水泥混凝土模擬樁試驗分析

安國順，劉澤宇，朱瑞龍

(大興安嶺地區公路工程質量監督站，黑龍江 加格達奇 165000)

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水泥混凝土模擬樁試驗分析

安國順，劉澤宇，朱瑞龍

(大興安嶺地區公路工程質量監督站，黑龍江 加格達奇 165000)

通過制作模擬樁，利用低應變法檢測得到不同樁身下的波形，分析其波形特點，并結合反射波法檢測理論對不同樁身出現的波形特點進行解釋。發現了利用反射波法檢測水泥攪拌樁可以很好的檢測出樁身存在缺陷的位置，并通過回歸分析得出了波速值與變形模量、密度和強度間的相互影響關系。

水泥攪拌樁；低應變法；波速

1 模擬樁制作

為了研究低應變法在不同土質的水泥攪拌樁中檢測效果，本文通過土質的不同進行對比試驗，共制作5個模擬樁，并采用不同的水泥摻入量和含水率來研究強度與波速的關系。模擬樁共包括完整樁、缺陷和斷層三種類型。

2 結果分析

2.1 完整樁

完整樁是指樁身形狀規則沒有擴、縮徑現象，不存在離析夾泥等樁身缺陷并且樁長達到設計要求的樁。

不管土質特性有什么不同，在用低應變反射波法檢測時完整樁的波形都有相同變化規律，僅有波速的不同而已，因此在下文中僅以一種土質類型的樁進行分析。這類樁無波阻抗變化界面，只有在樁底截面處發生反射，反射的波形被接收后經過濾波等處理，最終得到的波形中只有一個明顯的樁底反射波峰，入射波峰和反射波峰之間相對平緩。

2.2 缺陷樁

在工程中缺陷樁的類型主要有擴頸、縮頸、夾泥、離析等。由于采用的鋼模制件不能制作擴頸截面，為了使模擬樁更貼近與實際工程樁，采用較少水泥摻入量且在某截面處攪拌較多的水泥的方法來模擬缺陷樁波阻抗變化，使其反射波形與擴頸相似。

在時域波形圖中，擴頸樁波阻抗有變化截面，波形在波阻抗增加截面處發生反射先接收器接收，因此在最終的波形中在入射波峰和樁底反射波峰之間存在一個波谷，波谷處代表了缺陷在樁身中的位置。波形分析結果看樁長為1.2 m，缺陷在距離樁頭0.5 m處，波速為1 026 m/s。

2.3 斷樁

斷樁就是因某些原因樁體發生斷裂、樁體不連續的樁。在用低應變反射波法進行檢測時，反射波到達斷裂截面時發生反射不會在向下發生傳遞，反射波到達樁底定后又會發生反射如此反復。

在時域波形圖中，可以看出當樁體發生斷裂時，波形呈尖峰狀樁波峰波谷依次交替，波形整齊形狀規則。

3 波速值的影響因素分析

3.1 低應變波速和強度

低應變法就是通過對不同齡期下的模擬樁進行檢測，得到其在不同齡期下的波速平均值，詳細試驗數據見表1。強度的測量是通過對與模擬樁同條件下制作的70.5 cm3×70.5 cm3×70.5 cm3的立方體試模進行無側限抗壓強度試驗，得到其在不同養護齡期下的強度平均值，詳細試驗數據見表2。

表1 低應變法測定波速值

通過對表1和表2數據可得到低應變反射波法測定波速值和強度之間具有規律性的關系趨勢，如圖1所示。

表2 強度值

圖1 模擬樁的波速和強度關系圖

對低應變波速和強度值利用散點圖進行回歸分析，可以得到強度和波速之間存在如下關系式

P=0.210 5e0.001 6c

R2=0.984 3

其中P為抗壓強度值、c為低應變測出的波速值。

3.2 低應變波速和變形模量

制作和模擬樁相同配合比的試件，同齡期下進行變形模量測試，得到低應變波速C、變形模量E、抗壓強度P、和密度ρ的試驗數，對變形模量和低應變波速數據整理如圖2。

圖2 低應變測量波速值和變形模量的關系圖

對聲低應變法波速和變形模量值利用散點圖進行回歸分析，可以得到兩者之間存在較好地相關性，公式如下

E=1.8×10-9x2-4.3×10-6+0.003

式中：E為水泥攪拌樁變形模量，MPa；C為低應變反射波法測出的波速值，m/s。

兩者的相關系數0.972，表示波速和變形模量之間存在著二次函數關系，證明了波速值是一個可以很好地反應水泥攪拌樁彈性模量值的參數。

3.3 低應變波速和密度

由試驗數據對低應變波速和密度之間的關系進行回歸，如圖3。

對低應變波速和密度值利用散點圖進行回歸分析，可以得到強度和波速之間存在如下關系式

ρ=0.000 2C+0.419 3

其中：ρ為密度，kg/mm2；C為低應變法測得波速。

圖3 密度和低應變波速值關系圖

通過對密度和波速進行回歸處理，可以看出波速和密度之間近乎直線關系，其相關系數 =0.982，密度是可以很好的反應波速的因素之一。

3.4 各因素和波速的關系

上文通過對波速和強度、變形模量、密度之間的研究，并對試驗數據進行回歸分析，得出波速和影響因素之間的回歸方程。通過其相關系數的大小可以看出各影響因素對波速的影響大小，各變形模量的相關系數見表3。

表3 波速影響因素相關系數比較

從表格可以看出強度和波速的相關系數最大，密度次之，變形模量最小。但是三者之間的差距很小，而且都非常接近1，三者都與波速有較好的直線相關性，即波速值會有隨著各影響因素直線增長的趨勢。

4 結 論

本文通過對5個模擬樁進行對比試驗分析，得出了以下結論。

(1)通過對模擬樁的試驗，得出了完整樁、缺陷樁和斷樁的波形圖特點；

(2)通過對波速與變形模量、密度和強度間的影響進行回歸分析，發現密度和波速之間存在很好的線性關系，彈性模量和波速之間存在較好的二次方程關系，強度和波速值之間存在很好的指數函數關系；

(3)通過對相關系數R的比較可知，各中影響因素都和波速有很好的相關性，但是強度最好，彈性模量次之，密度最差。

[1] 周益紅.水泥攪拌樁在公路互通立交軟基處理工程中的應用研究[D].華南理工大學碩士論文,2012.

[2] 艾志偉,鄧通發.水泥土強度的影響因素研究進展[J].公路,2014,(1):195-199.

[3] 李晴.基樁缺陷反射波法檢測數值模擬分析[D].西南交通大學碩士學位論文,2012.

2015-10-09

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1008-3383(2016)07-0076-02