反射波法在水泥搅拌桩质量检测中的应用

蒋博林 吴姗姗

（重庆建工第三建设有限责任公司，重庆 400042）

反射波法在水泥搅拌桩质量检测中的应用

蒋博林 吴姗姗

（重庆建工第三建设有限责任公司，重庆 400042）

反射波法作为一种检测方法，具有经济、快捷的优势，多用于混凝土桩桩身的检测中。通过多年的实践经验，反射波法作为一种检测技术已经逐渐走向成熟。本文将对反射波法应用于水泥搅拌桩的理论基础和可行性、可靠性以及实际应用做出简要的分析，以证实在检测水泥搅拌桩的完整性中运用反射波法是可行的。

水泥搅拌桩；反射波法；应用

前言：

传统的搅拌桩检测桩身的方法是开挖取样和转孔取芯这两种方法，这些传统的检测方法得出来的检测结果虽然可靠性高，但是也存在着成本高，时间长等缺点。随着深层搅拌桩的广泛应用，传统的检测方法已经很难满足大规模搅拌桩的综合质量评估，工程施工过程中迫切需要一种能对搅拌桩桩身质量进行高效评估和分析的检测手段。将反射波法运用到检测水泥搅拌桩桩身质量上的这种检测方法，在我国还处在探索阶段。如何有效的利用反射波法得到的加速度曲线特征来判断搅拌桩的桩长或均匀性，如何根据不同的平均波速来估计水泥土桩的强度等级将成为一个迫切需要解决和研究的课题。

一、理论基础和可行性分析

根据一维理论的基础，我们建立了反射波法，通过设想桩是各项同性的一维线弹性体，并且桩的质地均匀。桩顶部在动态力的作用下，纵向波动的弹性体，根据一维波动理论作为基础的桩涂体动态响应。

图1 反射波法原理示意图

这个公式中A表示桩身面积；E表示桩身弹性模量；V表示纵波在桩身中的传播速度；C表示波速；ρ表示桩身混凝土的密度。

从公式（1）我们可以看出，速度和力是成比例的关系，力学阻抗Z 是其比例系数( ACZ ρ= )。

设想入射波F1在阻抗Z1和阻抗Z2之间传播，那么就会有反射波FR和透射波FT在两种介质的界面处产生，经过一系列的求解可得：

从公式（2）我们可以看出，当桩身有弹性波传播时，桩身的截面抗阻如果发生变化，那么反射波也会随之变化。根据理论，水泥搅拌桩中运用反射波法有几个理论条件需要满足：（1）、水泥搅拌桩桩身的材料是否可以看做是弹性材料；（2）、水泥搅拌桩是否可以看做是一维杆；（3）、水泥搅拌桩桩身可否识别波阻抗。

我国目前的工程规范要求，水泥搅拌桩的桩直径一般不少于0.5m，桩的长度一般是100cm左右，长径比一般在16以上，和桩径小于桩长的理论条件想符合。由此看来，我们可以把水泥搅拌桩的桩体看做是一维杆体。利用水泥等材料就地和地基软土和固化剂进行充分的搅拌就形成水泥搅拌桩，受力初期的水泥土的应变关系和应力符合室内模型试验和水泥土桩的加固机理。因此，水泥搅拌桩的桩体可以看做是弹性材料。大量的资料证明，水泥搅拌桩的桩身可达到 1.2Mpa的抗压强度，桩周土的抗压强度明显小于桩身的抗压强度，这一现象也和一维波动方程的理论假设相符合。由此看来，水泥搅拌桩的桩身质量可以用反射波法来进行检测。

