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近年来,在对淤泥、淤泥质土、粉土、粉质粘土等软弱地基加固处理中经常采用水泥土搅拌桩。水泥土搅拌桩是用水泥及少量添加剂就地与地基土体充分混合而成的“水泥土桩”,具有价格便宜,施工便捷,对环境无污染等优点。但其对施工工艺要求较高,施工过程中,水泥与土的掺灰比例和拌合均匀程度较难控制。掌握不好容易出现质量问题。常见的有水泥与土混合搅拌不均匀而导致局部水泥量少或无水泥。由于水泥土搅拌桩施工属隐蔽性施工,不易监控,个别施工单位偷工减料,致使桩长不够。同时,由于水泥土固结速度较幔,上部施工截桩头时用力过猛,易出现浅部桩身断裂等问题。这些对水泥土搅拌桩的工程质量影响很大,严重时会给工程带来质量问题和安全隐患。
由于水泥土搅拌桩成桩工艺的特殊性,其桩基质量的检测倍受人们的关注。目前多采用开挖检查、钻孔取芯、轻便触探、标准贯入及静载试验等规范规定的质量检测方法。但这些检测方法检测费用高、效率低、速度慢,检测桩的个数少,并且对桩身有损伤,特别是对桩身完整性检验针对性较差。为此,工程上迫切需要一种能够对水泥土搅拌桩桩身质量进行快速有效的检测方法。
反射波法是低应变检测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。目前,许多学者对于水泥土搅拌桩的反射波法无损检测进行了相关的研究,但多沿用低应变检测设备及检波器的单波段检测技术,由于激发能量小,而水泥土搅拌桩的刚度和强度低,波在水泥土搅拌桩中传播衰减得快,信号弱,造成桩底反射不明显,因而较难确定水泥土搅拌桩的桩底及缺陷的位置,难以准确地评价桩身质量。
鉴于耳前研究现状及公路工程中水泥土搅拌桩检测急待解决的实际问题,论文依托临连高速公路江苏段软基处理工程,围绕课题组提出的水泥土搅拌桩多波段检测技术研究思路,通过地球物理理论和工程检测技术研究,依据不同波段在水泥土搅拌桩、土体中传播特性,采用经改造的地震仪及检波器,进行水泥土搅拌桩反射波多波段检测技术研究和探索,对这一方法的技术理论和应用可行性进行了相关论述。结合实际工程,并与抽芯检测和室内试验结果进行了对比分析,力图为此类问题的解决提供经济、快捷和无损伤的有效检测方法。
论文主要研究内容如下:
(1)在收集已有研究资料的基础上,通过野外工程地质调查和土工试样采集及室内试验,对江苏北部含盐软土的工程地质性质进行了分析。为此类软土区工程建设提供了科学依据。
(2)通过制备不同掺灰量、不同龄期的水泥土试样,进行无侧限抗压强度试验和纵波波速试验,研究滨海相软土及水泥土的变形及强度特性。根据室内试验得到的数据,应用数理统计的方法,探讨了滨海盐软土中盐分对水泥土搅拌桩的影响。
(3)系统分析了应力波在水泥土中的传播特性及波速的衰减规律。研究了水泥土搅拌桩反射波法检测中,波段与检测精度之间的关系。对每根桩分别采用多个频率检波器进行水泥土搅拌桩反射波法检测,并对检测结果进行了小波交换处理和统计分析。
(4)针对软土地基水泥土搅拌桩检测存在的技术难题,通过地球物理理论和工程检测技术研究,提出了适用于水泥土搅拌桩的多波段反射波检测技术。研究成果对有效保证路基处理质量,加快高速公路建设、保证施工质量具有重要的理论意义和实际应用价值。
(5)采用多波段反射波法对连临高速公路江苏段实际工程的水泥土搅拌桩进行了检测。借助于Matlab语言对检测数据进行了处理,对桩身质量进行了评价,并与钻孔取芯结果进行了对比分析。结果显示,采用此方法一般都能采集到比较理想的反射波形,可较准确地判断桩底及缺陷位置,说明此方法检测水泥土搅拌桩完整性是可行的。
(6)建立了水泥土搅拌桩桩基质量检测评价标准。在实际工程上有效解决了工程建设中的技术难题,为含盐软土公路设计和建设提供科学依据,同时在理论和技术上有所创新。