反射波法在水泥攪拌樁質量檢測中的應用

蔣博林 吳姍姍

（重慶建工第三建設有限責任公司，重慶 400042）

反射波法在水泥攪拌樁質量檢測中的應用

蔣博林 吳姍姍

（重慶建工第三建設有限責任公司，重慶 400042）

反射波法作為一種檢測方法，具有經濟、快捷的優勢，多用于混凝土樁樁身的檢測中。通過多年的實踐經驗，反射波法作為一種檢測技術已經逐漸走向成熟。本文將對反射波法應用于水泥攪拌樁的理論基礎和可行性、可靠性以及實際應用做出簡要的分析，以證實在檢測水泥攪拌樁的完整性中運用反射波法是可行的。

水泥攪拌樁；反射波法；應用

前言：

傳統的攪拌樁檢測樁身的方法是開挖取樣和轉孔取芯這兩種方法，這些傳統的檢測方法得出來的檢測結果雖然可靠性高，但是也存在著成本高，時間長等缺點。隨著深層攪拌樁的廣泛應用，傳統的檢測方法已經很難滿足大規模攪拌樁的綜合質量評估，工程施工過程中迫切需要一種能對攪拌樁樁身質量進行高效評估和分析的檢測手段。將反射波法運用到檢測水泥攪拌樁樁身質量上的這種檢測方法，在我國還處在探索階段。如何有效的利用反射波法得到的加速度曲線特征來判斷攪拌樁的樁長或均勻性，如何根據不同的平均波速來估計水泥土樁的強度等級將成為一個迫切需要解決和研究的課題。

一、理論基礎和可行性分析

根據一維理論的基礎，我們建立了反射波法，通過設想樁是各項同性的一維線彈性體，并且樁的質地均勻。樁頂部在動態力的作用下，縱向波動的彈性體，根據一維波動理論作為基礎的樁涂體動態響應。

圖1 反射波法原理示意圖

這個公式中A表示樁身面積；E表示樁身彈性模量；V表示縱波在樁身中的傳播速度；C表示波速；ρ表示樁身混凝土的密度。

從公式（1）我們可以看出，速度和力是成比例的關系，力學阻抗Z 是其比例系數( ACZ ρ= )。

設想入射波F1在阻抗Z1和阻抗Z2之間傳播，那么就會有反射波FR和透射波FT在兩種介質的界面處產生，經過一系列的求解可得：

從公式（2）我們可以看出，當樁身有彈性波傳播時，樁身的截面抗阻如果發生變化，那么反射波也會隨之變化。根據理論，水泥攪拌樁中運用反射波法有幾個理論條件需要滿足：（1）、水泥攪拌樁樁身的材料是否可以看做是彈性材料；（2）、水泥攪拌樁是否可以看做是一維桿；（3）、水泥攪拌樁樁身可否識別波阻抗。

我國目前的工程規范要求，水泥攪拌樁的樁直徑一般不少于0.5m，樁的長度一般是100cm左右，長徑比一般在16以上，和樁徑小于樁長的理論條件想符合。由此看來，我們可以把水泥攪拌樁的樁體看做是一維桿體。利用水泥等材料就地和地基軟土和固化劑進行充分的攪拌就形成水泥攪拌樁，受力初期的水泥土的應變關系和應力符合室內模型試驗和水泥土樁的加固機理。因此，水泥攪拌樁的樁體可以看做是彈性材料。大量的資料證明，水泥攪拌樁的樁身可達到 1.2Mpa的抗壓強度，樁周土的抗壓強度明顯小于樁身的抗壓強度，這一現象也和一維波動方程的理論假設相符合。由此看來，水泥攪拌樁的樁身質量可以用反射波法來進行檢測。

二、可靠性分析和實際應用

2.1 水泥攪拌樁采用反射波法檢測的可靠性分析

在利用反射波法對水泥攪拌樁進行檢測時首先要確定的就是檢測齡期的問題。

根據實踐表明，在第28天的時候，水泥強度達到設計強度的百分之六十，水泥強度在第90天的時候才能達到設計強度的要求。因此，想要達到好的檢測效果，就需要水泥的齡期長。水泥還沒有完全硬化的情況下進行檢測，這時候水泥的波阻抗接近與樁周土的波阻抗，這種情況下，就不符合一維波動方程式的假設，最終影響檢測判斷和檢測結果。因此，水泥攪拌樁在運用反射波法進行檢測時，最佳檢測齡期是在28天以后。

