土不足、浮漿太厚等，一般由于操作控制不當(dāng)造成。

5）樁長不足。

2 主要檢測方法及存在的問題

作為鐵路行業(yè)引進的重點新型工藝，螺桿樁質(zhì)量好壞直接影響高速鐵路路基段下沉數(shù)量，輕則影響線路壽命，重則影響行車安全。當(dāng)前對于路基螺桿樁的質(zhì)量檢測，主要參考常規(guī)鉆孔灌注樁。具體要求為［5］：成樁7 d 后低應(yīng)變測試，抽檢比例10%。成樁28 d 后采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗，抽檢率為樁數(shù)的0.2%，且每一工點不少于3 根。成樁28 d 后鉆孔取芯檢測無側(cè)限抗壓強度，抽檢率為樁數(shù)的0.2%，且每一工點不少于3根。

1）鉆孔取芯法是樁身完整性檢測最直觀的方法，不僅可以測定樁身混凝土質(zhì)量、抗壓強度和樁長，還可檢查樁底沉渣和持力層性狀，具有科學(xué)直觀、實用等特點。但檢測樁長徑比大時，鉆孔時容易偏離樁身，無法鉆取到樁底，且鉆芯法檢測時間較長，檢測成本較高。鉆孔取芯法為有損檢測、速度慢、造價極高。只能少量使用。

2）無側(cè)限抗壓法只能檢測樁身混凝土強度，其他無法檢測。

3）低應(yīng)變反射波法（低應(yīng)變法）是基于一維長桿理論，采用低能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式在樁頂激振，實測樁頂部的速度時程曲線或速度導(dǎo)納曲線，通過波動理論分析或頻域分析，對樁身完整性進行判定的檢測方法。測試設(shè)備輕便簡單，檢測速度快，成本低。由于螺桿樁螺紋的存在，對于螺紋完整性無法判斷，即對螺桿樁完整性無法作出明確判定。但對直桿部分，其長度與完整性可以判定。而螺紋葉片完整是螺桿樁承載力的保障［6］。

4）超聲波透射法（超聲波法）是利用超聲波在金屬構(gòu)件中傳播和反射的原理以探測構(gòu)件內(nèi)部缺陷的大小、性質(zhì)、位置以及材質(zhì)的物理性能的方法。檢測范圍可覆蓋全樁長的各個截面，測試精度高，但需要預(yù)埋聲測管，檢測成本也相對較高，且對樁身直徑有一定要求。但螺桿樁無法預(yù)埋聲測管。

5）靜載試驗法（靜載法）是在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂隨時間產(chǎn)生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。由于靜載試驗需要施工現(xiàn)場提供較寬的工作面以便堆放荷載，很多時候現(xiàn)場條件難以滿足要求。此外檢測過程中主觀臆斷或理論的局限性使選樁缺乏代表性，而檢測周期人為壓縮，試驗成本的增加，也影響了檢測的正確性、客觀性［7-8］。

3 螺桿樁低應(yīng)變檢測試驗分析

為確認(rèn)低應(yīng)變法對路基螺桿樁的檢測效果，在現(xiàn)場做了試驗測試?，F(xiàn)場制作試驗樁3根，直徑500 mm，采用C20混凝土，樁長6～7 m。其中無缺陷樁2根，淺部樁頭含泥樁1根。擬測試變截面位置與樁底反射明顯程度以及樁身、螺紋葉片破壞時小應(yīng)變的波形反應(yīng)特征。

圖2為低應(yīng)變法測試的螺桿樁變截面部分與樁底反射波形圖。圖2（a）中樁長3.5 m處可見清晰縮徑現(xiàn)象，這是由于樁體從直桿部分進入螺紋部分造成，0～3.5 m 為直桿部分；圖2（b）中樁長4 m 處亦可見清晰縮徑現(xiàn)象，即0～4 m 為直桿部分；2 個波形在7 m 位置樁底反射明顯。圖2（b）與圖2（a）在直桿部分的波形形態(tài)有所差別，其中圖2（a）直桿部分波形平順，無明顯波動；圖2（b）直桿部分雖有輕微波動，但并未出現(xiàn)明顯的擴徑、縮徑反應(yīng)，可能是由于桿體的平直性相對較差造成。圖2（b）與圖2（a）的螺桿部分都未見明顯的反射波特征。

