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摘要：反射波法检测水泥搅拌桩的主要原理在于，在深层折射波的盲区内接受反射波，可详细探查各层地质构造。本文详细分析了运用反射波法检测水泥搅拌桩的理论基础及可操作性，介绍了针对混凝土质量的综合检测方法，并结合实例，阐述了反射波法的具体应用及与其他检测方法对比之下的优越性，以供参考。
关键词：反射波法；水泥搅拌桩；优越性
引言：水泥搅拌桩是一种处理建筑工程软基的有效方式，其原理在于，将水泥作为主要固化剂，经由搅拌桩机将水泥喷入土体后，充分搅拌，使水泥和土进行充分的物理及化学反应，最终令软土结构“硬质化”，达到提高地基强度的目的。为了精确检测水泥搅拌桩的质量，可以运用反射波的特性，实现高效率地质勘探。
1.运用反射波法检测水泥搅拌桩的理论基础及可操作性分析
水泥和土壤经过充分搅拌后，虽然在表面上已经形成了一个整体性的水泥搅拌桩，但在其内部，不同密度的物质究竟处于何种分布状态，无法以肉眼窥探。在众多质量检测方式中，应用反射波，能够收获最直接的效果。此种方式的核心原理为，经由特定设备发出的波动，穿过不同密度的煤质分界面时，会发生特定的折射或反射；但在该过程中，反射波不会发生“半波损失”，分界层两侧的煤质密度之间客观存在的差异，直接影响波动的反射量与折射量。因此，在反射波检测法的原理支撑下，分界层两侧煤质密度差越大，波动的反射量及折射量均会随之增大。
在检测水泥搅拌桩时，反射波法的具体操作原理如下。
（1）假设水泥和土壤已经得到了充分的搅拌，在此状态下，水泥搅拌桩内部各处均十分“均匀”，从理论上来看，各个方向、各个位置的结构性状均趋于统一。因此，水泥搅拌桩可被视为一维线弹性体。此时，桩顶受到外部动态的作用力，会在竖直方向产生波动，即是一维波动（单一方向波动），搅拌桩整体的动态响应满足：
F=EA/C•V=Z•V=ρAC•V[1]①
式中，E指代整体搅拌桩自带的弹性模量，由水泥及土壤的混合比例及其自身性能状态而决定；A指代桩身受外力作用下的实际接触面积；C为反射波的运行速度；V指代反射波施加到搅拌桩内部后，在竖直方向的传播速度；ρ指代搅拌桩桩身的混凝土密度。
（2）根据牛顿定律可知，施加于物体身上的作用力与其运动速度成正比。但此原理实现必须是在前提条件下，物体运动过程中切实存在的阻抗（工程中的检测和计算无法如实验室理论分析一般，以摩擦力为代表的多项阻抗、消耗等无法忽略）。该类阻抗Z与桩身作用面积A、波速C、桩身混凝土面积ρ之间的关系为：
Z=ρAC ②
通过公式②，即可解释公式①中Z与ρAC之间的替代原理。
（3）各项前提条件均具备后，释放检测波，使之作用于待检测的水泥搅拌桩。在波动的过程中，如果水泥与土壤的混合均匀程度不足，换言之，水泥与土壤依然可被视为两种不同的介质（可将水泥设置为介质1，将土壤设置为介质2），与之相对应的是，两种介质必然会产生不同的阻抗（阻抗1和阻抗2）。在此前提下，当检测波（入射波）从介质1传播至介质2时，在两种介质的交界面，将会产生反射波（Ff）与透射波（穿透交界面，继续深入另一介质Ft），满足的关系为：
Ft=Z2•（F-Ff）/Z1 ③
根据公式③可知，如果水泥搅拌桩内部各处完全处于“混匀”的状态，则理论上，介质1和介质2、阻抗1和阻抗2均应分别维持相等的关系，故在正常情况下（混匀），Z1=Z2，此时，Ft=F-Ff，若该公式成立，表明接收点传递而回的反射波与入射波大小相等、方向相反，故Ft=0，即透射波不存在。至此可得出最终结论：运用反射波法测定水泥搅拌桩各处的混匀状态时，透射波的大小代表混匀质量，透射波越大，表明混匀程度越低；透射波越小，表明混匀程度越高；透射波为0，表明混匀质量完美（理论上）。