水泥土的組成中沒有粗骨料的成分，當水泥土的內部有彈性波傳遞的時候，介質吸收時產生較大的衰減，介質散射時引起的衰減較少。想要取得準備的檢測結果，應該盡量將樁頂的松軟層破除，把各個測試點進行打磨，選擇合適的振源。

想要獲得成功的檢測除了以上兩方面外，合理的波速選擇的關鍵所在，波速選擇合理性，將直接對缺陷位置和實際的樁長的準確性判斷產生影響。選擇合理波速測出的誤差較小，進而在反射波發在水泥攪拌樁的檢測中檢測結果就更具可靠性。

2.2 水泥攪拌樁采用反射波法檢測的實際應用

在某樁基檢測研究所2014年檢測的一項工程實例中，該工程的設計的要求制作了三根水泥攪拌試樁。設計要求的樁長為4米，樁徑為700mm，水泥摻入比為12%。1號樁是按設計樁長要求制作的完樁，2號樁是短樁，它的樁長比設計樁長低。在第14天后，樁基檢測研究所利用反射波法進行檢測，先對1號樁進行檢測，并把它作為標準參考樁，在實際的檢測過程中，樁底的反射明顯并且波形清晰。并通過設計樁長算出波速，同樣運用檢測1號樁的經驗波速檢測出2號樁的實際樁長比設計樁長短。如圖2、圖3所示。根據檢測兩根樁得出的數據，對同期的所有工程樁進行了快速的普測，并且取得了良好的效果。

圖2 水泥攪拌樁正常反射曲線

圖3 非正常反射曲線

根據實踐，我們可以看出只要在一定的條件下進行合理的選擇，反射波發完全可以用于水泥攪拌樁的檢測。從這個實際水泥攪拌樁運用反射波法檢測項目中，我們可以看出水泥攪拌樁采用反射波法檢測的實際應用可以分為以下幾方面：

（1）校核樁長

當水泥攪拌樁的樁底有明顯的實測波形時，根據已知樁長就可以計算出波速，根據已知波速也可以計算出樁長。如果出現不確定樁長的情況，可以通過假設波速，計算出樁長。如果在同一個工地檢測是出現了個別的樁的樁波高的異常，那么這個樁不是缺陷樁就是短樁。

（2）檢測樁身均勻

按照反射波法得出的速度或加速度時呈現的時程曲線形態，如果時程曲線旨在水泥攪拌樁的樁底部進行反射，入射波和反射波同相位，那么，根據混凝土樁身的理論來說，這個樁的樁身是完整的，樁身的水泥土的密集度數連續均勻的，樁身的抗阻也不會有太大的變化。

（3）判斷混凝土強度等級

混凝土強度等級和反射波波速之間是成正比的，強度越高，波速也就越高。反之，波速低了說明樁的強度等級也低。如果在檢測樁身是反射波的平均波速低，那么這個樁不是局部有缺陷就是混凝土強度低。

結束語：

水泥攪拌樁的檢測運用反射波進行檢測這種方法還在探索和發展中。在實際的檢測過程中要根據具體情況具體對待。檢測人員要抱著嚴謹負責的態度在工作過程中進行嚴格的檢測，把誤差降到最小，為建設高質量高水準的樁基工程作出不懈努力。

[1]陳建萍.水泥攪拌樁施工過程中反射波法應用檢測的相關研究[J].城市建設理論研究（電子版）,2013,(19).

[2]閻春年,吉虎.應用反射波法檢測水泥攪拌樁完整性的初探[J].土工基礎,2002,16(1)：51-53.

K928

B

1007-6344（2015）08-0143-01

蔣博林，1986年5月出生，男，籍貫四川廣安，研究生學歷，研究方向為道路橋梁工程檢測技術