二、可靠性分析和实际应用

2.1 水泥搅拌桩采用反射波法检测的可靠性分析

在利用反射波法对水泥搅拌桩进行检测时首先要确定的就是检测龄期的问题。

根据实践表明，在第28天的时候，水泥强度达到设计强度的百分之六十，水泥强度在第90天的时候才能达到设计强度的要求。因此，想要达到好的检测效果，就需要水泥的龄期长。水泥还没有完全硬化的情况下进行检测，这时候水泥的波阻抗接近与桩周土的波阻抗，这种情况下，就不符合一维波动方程式的假设，最终影响检测判断和检测结果。因此，水泥搅拌桩在运用反射波法进行检测时，最佳检测龄期是在28天以后。

水泥土的组成中没有粗骨料的成分，当水泥土的内部有弹性波传递的时候，介质吸收时产生较大的衰减，介质散射时引起的衰减较少。想要取得准备的检测结果，应该尽量将桩顶的松软层破除，把各个测试点进行打磨，选择合适的振源。

想要获得成功的检测除了以上两方面外，合理的波速选择的关键所在，波速选择合理性，将直接对缺陷位置和实际的桩长的准确性判断产生影响。选择合理波速测出的误差较小，进而在反射波发在水泥搅拌桩的检测中检测结果就更具可靠性。

2.2 水泥搅拌桩采用反射波法检测的实际应用

在某桩基检测研究所2014年检测的一项工程实例中，该工程的设计的要求制作了三根水泥搅拌试桩。设计要求的桩长为4米，桩径为700mm，水泥掺入比为12%。1号桩是按设计桩长要求制作的完桩，2号桩是短桩，它的桩长比设计桩长低。在第14天后，桩基检测研究所利用反射波法进行检测，先对1号桩进行检测，并把它作为标准参考桩，在实际的检测过程中，桩底的反射明显并且波形清晰。并通过设计桩长算出波速，同样运用检测1号桩的经验波速检测出2号桩的实际桩长比设计桩长短。如图2、图3所示。根据检测两根桩得出的数据，对同期的所有工程桩进行了快速的普测，并且取得了良好的效果。

图2 水泥搅拌桩正常反射曲线

图3 非正常反射曲线

根据实践，我们可以看出只要在一定的条件下进行合理的选择，反射波发完全可以用于水泥搅拌桩的检测。从这个实际水泥搅拌桩运用反射波法检测项目中，我们可以看出水泥搅拌桩采用反射波法检测的实际应用可以分为以下几方面：

（1）校核桩长

当水泥搅拌桩的桩底有明显的实测波形时，根据已知桩长就可以计算出波速，根据已知波速也可以计算出桩长。如果出现不确定桩长的情况，可以通过假设波速，计算出桩长。如果在同一个工地检测是出现了个别的桩的桩波高的异常，那么这个桩不是缺陷桩就是短桩。

（2）检测桩身均匀

按照反射波法得出的速度或加速度时呈现的时程曲线形态，如果时程曲线旨在水泥搅拌桩的桩底部进行反射，入射波和反射波同相位，那么，根据混凝土桩身的理论来说，这个桩的桩身是完整的，桩身的水泥土的密集度数连续均匀的，桩身的抗阻也不会有太大的变化。

（3）判断混凝土强度等级

混凝土强度等级和反射波波速之间是成正比的，强度越高，波速也就越高。反之，波速低了说明桩的强度等级也低。如果在检测桩身是反射波的平均波速低，那么这个桩不是局部有缺陷就是混凝土强度低。

结束语：

水泥搅拌桩的检测运用反射波进行检测这种方法还在探索和发展中。在实际的检测过程中要根据具体情况具体对待。检测人员要抱着严谨负责的态度在工作过程中进行严格的检测，把误差降到最小，为建设高质量高水准的桩基工程作出不懈努力。

[1]陈建萍.水泥搅拌桩施工过程中反射波法应用检测的相关研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(19).

[2]阎春年,吉虎.应用反射波法检测水泥搅拌桩完整性的初探[J].土工基础,2002,16(1)：51-53.

K928

B

1007-6344（2015）08-0143-01

蒋博林，1986年5月出生，男，籍贯四川广安，研究生学历，研究方向为道路桥梁工程检测技术