安國(guó)順，劉澤宇，朱瑞龍

(大興安嶺地區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，黑龍江 加格達(dá)奇 165000)

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水泥混凝土模擬樁試驗(yàn)分析

安國(guó)順，劉澤宇，朱瑞龍

(大興安嶺地區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，黑龍江 加格達(dá)奇 165000)

通過制作模擬樁，利用低應(yīng)變法檢測(cè)得到不同樁身下的波形，分析其波形特點(diǎn)，并結(jié)合反射波法檢測(cè)理論對(duì)不同樁身出現(xiàn)的波形特點(diǎn)進(jìn)行解釋。發(fā)現(xiàn)了利用反射波法檢測(cè)水泥攪拌樁可以很好的檢測(cè)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(qiáng)度間的相互影響關(guān)系。

水泥攪拌樁；低應(yīng)變法；波速

1 模擬樁制作

為了研究低應(yīng)變法在不同土質(zhì)的水泥攪拌樁中檢測(cè)效果，本文通過土質(zhì)的不同進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，共制作5個(gè)模擬樁，并采用不同的水泥摻入量和含水率來研究強(qiáng)度與波速的關(guān)系。模擬樁共包括完整樁、缺陷和斷層三種類型。

2 結(jié)果分析

2.1 完整樁

完整樁是指樁身形狀規(guī)則沒有擴(kuò)、縮徑現(xiàn)象，不存在離析夾泥等樁身缺陷并且樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的樁。

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

2.2 缺陷樁

在工程中缺陷樁的類型主要有擴(kuò)頸、縮頸、夾泥、離析等。由于采用的鋼模制件不能制作擴(kuò)頸截面，為了使模擬樁更貼近與實(shí)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(kuò)頸相似。

在時(shí)域波形圖中，擴(kuò)頸樁波阻抗有變化截面，波形在波阻抗增加截面處發(fā)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(gè)波谷，波谷處代表了缺陷在樁身中的位置。波形分析結(jié)果看樁長(zhǎng)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(fā)生斷裂、樁體不連續(xù)的樁。在用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，反射波到達(dá)斷裂截面時(shí)發(fā)生反射不會(huì)在向下發(fā)生傳遞，反射波到達(dá)樁底定后又會(huì)發(fā)生反射如此反復(fù)。

在時(shí)域波形圖中，可以看出當(dāng)樁體發(fā)生斷裂時(shí)，波形呈尖峰狀樁波峰波谷依次交替，波形整齊形狀規(guī)則。

3 波速值的影響因素分析

3.1 低應(yīng)變波速和強(qiáng)度

低應(yīng)變法就是通過對(duì)不同齡期下的模擬樁進(jìn)行檢測(cè)，得到其在不同齡期下的波速平均值，詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。強(qiáng)度的測(cè)量是通過對(duì)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(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到其在不同養(yǎng)護(hù)齡期下的強(qiáng)度平均值，詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表1 低應(yīng)變法測(cè)定波速值

通過對(duì)表1和表2數(shù)據(jù)可得到低應(yīng)變反射波法測(cè)定波速值和強(qiáng)度之間具有規(guī)律性的關(guān)系趨勢(shì)，如圖1所示。

表2 強(qiáng)度值

圖1 模擬樁的波速和強(qiáng)度關(guān)系圖

對(duì)低應(yīng)變波速和強(qiáng)度值利用散點(diǎn)圖進(jìn)行回歸分析，可以得到強(qiáng)度和波速之間存在如下關(guān)系式

P=0.210 5e0.001 6c

R2=0.984 3

其中P為抗壓強(qiáng)度值、c為低應(yīng)變測(cè)出的波速值。

3.2 低應(yīng)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(jìn)行變形模量測(cè)試，得到低應(yīng)變波速C、變形模量E、抗壓強(qiáng)度P、和密度ρ的試驗(yàn)數(shù)，對(duì)變形模量和低應(yīng)變波速數(shù)據(jù)整理如圖2。

圖2 低應(yīng)變測(cè)量波速值和變形模量的關(guān)系圖

對(duì)聲低應(yīng)變法波速和變形模量值利用散點(diǎn)圖進(jìn)行回歸分析，可以得到兩者之間存在較好地相關(guān)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(yīng)變反射波法測(cè)出的波速值，m/s。

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

3.3 低應(yīng)變波速和密度

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)低應(yīng)變波速和密度之間的關(guān)系進(jìn)行回歸，如圖3。

對(duì)低應(yīng)變波速和密度值利用散點(diǎn)圖進(jìn)行回歸分析，可以得到強(qiáng)度和波速之間存在如下關(guān)系式

ρ=0.000 2C+0.419 3

其中：ρ為密度，kg/mm2；C為低應(yīng)變法測(cè)得波速。

圖3 密度和低應(yīng)變波速值關(guān)系圖

通過對(duì)密度和波速進(jìn)行回歸處理，可以看出波速和密度之間近乎直線關(guān)系，其相關(guān)系數(shù) =0.982，密度是可以很好的反應(yīng)波速的因素之一。

3.4 各因素和波速的關(guān)系

上文通過對(duì)波速和強(qiáng)度、變形模量、密度之間的研究，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)系數(shù)的大小可以看出各影響因素對(duì)波速的影響大小，各變形模量的相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 波速影響因素相關(guān)系數(shù)比較

從表格可以看出強(qiáng)度和波速的相關(guān)系數(shù)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(guān)性，即波速值會(huì)有隨著各影響因素直線增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

本文通過對(duì)5個(gè)模擬樁進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，得出了以下結(jié)論。

(1)通過對(duì)模擬樁的試驗(yàn)，得出了完整樁、缺陷樁和斷樁的波形圖特點(diǎn)；

(2)通過對(duì)波速與變形模量、密度和強(qiáng)度間的影響進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)密度和波速之間存在很好的線性關(guān)系，彈性模量和波速之間存在較好的二次方程關(guān)系，強(qiáng)度和波速值之間存在很好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系；

(3)通過對(duì)相關(guān)系數(shù)R的比較可知，各中影響因素都和波速有很好的相關(guān)性，但是強(qiáng)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(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)碩士論文,2012.

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

[3] 李晴.基樁缺陷反射波法檢測(cè)數(shù)值模擬分析[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

2015-10-09

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