水泥粉噴樁檢測方法的選擇

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摘要：本文系統(tǒng)地對目前國內(nèi)常用的八種水泥粉噴樁檢測方法作了簡要介紹，建議根據(jù)粉噴樁構(gòu)成復合地基工程的原理、復雜程度及所用檢測儀器設備的實際情況，選擇合理、可靠、有效的水泥粉噴樁檢測方法，并建議在尋求更好的檢測方法的同時，加強檢測市場的管理。

關鍵詞：水泥粉噴樁 檢測方法 選擇

　　粉體噴射攪拌法是采用專用的深層攪拌設備，在設計深度原位將噴出的粉狀固化劑與軟土充分拌和，使之形成均勻的固化柱狀體(俗稱粉噴樁)，用來加固軟土地基的方法。此法自1971年在瑞典首次應用以來，由于具有加固效果明顯，且施工過程中無振動、無污染，對周圍環(huán)境及建筑物無不良影響，經(jīng)濟廉價，施工簡便等優(yōu)點而很快被工程界接收，在歐美日等國軟土地基施工中得到廣泛應用。1979年，由鐵道部第四勘測設計院引進，并于1984年7月成功地應用于廣東鐵路涵底軟基加固，1985年4月通過鐵道部級技術鑒定后，逐步得到推廣應用，尤其是以水泥為固化劑、通過水泥與土顆粒間一系列物理化學作用形成的水泥粉噴樁應用最為廣泛。水泥粉噴樁與樁間土組成復合地基，改善并提高軟土地基土層的物理化學性質(zhì)，使之成為優(yōu)良的地基。近幾年來不僅在鐵路、城建、市政等部門得到廣泛應用，交通部門也將該技術應用于高等級公路的軟基處理，并取得了良好的加固效果。

　　為了保證噴粉樁的施工質(zhì)量，不僅要在施工過程中控制好原材料質(zhì)量，做好室內(nèi)配比試驗、現(xiàn)場工藝試驗，加強噴粉施工技術的管理監(jiān)督，把好樁位測量放樣及各道工序的檢查關，還須對施工好的現(xiàn)場樁體進行最終檢測，以對粉噴樁施工質(zhì)量進行全面而準確的判斷及評定。

1 粉噴樁的檢測內(nèi)容

　　粉噴樁處理軟基，其最終質(zhì)量控制參數(shù)是保證復合地基的整體承載力，為此粉噴樁檢測包括兩方面內(nèi)容：(1)樁的測量放樣檢測，即在成樁后7d左右，通過檢測樁位、樁數(shù)、樁間距來檢查樁的放樣情況；(2)樁體本身質(zhì)量的檢測，其中包括樁身的完整性、樁身外形尺寸(樁身截面，有效樁長等)、樁身的連續(xù)性、均勻性、強度、密實度、單樁承載力等，其中最主要的控制參數(shù)為單樁承載力。樁身強度是以90d齡期為其強度標準值，但在實際工程中往往由于工期緊等多種因素影響而難以等到90d，一般取28d左右齡期，特殊情況下也有以更短齡期對樁身測試后推算至90d齡期強度。

　　根據(jù)水泥粉噴樁處理軟土地基的控制參數(shù)及檢測內(nèi)容，檢測水泥粉噴樁施工質(zhì)量常用的檢測方法有目測法、截取樁段試壓法、輕便動力觸探法、靜力觸探法、鉆孔取芯法、應力波反射法、水電效應法和靜載試驗法等8種。

2 檢測方法

2.1 目測法

　　成樁7d后，開挖0.5～1.0m深基坑，測量樁位、樁間距，檢查樁數(shù)，不符合設計要求時應補樁或采取其它的有效措施；符合要求再檢查樁身成形情況，通過目測群樁樁頂是否平齊，樁體是否圓勻，有無縮頸和凹陷現(xiàn)象，樁身有無水泥結(jié)塊或夾泥層，顏色深淺是否一致，并用手感知樁身松散或硬結(jié)程度，來判斷樁身水泥土的攪拌均勻程度，對于墻式搭接樁還可通過目測檢查樁頭部分樁間的搭接情況。