圖2 螺桿樁變截面部分與樁底反射波形

由此可見，低應(yīng)變法能夠反映路基螺桿樁的樁長與變截面位置。

圖3 無缺陷與淺部樁頭夾泥螺桿樁波形與現(xiàn)場揭露情況

圖3為低應(yīng)變法測試路基螺桿樁淺部病害所做的對比測試。可知，在淺部存在明顯大樁頭反射特征，開挖揭露顯示樁頭部分存在明顯混凝土夾泥特征。至于螺桿樁淺部斷樁，因其本身為均勻直桿設(shè)計，滿足低應(yīng)變法的一維長桿理論設(shè)定，因此低應(yīng)變法能夠探測淺部端樁。由此可見，低應(yīng)變法可以解決路基螺桿樁直桿段缺陷檢測問題。

為確認(rèn)低應(yīng)變法對螺桿樁螺紋段缺陷的檢測效果，進行了現(xiàn)場試驗及檢測，結(jié)果見圖4。對比圖4（a）和圖4（b）可知，雖然在2.4 m處螺紋葉片破壞，但測試波形上反應(yīng)特征并不明顯。由圖4（c）和圖4（d）可知，破壞位置在2.6 m深度處；從測試波形上看，圖4（c）與圖4（d）有輕微縮徑現(xiàn)象，在無對比或先驗信息時，僅從波形上無法判識螺紋葉片損壞。

圖4 螺桿樁破壞性試驗實測波形及現(xiàn)場揭露情況

綜上所述，用低應(yīng)變法無法對螺桿樁螺桿段裂損、缺陷作出判定。

4 靜載測試與鉆孔取芯

鉆孔取芯作為樁基質(zhì)量的必備手段，能夠直觀明確地檢定樁基長度，并獲取混凝土試件，以對樁基混凝土強度進行測試。盡管在路基螺桿樁的檢測上，尤其是其長度檢測上，由于樁基直徑較小，受場地平整度影響，鉆孔時容易偏出樁身，從而造成誤判，隨機抽查易對結(jié)果進行放大。因此，即便該方法成本較高，但該方法對螺桿樁質(zhì)量檢測必不可少。為了彌補低應(yīng)變法檢測的不足，應(yīng)該在當(dāng)前0.2%抽檢比例的基礎(chǔ)上進行加強，比如增加到1%或以上，以增強抽檢結(jié)果的代表性。

靜載測試結(jié)果直觀反映路基承載力，因此其結(jié)果合格與否具有決定性［9-10］。然而，由于測試所需條件高、施作時間長、成本不低，因此當(dāng)前路基螺桿樁質(zhì)量檢測方法中其檢測頻率依然偏低。為提高檢測結(jié)果的代表性、可靠性，應(yīng)在當(dāng)前0.2%抽檢比例的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高抽檢比例。高鐵路基沉降對路基承載力的要求高，建議抽檢比例提高到1%或以上。

5 結(jié)語

1）受工藝本身及現(xiàn)場施作環(huán)節(jié)主觀與客觀因素影響，路基螺桿樁多存在斷樁、夾泥、樁長不夠，螺桿段螺紋葉片裂損以及中深部斷樁等問題，應(yīng)該加強質(zhì)量檢測。

2）低應(yīng)變反射波法作為常規(guī)樁基質(zhì)量檢測方法，能解決螺桿樁樁長及直桿段問題，但對螺桿段的螺紋葉片裂損、破壞，檢測效果不明顯。

3）現(xiàn)場檢測應(yīng)在保持當(dāng)前低應(yīng)變法樁基抽檢比例不變的基礎(chǔ)上，提高鉆孔取芯與靜載測試的比例。