摘要：反射波法是低應變測定混凝土樁樁身完整性的一種準確可靠、經(jīng)濟快捷的檢測方法。本文結合工程試樁，對反射波法應用于水泥攪拌樁的理論基礎、可行性、實(shí)際應用與可靠性進(jìn)行了分析，認為只要選擇合理，處理得當，在滿(mǎn)足一定的條件下，利用反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身完整性是可行的。同時(shí)也指出尚存在一定的局限性，需要認真研究和解決。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁樁身質(zhì)量反射波法檢測研究

  反射波法是低應變測定混凝土樁樁身完整性的一種檢測方法，其經(jīng)過(guò)多年的研究、應用及發(fā)展，該項技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟，事實(shí)證明它是一種準確可靠、經(jīng)濟快捷的檢測手段。

  近年來(lái)，隨著(zhù)深層攪拌樁在軟土地區的廣泛應用，工程上迫切需要一種能夠對此攪拌樁樁身質(zhì)量進(jìn)行快速有效地分析與評估的檢測手段。但是長(cháng)期以來(lái)，對攪拌樁樁身質(zhì)量的檢測往往只能依賴(lài)于鉆孔取芯或開(kāi)挖取樣等方法，這些方法盡管直接可靠，但由于其時(shí)間長(cháng)、成本高，所以很難對大批量的攪拌樁進(jìn)行綜合質(zhì)量評估，其結果也就難免以偏概全。

  因此，能否將應用于混凝土樁身質(zhì)量評價(jià)的反射波法成功地應用于攪拌樁，已經(jīng)成為樁基動(dòng)測界中一個(gè)迫切需要研究及解決的課題。在國內，到目前為止，反射波法攪拌樁樁身質(zhì)量還處于探索階段，盡管有許多學(xué)者與同行進(jìn)行過(guò)相關(guān)的研究，但是由于所檢測的對象具有相當的復雜性（地質(zhì)環(huán)境差異、樁身材料的非嚴格均勻性、樁周介質(zhì)阻抗與樁身介質(zhì)阻抗差異小、施工工藝的差異、測試現場(chǎng)條件的差異），其準確性與可靠性還有待進(jìn)一步提高與完善。本文結合近年來(lái)的工程實(shí)踐，就反射波法檢測水泥攪拌樁的應用談?wù)勔恍�體會(huì )與看法。

1理論基礎與可行性分析

  反射波法是建立在—維波動(dòng)理論的基礎上的。假設樁為質(zhì)地均勻、各向同性的—維線(xiàn)彈性體（樁的長(cháng)度遠大于直徑，且入射波波長(cháng)λ大于樁的直徑），當用手錘在樁頂敲擊時(shí)，產(chǎn)生的應力波在樁身傳播滿(mǎn)足—維波動(dòng)方程：

　　〖JZ（〗〖SX（〗�毆�2μ〖〗�歺��2〖SX）〗=〖SX（〗1〖〗Vc〖SX）〗〖SX（〗�毆�2μ〖〗�歵��2〖SX）〗〖JZ）〗〖JY〗（1）

　　�な街校篤c—〖WB〗縱波在樁身中的傳播速度，�ぁ糄W〗Vc=〖KF（〗E/ρ〖KF）〗；

　　E—樁身彈性模量；

　　ρ—樁身混凝土密度。

  當有入射波Fa從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2，將在兩種介質(zhì)的界面處產(chǎn)生反射波Fb與透射波Fc.經(jīng)求解可得：

〖JZ（〗Fb=Fa〖SX（〗α-1〖〗α+1〖SX）〗〖JZ）〗〖JY〗（2）〖JZ（〗Fc=Fa〖SX（〗2α〖〗α+1〖SX）〗〖JZ）〗〖JY〗（3）�な街校害�=〖SX（〗V���ヽ1�狝��1E��1〖〗V���ヽ2�狝��2E��2〖SX）〗=〖SX（〗Z��2〖〗Z��1〖SX）〗Z��1、Z��2分別為介質(zhì)1與介質(zhì)2的聲阻抗。

  公式（2）反映了彈性波在樁身中傳播時(shí)，反射波隨樁身截面阻抗變化而變化的關(guān)系。

  根據以上的理論基礎，反射波法檢測水泥攪拌樁必須滿(mǎn)足以下理論條件：

   （1）水泥攪拌樁是否可視為一維桿件。
   （2）水泥攪拌樁樁身材料是否可視為彈性材料。

   （3）水泥攪拌樁樁身波阻抗是否可以被識別。

  從目前工程上的應用來(lái)看，水泥攪拌樁樁徑多為50cm，樁長(cháng)多為8m以上，長(cháng)徑比一般在16以上，符合樁長(cháng)遠大于樁徑的理論條件，樁體可視為一維桿件。

  水泥攪拌樁是由水泥就地與地基土充分攪拌硬化而成，水泥土在受力初期，應力與應變關(guān)系基本上符合虎克定律�？梢暈閺椥圆牧希ㄒ�(jiàn)圖1）。

注：〖WB〗A��5、A����10��、A����15��、A����20��、A����25��表示水泥滲入比；〖DW〗a�瓀=（5，10，15，20，25）%

