反射波法在水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

蔣博林 吳姍姍

（重慶建工第三建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 400042）

反射波法在水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

蔣博林 吳姍姍

（重慶建工第三建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 400042）

反射波法作為一種檢測(cè)方法，具有經(jīng)濟(jì)、快捷的優(yōu)勢(shì)，多用于混凝土樁樁身的檢測(cè)中。通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，反射波法作為一種檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。本文將對(duì)反射波法應(yīng)用于水泥攪拌樁的理論基礎(chǔ)和可行性、可靠性以及實(shí)際應(yīng)用做出簡(jiǎn)要的分析，以證實(shí)在檢測(cè)水泥攪拌樁的完整性中運(yùn)用反射波法是可行的。

水泥攪拌樁；反射波法；應(yīng)用

前言：

傳統(tǒng)的攪拌樁檢測(cè)樁身的方法是開挖取樣和轉(zhuǎn)孔取芯這兩種方法，這些傳統(tǒng)的檢測(cè)方法得出來的檢測(cè)結(jié)果雖然可靠性高，但是也存在著成本高，時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。隨著深層攪拌樁的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已經(jīng)很難滿足大規(guī)模攪拌樁的綜合質(zhì)量評(píng)估，工程施工過程中迫切需要一種能對(duì)攪拌樁樁身質(zhì)量進(jìn)行高效評(píng)估和分析的檢測(cè)手段。將反射波法運(yùn)用到檢測(cè)水泥攪拌樁樁身質(zhì)量上的這種檢測(cè)方法，在我國(guó)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(zhǎng)或均勻性，如何根據(jù)不同的平均波速來估計(jì)水泥土樁的強(qiáng)度等級(jí)將成為一個(gè)迫切需要解決和研究的課題。

一、理論基礎(chǔ)和可行性分析

根據(jù)一維理論的基礎(chǔ)，我們建立了反射波法，通過設(shè)想樁是各項(xiàng)同性的一維線彈性體，并且樁的質(zhì)地均勻。樁頂部在動(dòng)態(tài)力的作用下，縱向波動(dòng)的彈性體，根據(jù)一維波動(dòng)理論作為基礎(chǔ)的樁涂體動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

圖1 反射波法原理示意圖

這個(gè)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(guān)系，力學(xué)阻抗Z 是其比例系數(shù)( ACZ ρ= )。

設(shè)想入射波F1在阻抗Z1和阻抗Z2之間傳播，那么就會(huì)有反射波FR和透射波FT在兩種介質(zhì)的界面處產(chǎn)生，經(jīng)過一系列的求解可得：

從公式（2）我們可以看出，當(dāng)樁身有彈性波傳播時(shí)，樁身的截面抗阻如果發(fā)生變化，那么反射波也會(huì)隨之變化。根據(jù)理論，水泥攪拌樁中運(yùn)用反射波法有幾個(gè)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(shí)別波阻抗。

我國(guó)目前的工程規(guī)范要求，水泥攪拌樁的樁直徑一般不少于0.5m，樁的長(zhǎng)度一般是100cm左右，長(zhǎng)徑比一般在16以上，和樁徑小于樁長(zhǎng)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(jìn)行充分的攪拌就形成水泥攪拌樁，受力初期的水泥土的應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力符合室內(nèi)模型試驗(yàn)和水泥土樁的加固機(jī)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(dá)到 1.2Mpa的抗壓強(qiáng)度，樁周土的抗壓強(qiáng)度明顯小于樁身的抗壓強(qiáng)度，這一現(xiàn)象也和一維波動(dòng)方程的理論假設(shè)相符合。由此看來，水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量可以用反射波法來進(jìn)行檢測(cè)。

二、可靠性分析和實(shí)際應(yīng)用

2.1 水泥攪拌樁采用反射波法檢測(cè)的可靠性分析

在利用反射波法對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)首先要確定的就是檢測(cè)齡期的問題。

根據(jù)實(shí)踐表明，在第28天的時(shí)候，水泥強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的百分之六十，水泥強(qiáng)度在第90天的時(shí)候才能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求。因此，想要達(dá)到好的檢測(cè)效果，就需要水泥的齡期長(zhǎng)。水泥還沒有完全硬化的情況下進(jìn)行檢測(cè)，這時(shí)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(dòng)方程式的假設(shè)，最終影響檢測(cè)判斷和檢測(cè)結(jié)果。因此，水泥攪拌樁在運(yùn)用反射波法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最佳檢測(cè)齡期是在28天以后。