　　目測法是最常用、最基本也是最簡便的檢測方法，主要根據(jù)眼觀、手摸等感覺，檢查0.5～2.0m樁頭質(zhì)量的大致情況，不能反映有效樁長、樁身的狀態(tài)信息，不能對樁身質(zhì)量下完整結(jié)論。

2.2 截取樁段試壓法

　　在成樁一定齡期后(一般不少于10d)，在現(xiàn)場開挖出的樁體上部、樁頂以下連續(xù)截取長度等于樁徑的三段樁體，上下截面用水泥砂漿整平，裝入壓力架后用壓力機試壓，可測得樁身的抗壓強度和變形模量，同時也可以在樁段抗壓破壞時進一步觀察樁體噴粉攪拌的均勻性。該方法測試出的數(shù)據(jù)直接可靠，既可積累室內(nèi)強度與現(xiàn)場強度之間的數(shù)據(jù)關系，又可避免樁體橫斷面方向上強度不均勻的影響。但該方法的缺點是挖樁深度過大，試驗根數(shù)不能太多，而且該方法需要特制的夾板，對試驗機精度也有一定的要求。同時在壓前必須將上下面修水平，否則在施壓時很容易出現(xiàn)偏心受壓，產(chǎn)生較大的試驗誤差。

2.3 輕便動力觸探法

　　一般是在成樁7d內(nèi)，使用輕便觸探器取樁身水泥土樣，通過觀察水泥土樣的顏色是否一致、有無結(jié)塊水泥或未拌勻的土團來檢查噴粉樁攪拌均勻程度，同時根據(jù)觸探擊數(shù)(N10)來判斷樁身強度，對N10貫入10cm擊數(shù)不能少于10擊，少于10擊或者每擊大于10mm的區(qū)段直接可認為所檢查段不符合要求，應進行處理。行業(yè)標準《軟土地基深層攪拌加固法技術規(guī)程》(YBJ225-91)提出輕便觸探擊數(shù)(N10)與7d齡期水泥土強度有如表1所示關系。

表1

N10 15 20～25 30～35 ＞40

qn(kPa) 200 300 400 ＞500

　　如同三線寧波段高速公路3K+782通道的某兩根樁，輕便觸探檢測情況：4～16號樁輕便觸探2次，平均擊數(shù)N10為32擊，推算水泥土強度約為400kPa；8～19號樁輕便觸探2次，平均擊數(shù)N10為40擊，推算水泥土強度約為500kPa。

　　使用輕便動力觸探法檢測粉噴樁時應注意：(1)探測深度不能超過4m；(2)觸探點不能在樁中心位置，以避開樁中心水泥含量少、強度低的噴灰攪拌盲區(qū)，使觸探具有代表性，一般定在距樁中心2/5樁徑處；(3)觸探時觸探儀的穿心桿一定要保持垂直。

2.4 靜力觸探法

　　靜力觸探法是在成樁近期內(nèi)，通過在樁身及樁周土的不同深度進行靜力觸探試驗，畫出樁身及原始地基的觸探P-S曲線。對比兩者的P-S曲線形態(tài)即可直觀地反映出水泥土攪拌樁樁身的均勻性，并根據(jù)樁身的P-S值提高程度來分析樁身強度。這種方法宜在成樁后近期內(nèi)進行，否則隨著齡期的增長、樁身強度的提高使實施難度加大。該方法有直觀、快速的特點，但無論理論上還是實踐上還需要作深入探討，對測試設備也須作進一步改進和完善。因此，有關水泥攪拌樁的各種國家規(guī)范中都沒有將該法列為水泥攪拌樁的質(zhì)量檢測方法。

2.5 鉆孔取芯法

　　鉆孔取芯法是在成樁一定齡期后通過鉆孔取芯來檢查樁長、樁各部位的水泥含量、樁身水泥土的噴粉、攪拌均勻程度及樁身抗壓強度的變化情況，同時在取芯過程中可以進行標準貫入試驗。