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图 1 反射波法检测不同介质的原理示意图
2.反射波法在水泥搅拌桩检测工程中的实际应用
2.1针对混凝土质量的综合检测
反射波法实际应用于水泥搅拌桩检测，实际上是针对混凝土配比等情况是否达到预设要求进行检测。因此，针对混凝土质量的综合检测，应该围绕以下方面，制定详细、配套的监督管理方案。
在不考虑水分及外加剂的情况下（注：此处的“不考虑”不等同于不添加，而是在水分、外加剂等已经确定的前提下，无需考虑其对于反射波检测法可能造成的变量影响），通过透射波的大小，得出有关介质1（阻抗1）、介质2（阻抗2）之间的关系。在此基础上，逐渐实验并计算出软桩基混凝土的最佳水泥和土壤配比，使强度、耐性等（包含含水率、砂控制精细程度等）满足设计和验收标准[2]。
2.2基于反射波法检测水泥搅拌桩的结果分析
某航道整治工程的一般资料如下：
①全长超过300km；
②沿线软土分布较广；
③基于航道的实际情况，软基处理拟采用长8mφ100cm以及长6mφ70cm的水泥搅拌桩；
④水泥参数为：42.5号硅酸盐水泥，水泥掺入比为每延米掺入65kg水泥（掺入比需控制在20%，置换率区间为18%～20%）；
⑤90天龄期的桩身强度设计值需高于1.2MPa；7天龄期的桩身强度必须高于设计值得30%；30天龄期的桩身强度必须高于设计值的70%。
采用反射波法，在成桩30天、60天后，分别选取3根水泥搅拌桩，对其综合性能进行检测。其中30天龄期的3根水泥搅拌桩桩长均为8.0m，桩径均为1.0m，编号为1～3；60天龄期的水泥搅拌桩桩长均为6.0m，桩径均为0.7m，编号依次为4～6。检测结果如下：
（1）1号桩的入射波平均波速为2138.52m/s，分别在距离桩头1.73m和2.25m处发现较为严重的缺陷，判定级别定为III级；
（2）2号桩入射波平均波速为2094.26m/s，经过检测，并未发现异常，水泥混匀度良好，判定级别为I级；
（3）3号桩入射波平均波速为2125.12m/s，在距离桩头2.37m处发现一处轻微缺陷，其他区域混匀度较好，定为II级；
（4）4号桩入射波平均波速2005.82m/s，在距离桩头2.02m处发现严重缺陷，III级；
（5）5号桩入射波平均波速2684.25m/s，具体桩头3.51m处发现严重缺陷，III级；
（6）6号桩入射波平均波速为2648.24m/s，未发现任何缺陷，混匀度较好，I级。
基于反射波法检测水泥搅拌桩的结果，使用SIR-3000型地质雷达，将频率调整为300MHz，对6根搅拌桩的进行二次检测，最终结果显示，1、3、4、5号桩出现缺损处，均未能产生明显异常反应，仅仅能够相对模糊地确定水泥搅拌桩的大概位置，无法清晰探测出缺陷区域。相较之下，反射波法检测水泥搅拌桩完整性的精度较高。
结语：综上所述，通过反射波法检测水泥搅拌桩的混匀质量，虽然是一种精确程度较高的方式，但在检测期间，可能对检测及计算结果造成干扰的因素众多。因此，该方法并非“毫无破绽”，在今后的实际运用中，技术人员需围绕“屏蔽干扰项”进行深入探索，使该方法更加科学。
参考文献：
[1]曹勤方,徐敏.无损检测方法在水泥搅拌桩质量控制中的应用探讨[J].港工技术,2020,57(02):116-120.
[2]王进勇,青光焱.超声波无损检测在水泥搅拌桩强度测试中的应用[A].《建筑科技与管理》组委会.2019年12月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会:北京恒盛博雅国际文化交流中心,2019:4.