  與混凝土灌注樁相比，盡管水泥攪拌樁樁身波阻抗明顯要小，但目前大量的工程試驗資料證明，水泥攪拌樁樁身抗壓強度可達1.2MPa以上（425＃水泥，噴灰量50kg/m，齡期90d），其抗壓強度遠大于樁周土強度，基本符合—維波動(dòng)方程的理論假設。對實(shí)際工程樁的檢測也表明，一維壓縮波在水泥攪拌樁樁身以?xún)鹊娜肷�、透射、反射特征清晰�?/p>

  基于以上分析，反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量是可行的。

2實(shí)際應用與可靠性分析與檢測混凝土灌注樁相比，反射波法檢測水泥攪拌樁有著(zhù)其自身的特殊性。

  首先是檢測時(shí)確定檢測齡期的問(wèn)題。統計資料表明，到28d齡期時(shí)，水泥土的強度為設計強度的60%左右（見(jiàn)圖2），到90d齡期時(shí)才能達到設計要求。從檢測效果的角度出發(fā)，齡期越長(cháng)，強度越高，檢測效果越好。如果過(guò)早地進(jìn)行檢測，水泥土尚未完全硬化，水泥土的波阻抗與樁周土的波阻抗較為接近，則不滿(mǎn)足一維波動(dòng)方程的理論假設�；蛴捎阪R擊時(shí)，因為樁身整體強度不高，形成波形的低頻震蕩，導致無(wú)法進(jìn)行有效的分析與判斷。因此建議水泥攪拌樁最佳的檢測齡期為28d以后。

  其次由于水泥土無(wú)粗骨料，彈性波在水泥土內部傳遞時(shí)，介質(zhì)散射引起的衰減較小，而介質(zhì)吸收產(chǎn)生的衰減較大。為了取得良好的檢測效果，應盡可能破除樁頂松散層，打磨各測點(diǎn)，并選擇合適的振源，一般尼龍錘具有較好的指向性和穿透力。為減少彈性波的損失，應采用如黃油、凡士林一類(lèi)的膠狀或漿狀物質(zhì)作耦合劑。

  最后，選擇合理的波速成為一次成功檢測的關(guān)鍵，反射波測出的實(shí)際有效樁長(cháng)：

L=t c/2式中：t—彈性波由樁頂傳至樁底、經(jīng)反射后傳至樁頂的時(shí)間（由儀器測定）；

c—彈性波在樁身內傳播的波速，m/s.因此，波速的選擇直接影響到實(shí)測樁長(cháng)與缺陷位置判斷的準確性。波速選擇的越合理，越具代表性，實(shí)測樁長(cháng)的誤差就越小，反射波法檢測的可靠性就越高。

  我院曾于1996年在寧馬公路板橋段線(xiàn)外按線(xiàn)內工程樁設計要求（設計樁長(cháng)16.5m，水泥摻入比12%）同期制成三根試樁。1號樁為樁長(cháng)低于設計樁長(cháng)的短樁，2號樁為按設計要求制成的完整樁，3號樁為只在某一段面減停噴灰量的缺陷樁。成樁14d后，對其進(jìn)行檢測。首先檢測2號樁，并將其作為標準參考樁。實(shí)測波形清晰，樁底反射明顯（見(jiàn)圖3）。按設計樁長(cháng)16.5m可計算出波速為1280m/s，可將其作為另兩根樁的經(jīng)驗波速。隨后檢測1號樁，運用2號樁的經(jīng)驗波速可測出1號樁實(shí)際有效樁長(cháng)為14.88m（見(jiàn)圖4），同樣測出3號樁缺陷位置在9.79m處（見(jiàn)圖5）。進(jìn)一步可對線(xiàn)內同期工程樁進(jìn)行快速普測，取得了非常好的效果。

  實(shí)踐證明，只要選擇合理，處理得當，在滿(mǎn)足一定的條件下，完全可以利用反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身完整性。

3不確定因素與局限性盡管反射波法檢測水泥攪拌性有著(zhù)快速、可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍有其一定的局限性。

  首先，經(jīng)驗波速隨著(zhù)齡期、強度、水泥含量、土樣含水量變化存在著(zhù)明顯的不確定性，造成經(jīng)驗波速范圍波動(dòng)過(guò)大，直接造成檢測結果誤差增大。而為取得有代表性的經(jīng)驗波速，在工程樁同期打試樁，既不太可能也不太實(shí)際。所以這還得通過(guò)今后不斷的積累和完善，建立起一套完整的經(jīng)驗波速與各影響因素的相關(guān)數據庫，才能真正使反射波法檢測水泥攪拌樁走向應用。

  其次，反射波法應用的對象應是一彈性的均勻體，而目前落后的施工工藝造成的樁身不均勻性，也制約著(zhù)反射波法檢測水泥攪拌樁的應用。有時(shí)因攪拌不充分造成的水泥層狀、片狀分布將會(huì )令反射波法很難甚至無(wú)法分析。

4結束語(yǔ)總之，反射波法檢測水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量目前還處于探索、發(fā)展階段。反射波法在一定條件下可以對水泥攪拌樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測，但還需綜合采用其它一些方法如取芯、載荷試驗等對樁身進(jìn)行綜合評價(jià).