水泥混凝土模拟桩试验分析

安国顺，刘泽宇，朱瑞龙

(大兴安岭地区公路工程质量监督站，黑龙江 加格达奇 165000)



水泥混凝土模拟桩试验分析

安国顺，刘泽宇，朱瑞龙

(大兴安岭地区公路工程质量监督站，黑龙江 加格达奇 165000)

通过制作模拟桩，利用低应变法检测得到不同桩身下的波形，分析其波形特点，并结合反射波法检测理论对不同桩身出现的波形特点进行解释。发现了利用反射波法检测水泥搅拌桩可以很好的检测出桩身存在缺陷的位置，并通过回归分析得出了波速值与变形模量、密度和强度间的相互影响关系。

水泥搅拌桩；低应变法；波速

1 模拟桩制作

为了研究低应变法在不同土质的水泥搅拌桩中检测效果，本文通过土质的不同进行对比试验，共制作5个模拟桩，并采用不同的水泥掺入量和含水率来研究强度与波速的关系。模拟桩共包括完整桩、缺陷和断层三种类型。

2 结果分析

2.1 完整桩

完整桩是指桩身形状规则没有扩、缩径现象，不存在离析夹泥等桩身缺陷并且桩长达到设计要求的桩。

不管土质特性有什么不同，在用低应变反射波法检测时完整桩的波形都有相同变化规律，仅有波速的不同而已，因此在下文中仅以一种土质类型的桩进行分析。这类桩无波阻抗变化界面，只有在桩底截面处发生反射，反射的波形被接收后经过滤波等处理，最终得到的波形中只有一个明显的桩底反射波峰，入射波峰和反射波峰之间相对平缓。

2.2 缺陷桩

在工程中缺陷桩的类型主要有扩颈、缩颈、夹泥、离析等。由于采用的钢模制件不能制作扩颈截面，为了使模拟桩更贴近与实际工程桩，采用较少水泥掺入量且在某截面处搅拌较多的水泥的方法来模拟缺陷桩波阻抗变化，使其反射波形与扩颈相似。

在时域波形图中，扩颈桩波阻抗有变化截面，波形在波阻抗增加截面处发生反射先接收器接收，因此在最终的波形中在入射波峰和桩底反射波峰之间存在一个波谷，波谷处代表了缺陷在桩身中的位置。波形分析结果看桩长为1.2 m，缺陷在距离桩头0.5 m处，波速为1 026 m/s。

2.3 断桩

断桩就是因某些原因桩体发生断裂、桩体不连续的桩。在用低应变反射波法进行检测时，反射波到达断裂截面时发生反射不会在向下发生传递，反射波到达桩底定后又会发生反射如此反复。

在时域波形图中，可以看出当桩体发生断裂时，波形呈尖峰状桩波峰波谷依次交替，波形整齐形状规则。

3 波速值的影响因素分析

3.1 低应变波速和强度

低应变法就是通过对不同龄期下的模拟桩进行检测，得到其在不同龄期下的波速平均值，详细试验数据见表1。强度的测量是通过对与模拟桩同条件下制作的70.5 cm3×70.5 cm3×70.5 cm3的立方体试模进行无侧限抗压强度试验，得到其在不同养护龄期下的强度平均值，详细试验数据见表2。

表1 低应变法测定波速值

通过对表1和表2数据可得到低应变反射波法测定波速值和强度之间具有规律性的关系趋势，如图1所示。

表2 强度值

图1 模拟桩的波速和强度关系图

对低应变波速和强度值利用散点图进行回归分析，可以得到强度和波速之间存在如下关系式

P=0.210 5e0.001 6c

R2=0.984 3

其中P为抗压强度值、c为低应变测出的波速值。

3.2 低应变波速和变形模量

制作和模拟桩相同配合比的试件，同龄期下进行变形模量测试，得到低应变波速C、变形模量E、抗压强度P、和密度ρ的试验数，对变形模量和低应变波速数据整理如图2。

图2 低应变测量波速值和变形模量的关系图

对声低应变法波速和变形模量值利用散点图进行回归分析，可以得到两者之间存在较好地相关性，公式如下

E=1.8×10-9x2-4.3×10-6+0.003

式中：E为水泥搅拌桩变形模量，MPa；C为低应变反射波法测出的波速值，m/s。

两者的相关系数0.972，表示波速和变形模量之间存在着二次函数关系，证明了波速值是一个可以很好地反应水泥搅拌桩弹性模量值的参数。

3.3 低应变波速和密度

由试验数据对低应变波速和密度之间的关系进行回归，如图3。

对低应变波速和密度值利用散点图进行回归分析，可以得到强度和波速之间存在如下关系式

ρ=0.000 2C+0.419 3

其中：ρ为密度，kg/mm2；C为低应变法测得波速。

图3 密度和低应变波速值关系图

通过对密度和波速进行回归处理，可以看出波速和密度之间近乎直线关系，其相关系数 =0.982，密度是可以很好的反应波速的因素之一。

3.4 各因素和波速的关系

上文通过对波速和强度、变形模量、密度之间的研究，并对试验数据进行回归分析，得出波速和影响因素之间的回归方程。通过其相关系数的大小可以看出各影响因素对波速的影响大小，各变形模量的相关系数见表3。

表3 波速影响因素相关系数比较

从表格可以看出强度和波速的相关系数最大，密度次之，变形模量最小。但是三者之间的差距很小，而且都非常接近1，三者都与波速有较好的直线相关性，即波速值会有随着各影响因素直线增长的趋势。

4 结 论

本文通过对5个模拟桩进行对比试验分析，得出了以下结论。

(1)通过对模拟桩的试验，得出了完整桩、缺陷桩和断桩的波形图特点；

(2)通过对波速与变形模量、密度和强度间的影响进行回归分析，发现密度和波速之间存在很好的线性关系，弹性模量和波速之间存在较好的二次方程关系，强度和波速值之间存在很好的指数函数关系；

(3)通过对相关系数R的比较可知，各中影响因素都和波速有很好的相关性，但是强度最好，弹性模量次之，密度最差。

[1] 周益红.水泥搅拌桩在公路互通立交软基处理工程中的应用研究[D].华南理工大学硕士论文,2012.

[2] 艾志伟,邓通发.水泥土强度的影响因素研究进展[J].公路,2014,(1):195-199.

[3] 李晴.基桩缺陷反射波法检测数值模拟分析[D].西南交通大学硕士学位论文,2012.

2015-10-09

U442

C

1008-3383(2016)07-0076-02