水泥土的組成中沒有粗骨料的成分，當(dāng)水泥土的內(nèi)部有彈性波傳遞的時(shí)候，介質(zhì)吸收時(shí)產(chǎn)生較大的衰減，介質(zhì)散射時(shí)引起的衰減較少。想要取得準(zhǔn)備的檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)該盡量將樁頂?shù)乃绍泴悠瞥?，把各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行打磨，選擇合適的振源。

想要獲得成功的檢測(cè)除了以上兩方面外，合理的波速選擇的關(guān)鍵所在，波速選擇合理性，將直接對(duì)缺陷位置和實(shí)際的樁長(zhǎng)的準(zhǔn)確性判斷產(chǎn)生影響。選擇合理波速測(cè)出的誤差較小，進(jìn)而在反射波發(fā)在水泥攪拌樁的檢測(cè)中檢測(cè)結(jié)果就更具可靠性。

2.2 水泥攪拌樁采用反射波法檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用

在某樁基檢測(cè)研究所2014年檢測(cè)的一項(xiàng)工程實(shí)例中，該工程的設(shè)計(jì)的要求制作了三根水泥攪拌試樁。設(shè)計(jì)要求的樁長(zhǎng)為4米，樁徑為700mm，水泥摻入比為12%。1號(hào)樁是按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)要求制作的完樁，2號(hào)樁是短樁，它的樁長(zhǎng)比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)低。在第14天后，樁基檢測(cè)研究所利用反射波法進(jìn)行檢測(cè)，先對(duì)1號(hào)樁進(jìn)行檢測(cè)，并把它作為標(biāo)準(zhǔn)參考樁，在實(shí)際的檢測(cè)過程中，樁底的反射明顯并且波形清晰。并通過設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)算出波速，同樣運(yùn)用檢測(cè)1號(hào)樁的經(jīng)驗(yàn)波速檢測(cè)出2號(hào)樁的實(shí)際樁長(zhǎng)比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)短。如圖2、圖3所示。根據(jù)檢測(cè)兩根樁得出的數(shù)據(jù)，對(duì)同期的所有工程樁進(jìn)行了快速的普測(cè)，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(jù)實(shí)踐，我們可以看出只要在一定的條件下進(jìn)行合理的選擇，反射波發(fā)完全可以用于水泥攪拌樁的檢測(cè)。從這個(gè)實(shí)際水泥攪拌樁運(yùn)用反射波法檢測(cè)項(xiàng)目中，我們可以看出水泥攪拌樁采用反射波法檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用可以分為以下幾方面：

（1）校核樁長(zhǎng)

當(dāng)水泥攪拌樁的樁底有明顯的實(shí)測(cè)波形時(shí)，根據(jù)已知樁長(zhǎng)就可以計(jì)算出波速，根據(jù)已知波速也可以計(jì)算出樁長(zhǎng)。如果出現(xiàn)不確定樁長(zhǎng)的情況，可以通過假設(shè)波速，計(jì)算出樁長(zhǎng)。如果在同一個(gè)工地檢測(cè)是出現(xiàn)了個(gè)別的樁的樁波高的異常，那么這個(gè)樁不是缺陷樁就是短樁。

（2）檢測(cè)樁身均勻

按照反射波法得出的速度或加速度時(shí)呈現(xiàn)的時(shí)程曲線形態(tài)，如果時(shí)程曲線旨在水泥攪拌樁的樁底部進(jìn)行反射，入射波和反射波同相位，那么，根據(jù)混凝土樁身的理論來說，這個(gè)樁的樁身是完整的，樁身的水泥土的密集度數(shù)連續(xù)均勻的，樁身的抗阻也不會(huì)有太大的變化。

（3）判斷混凝土強(qiáng)度等級(jí)

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

結(jié)束語：

水泥攪拌樁的檢測(cè)運(yùn)用反射波進(jìn)行檢測(cè)這種方法還在探索和發(fā)展中。在實(shí)際的檢測(cè)過程中要根據(jù)具體情況具體對(duì)待。檢測(cè)人員要抱著嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的態(tài)度在工作過程中進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，把誤差降到最小，為建設(shè)高質(zhì)量高水準(zhǔn)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(yīng)用檢測(cè)的相關(guān)研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(19).

[2]閻春年,吉虎.應(yīng)用反射波法檢測(cè)水泥攪拌樁完整性的初探[J].土工基礎(chǔ),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(xué)歷，研究方向?yàn)榈缆窐蛄汗こ虣z測(cè)技術(shù)