低应变无损检测在电力杆塔基础检测中的应用

低应变无损在电力杆塔基础检测中的应用 袁玉贤，李 岩 接触网 43 低应变无损检测在电力杆塔基础检测中的应用 袁玉贤，李 岩 摘 要：阐述了低应变无损检测的原理、仪器组成、检测方法及检测，并通过青藏铁路格拉段 35 kV 电力 贯通线路工程实际的应用情况，验证了该方法在冻土区检测的完整性和适用性，为今后施工质量控制探索出了 一种简单适用的检测方法。 关键词：无损检测；杆塔基础；完整 Abstract: Illustrates the low stress damage-free inspection principle, composition of instruments, inspection methods and standards, and verifies its completion and suitability for inspection of frozen earth zone while its application at 35 kV through power transmission line in Qinghai-Tibet railway line, a very simple and suitable inspection method obtained for the construction quality control. Key words: damage-free inspection; pole foundation; completion 中图分类号：U225.4+2 文献标识码：B 文章编号：1007-936X(2008)02-0043-02 0 引言 青藏铁路格拉段 35 kV 电力工程全长 1 165 km，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##。 由于冻土区电力贯通线路施工全部在海拔 4 000 m 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。 1 低应变无损检测原理 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 01 2 2 2 P 2 2 =∂ ∂××−∂ ∂×−∂ ∂ t u AE h t u Vx u （1） 式中，u 为质点振动沿轴向位移；x 为振动质点到 振源的轴向距离；t 为质点振动的时间；A 为桩身 截面积；E 为桩身弹性模量；VP为纵波在桩身中的 传播速度；h 为桩侧土对桩的摩擦阻尼系数。 ρ/EVP = （2） 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 接触网 电气化铁道 2008年第 2 期 44 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： VP = 2L /∆t （3） 式中，L 为桩长。 当桩存在缺陷或断桩时，各界面反射波使曲线 变得复杂，认真分析波形并选出可靠的缺陷反射时 间∆t′，就可得到缺陷部位距桩顶的距离。 L′ = VPm×∆t′/2 （4） 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。 图 1 基桩反射波法现场检测示意图 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》（TB 10218-99）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。 表 1 桩身完整性分类表 桩身完整性类别 分类原则 Ⅰ类桩 桩身完整 Ⅱ类桩 桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥 Ⅲ类桩 桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响 Ⅳ类桩 桩身存在严重缺陷 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 1 728 根电力铁塔灌注管桩基础进行了 检测，对 13 127 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 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。 收稿日期：2007-12-03 桩基动测仪 力锤击打 信号输入 参数设定 数据 处理 打印结果 结果输出 桩