　　通過觀察鉆孔取出芯樣來判斷粉噴樁樁身各部位攪拌的均勻性及狀態(tài)；通過對芯樣進行水泥滴定試驗來檢查樁身各段的水泥含量情況；通過對樁身各段水泥土原狀土樣的室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗及取芯過程各段配合用的標準貫入試驗的標貫擊數(shù)，可以可靠準確地判定樁身各段的樁身強度，同時也可測定出樁身土樣的變形指標；通過在取芯過程中水泥土樣的變化情況，可判定樁體的連續(xù)性并可確定樁長。

　　鉆孔取芯法是檢測水泥粉噴樁直觀、可靠、有效的方法，但由于粉噴樁橫斷面方向有攪拌軸部位的噴灰盲區(qū)、水泥土強度不是很高且樁體千層餅狀的特點，因此在采用鉆孔取芯法做單樁試驗時應特別注意：

　　(1)孔位應避開噴灰盲區(qū)，宜定在離樁中心2/5樁徑處；

　　(2)在整個鉆進取芯過程中，鉆桿必須始終保持規(guī)定的垂直精度；

　　(3)在原狀水泥土取樣過程中注意盡量避免對水泥土樣的擾動，特別小心試樣破碎。

　　鉆孔取芯法不僅可通過垂直取芯測試單樁情況，也可通過斜桿取芯檢查用于防水、支護、圍堰等工程的墻式樁、格柵樁等搭接粉噴樁樁間的搭接情況。

2.6 應力波反射法

　　在一定齡期后水泥粉噴樁具有介于彈性體至散體之間的力學性質(zhì)，但對于樁周土(軟粘土、淤泥等)來說，在施加較小外力的情況下，可視為彈性體。由于水泥粉噴樁在形態(tài)上其長度遠大于樁徑，因此可將樁視為一維彈性桿件，同時樁身的強度達到一定程度時其阻抗明顯大于樁周土及樁底阻抗，這符合應力波反射動測的理論假設，應力波反射法是以彈性體內(nèi)的應力波傳播理論為依據(jù)，在樁頂中心用尼龍棒等垂直施加一沖擊力，使樁質(zhì)點受迫振動并產(chǎn)生彈性波，沿樁身向下傳播。當樁身存在松散、夾泥、攪拌不均勻等缺陷時會造成密度、截面或波速變化，這必然引起波阻抗的差異，從而產(chǎn)生波的反射和疊加。該振動信號被置于樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鹘邮?，傳至樁身完整性檢測儀，經(jīng)檢測儀將采集到的信號進行放大、濾波處理和初步分析，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后再用專門軟件在計算機上作詳細分析，綜合時域曲線和頻譜圖形，評價樁身質(zhì)量(即樁身的完整性、攪拌的均勻性、連續(xù)性等和樁身水泥土抗壓強度)。

　　其測試系統(tǒng)。同三線寧波段高速公路3K+782處粉噴樁(樁徑50cm，樁長9.0m)檢測中出現(xiàn)的幾種典型波形.

　　應力波反射法測水泥粉噴樁較簡捷方便，且節(jié)約工期，較適用于大數(shù)量粉噴樁普查與評價分析。但使用該方法檢測和分析時要注意：

　　(1)測試時樁的齡期不宜太短，一般至少要28d，否則因樁身強度太低使樁身與樁周土波阻抗差異不大，無法測得反映樁身實際施工質(zhì)量的理想波形曲線。

　　(2)在對測試出的曲線結(jié)果進行分析時，不能象剛性樁那樣把各種缺陷(如斷樁、短樁、離析、夾泥等)仔細確定。在實測曲線上，波沿樁身傳播出現(xiàn)有界面反射但不能仔細確定時，一般可以判定為攪拌不均勻。

2.7 水電效應法

　　水電效應法也叫電火花振動測樁法，它的基本原理是利用在樁頂水中高壓放電，激起水體瞬間熱膨脹產(chǎn)生的巨大脈沖力來激勵樁的振動，而樁質(zhì)量的好壞可用瞬態(tài)激勵所得到的樁～土系統(tǒng)的頻響函數(shù)來識別。

