2013 年岩土工程师综合知识辅导：反射波法检测水泥搅拌桩的应用

摘要：反射波法是低应变测定混凝土桩桩身完整性的一种准确可靠、经济快捷的检测方法。本文结
合工程试桩，对反射波法应用于水泥搅拌桩的理论基础、可行性、实际应用与可靠性进行了分析，
认为只要选择合理，处理得当，在满足一定的条件下，利用反射波法检测水泥搅拌桩的桩身完整

性是可行的。同时也指出尚存在一定的局限性，需要认真研究和解决
　　关键词：水泥搅拌桩　桩身质量　反射波法　检测　研究
　　反射波法是低应变测定混凝土桩桩身完整性的一种检测方法，其经过多年的研究、应用及发
展，该项技术已经逐渐走向成熟，事实证明它是一种准确可靠、经济快捷的检测手段。
　　近年来，随着深层搅拌桩在软土地区的广泛应用，工程上迫切需要一种能够对此搅拌桩桩身
质量进行快速有效地分析与评估的检测手段。但是长期以来，对搅拌桩桩身质量的检测往往只能
依赖于钻孔取芯或开挖取样等方法，这些方法尽管直接可靠，但由于其时间长、成本高，所以很
难对大批量的搅拌桩进行综合质量评估，其结果也就难免以偏概全。
　　因此，能否将应用于混凝土桩身质量评价的反射波法成功地应用于搅拌桩，已经成为桩基动
测界中一个迫切需要研究及解决的课题。在国内，到目前为止，反射波法搅拌桩桩身质量还处于
探索阶段，尽管有许多学者与同行进行过相关的研究，但是由于所检测的对象具有相当的复杂性
(地质环境差异、桩身材料的非严格均匀性、桩周介质阻抗与桩身介质阻抗差异小、施工工艺的差异、
测试现场条件的差异)，其准确性与可靠性还有待进一步提高与完善。本文结合近年来的工程实践，
就反射波法检测水泥搅拌桩的应用谈谈一些体会与看法。
　　1.理论基础与可行性分析

—

　　反射波法是建立在维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的维线弹性体
(桩的长度远大于直径，且入射波波长 λ 大于桩的直径)，当用手锤在桩顶敲击时，产生的应力波

—

在桩身传播满足维波动方程：
　　〖JZ(〗

〖SX(〗 



2μ〖〗

? x 2



〖SX)〗=〖SX(〗1〖〗Vc〖SX)〗

〖SX(〗



2μ〖〗

? t 2



〖SX)〗

〖JZ)〗

〖JY〗(1)

　　式中：Vc—〖WB〗纵波在桩身中的传播速度，
　　〖DW〗Vc=〖KF(〗E/ρ〖KF)〗;
　　E—桩身弹性模量;
　　ρ—桩身混凝土密度。
　　当有入射波 Fa 从介质 1 传播到介质 2，将在两种介质的界面处产生反射波 Fb 与透射波 Fc。经
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)
　　式中：α=〖SX(〗V

c1 A 1E 1

  



〖〗V

c2 A 2E 2

  



〖SX)〗=〖SX(〗Z 2



〖〗Z 1



〖SX)〗

　　Z 1



、Z 2



分别为介质 1 与介质 2 的声阻抗。

　　公式(2)反映了弹性波在桩身中传播时，反射波随桩身截面阻抗变化而变化的关系。
　　根据以上的理论基础，反射波法检测水泥搅拌桩必须满足以下理论条件：
　　(1)水泥搅拌桩是否可视为一维杆件。
　　(2)水泥搅拌桩桩身材料是否可视为弹性材料。
　　(3)水泥搅拌桩桩身波阻抗是否可以被识别。
　　从目前工程上的应用来看，水泥搅拌桩桩径多为 50cm，桩长多为 8m 以上，长径比一般在 16
以上，符合桩长远大于桩径的理论条件，桩体可视为一维杆件。
　　水泥搅拌桩是由水泥就地与地基土充分搅拌硬化而成，水泥土在受力初期，应力与应变关系
基本上符合虎克定律。可视为弹性材料。
　　注：〖WB〗A 5



、A

 

、A

 

、A





、A





　　表示水泥渗入比;　　〖DW〗a w=(5



，10，15，20，25)%