摘要：青藏铁路格拉段35kV电力工程全长1165km，其中600多公里架设在连续多年冻土区。根据国内外的施工经验，冻土冻胀力对杆塔基础会产生上拔力，且经过几个冻融循环期后杆塔稳定性极差。为了保证冻土区杆、塔基础的稳定性，选择了钻孔插入管桩式电杆基础和钻孔灌注桩式铁塔基础的设计方案。由于冻土区电力贯通线路施工全部在海拔4000m以上，施工环境恶劣，作业难度大，施工质量不易控制。尤其是铁塔基桩在施工过程中极易出现缩径、扩径、夹泥、离析和断桩等缺陷。为准确掌握杆塔基础施工质量，施工中引用了土建桩基质量检测的低应变无损检测法，对冻土区电力铁塔基础、电杆管桩基础完整性进行了检测。
关键词：低应变无损检测；电力杆塔；基础检测；应用
1低应变无损检测原理
在应用低应变检测技术时，我们假定桩身是一个一维的桩，并且桩的长度远远大于其直径，同时待检测的桩是弹性杆件。该检测技术以一维弹性杆平面应力波的波动理论作为检测技术的基础。在受到桩顶锤击力的作用之下，桩身将产生一种沿桩身由上向下传播的压缩波。这一过程中，反射与透射波将会伴随着桩身的施工状况出现明显的波阻抗Z的变化。同时，波阻抗Z的变化将会影响到反射波的幅值以及相位的大小。实际检测中，桩身的材料密度ρ以及桩的横截面积A与桩身的波阻抗Z之间存在着较为密切的线性关系，即：Z=ρCA。通过上述的线性关系式，我们能够判断并解释两个界面之间的差值变化，这也是作为判断桩身质量检测工作的重要依据。检测过程中，如果某一桩基中的一处存在一个相应的波阻抗变化界面上部的波阻抗为Z1，其对应的上部波阻抗为Z2。一旦这两者之间的波阻抗处于相等的状态，那么就可以说明该桩截面是没有存在缺陷问题的。但是，如果前者的波阻抗大于后者的波阻抗，那么就说明相应位置处存在着一定的缺陷。虽然低应变检测技术的原理较为简单，但是实际的检测工作较为繁琐，并且对于检测人员的技术要求也比较高。
低应变无损检测法是以手锤或力棒敲击桩顶，产生一纵向应力波，应力波沿桩身向下传播，由传感器（速度型或加速度型）获取桩身缺陷及不同界面的反射信号，通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程，便可分析出基桩的完整性，并根据桩身作者简介：袁玉贤.青藏铁路公司，工程师，青海西宁810007，电话：13619780907；李岩.青藏铁路公司，工程师。突变界面（如：桩底沉渣过厚、桩身夹泥、断裂、扩径或缩径等）所产生的反射和透射波来确定桩身缺陷性质、估算桩长或缺陷位置。且根据应力波在桩身中的传播速度来估算混凝土的强度。低应变无损检测原理：当桩嵌固于土体中，将受到周围土壤的阻尼影响，且由于桩长远大于桩径，可将桩视为一维杆件，如果界面质量都不变化，则桩的动力特性满足一维波动方程，即
其中，ρ为桩的质量密度。
若波的阻抗值无变化，则小锤激发的弹性波将一直沿桩身向下传播至桩底，桩底土层的波阻抗ρ2Vp2和桩身的波阻抗ρ1Vp1不同，在桩底界面处产生反射，反射能量的多少由反射系数Rv决定，即Rv=(ρ1Vp1A1−ρ2Vp2A2)／(ρ1Vp1A1+ρ2Vp2A2)，式中，A1、A2表示桩身的截面积，桩身完整性可通过反射系数Rv的值来判定。当扩径时，Rv为负值，表示扩径部位的反射波与直达波的首波相位相反；出现桩身缩颈、裂缝、空洞、夹泥、离析等情况时，Rv为正值，表示该缺陷部位反射波的首波相位相同。当在桩顶施加瞬时外力F(t)时，桩内只有下行波，波在不同的波阻抗界面上发生反射。由式（2）可推导出应力波在桩体中的传播时间∆t及其对不同结构介质桩的纵波波速：
式中，∆t′为缺陷处反射波到达时间；VPm为同一工地内多根已测合格桩纵波速度的平均值。
2仪器组成与检测方法
被检测桩均被凿去浮浆及破损部分，露出新鲜密实的混凝土；每根桩布置2～4个检测点。现场检测示意图如图1所示。
检测所用仪器是由RSM24FD型工程检测仪、速度传感器和力锤等组成。
3桩身完整性分类
按照《铁路工程基桩无损检测规程》（TB10218-99）以及各标段挖孔灌注桩基施工的实际进
度要求，采用低应变无损检测法进行桩基础检测。根据所测波形峰值特征，结合桩身混凝土强度设计等级要求，将该工程桩身结构的完整性按4类划分，如表1所列。
4桩基检测结果
自2004年6月—2006年2月，曾对青藏线格拉段冻土区1728根电力铁塔灌注管桩基础进行了检测，对13127根电杆管桩基础进行了部分抽检。检测结果：电杆管桩基础100%达到I类桩标准（抽检率达10%以上）；铁塔灌注管桩基础95%达到Ⅰ类桩标准，5%达到Ⅱ类桩标准，全部符合《验标》和设计要求，保证了管桩基础的工程质量。
5低应变检测数据的处理
一般来说，在进行数据的处理工作时，要将采集器中的数据信号传送到相应的计算机中，进而使用计算机中相应的软件进行处理。一方面，在进行数据的处理时要找出“桩基的反射”数据信号。这一过程中如果桩基的反射数据不够明显，那么检测人员可以使用数据信号的放大功能进行相应的处理。另一方面，要对桩基混凝土材料的波速进行调节。一般来说，调整桩身混凝土材料的波速主要会用到两种手段。其一，就是在已知桩长的前提下，工作人员可以依据桩基的桩底反射波到达桩基顶的时间进行波速的计算。其二，就是在已知混凝土强度的前提下，通过相应的公式进行计算。另外，就是对桩身的施工质量进行分析。现阶段，虽然我国的低应变检测技术已经得到了广泛的应用，但是在实际的应用过程中还存在着一定的问题。首先，对于波速的测量工作有较大的偏差；其次，对于桩基反射信号以及曲线信号的把握还存在问题。此外，没有对外界环境的影响进行充分的研究与考虑。在进行桩身检测的过程中，桩基底部土质的沉淀也会对桩基的检测工作产生一定的影响，因而检测人员在进行检测工作时必须要充分考虑外部环境因素对检测曲线所造成的影响。最后，检测部门要注重及时更新先进的检测技术，同时还要加强对检测人员专业知识以及检测技能的培训，以提升桩基检测工作的质量与水平。
结论
由此可见，应用低应变无损检测法对青藏线格拉段冻土区电力杆塔基础完整性进行检测，有效控制了冻土区电力杆塔基础施工质量，同时为今后在地质条件复杂，施工工艺繁杂，隐蔽性强的电力工程杆、塔管桩基施工质量控制方面探索了一种较为简单适用的检测方法。
参考文献：
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[2]潘燕玲.桩基检测中低应变动测的应用分析[J].勘察、测绘与测试技术，2017（11）：111-112.
[3]孙美迪.桩基检测技术在工程中应用和质量评价结果分析[D].长春：吉林大学，2015.
论文作者:黄春玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/20
标签：桩基论文; 阻抗论文; 反射论文; 应变论文; 基础论文; 杆塔论文; 冻土论文; 《电力设备》2018年第14期论文;