　　水電效應法的測試系統(tǒng)整體上來講由激振裝置、信號接收、記錄裝置及信息處理裝置等三大部分組成。

　　水電效應法的測試過程由以下幾部分組成：

　　(1)現(xiàn)場準備。包括樁頭處理、安裝水管、管內(nèi)注水、安裝高壓電極及傳感器等。

　　(2)儀器調(diào)試。包括振源調(diào)試和傳感器、二次儀表調(diào)試。

　　(3)正式試驗，記錄好振動響應信號。

　　(4)信號數(shù)據(jù)數(shù)字化處理并進行分析計算，對樁的完整性進行判斷并計算承載力，然后得出結(jié)論。

　　水電效應法既可方便地測出樁身的完整性，同時也可快捷地推算出單樁或復合地基的承載力，是檢測粉噴樁特別快捷、有效的一種方法，如西寶高速公路的部分粉噴樁就是利用該方法檢測的，但目前該方法在國內(nèi)粉噴樁測試中尚未廣泛使用。

2.8 靜載試驗法

　　由于粉噴樁最終的控制參數(shù)是復合地基的整體承載力，靜載試驗法是在樁體達到一定齡期后，對單樁或復合地基通過具有一定剛度的壓板加載來測試地基承載力的方法，是最能貼近地基受力的實際情況，最能準確、直接測出單樁或復合地基承載力的最標準的方法，包括單樁靜載試驗和復合地基靜載試驗。其試驗要點如下：

　　(1)對于單樁靜載試驗，壓板直徑應與樁徑相等。對于復合地基靜載試驗，壓板尺寸按面積置換率確定。壓板中心必須與試驗面中心重合，壓板下須用10mm厚的粗砂墊平。

　　(2)試驗荷載應按等量分級施加，加載等級可分為8～12級。對于工程樁總加載量接近或等于但不得超過設計值的1.5倍，對于試樁總加載量不宜少于設計值的兩倍，加載方式常用堆載法或錨樁作反力支承法等，寧波大學發(fā)明的水箱法大氣壓反力樁基靜載試驗裝置等都是較方便實用的加載方法。

　　(3)測讀沉降的間隔時間及穩(wěn)定標準。根據(jù)沉降穩(wěn)定標準的不同，分慢速法和快速法。

　　在工程樁上進行的單樁靜載試驗可采用快速法，快速法觀測沉降的間隔時間為5、10、15、15、15min，加載滿1h即施加下一級荷載。

　　在試驗樁上進行的靜載試驗和在工程上進行的復合地基載荷試驗宜采用慢速法，慢速法觀測的間隔為10、10、10、15、15min，以后每隔0.5h讀一次沉降，當加載量尚未超過設計要求值時，1h內(nèi)沉降增量小于0.1mm才可加下一級荷載；當加載量大于設計要求值以后，1h內(nèi)沉降增量小于0.2mm即可加下一級荷載。

　　(4)當出現(xiàn)下列情況之一時可終止試驗，確定極限承載力：

　?、俪袎喊逯車耐撩黠@地側(cè)向擠出或壓板周圍出現(xiàn)明顯的裂縫；

　?、诔两礢驟增大，荷載與沉降(Q～S)曲線出現(xiàn)陡降段；

　?、劾塾嫷某两盗恳汛笥趬喊鍖挾菳或直徑D的10%；

　?、芸偧虞d量已達到預定的要求；

　?、輰τ诼俜ǎ谀骋患壓奢d下，24h內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定標準。

　　當出現(xiàn)終止加載條件1、5兩種情況時，極限承載力取該級荷載的前一級荷載；當出現(xiàn)終止加荷條件第2種情況時，極限承載力取相應于陡降段的起點即第二拐點的荷載值。

　　(5)卸載觀測。每級卸載為加載的兩倍，如為奇數(shù)，第一級可分3倍。每級卸載后，隔15min測讀一次；讀兩次后，隔0.5h再讀一次，即可卸下一級荷載。全部荷載卸完后，當測讀到0.5h回彈量小于0.1mm即認為穩(wěn)定。

　　(6)地基承載力的確定：

　?、賹τ趩螛懂敇O限承載力能確定時，取極限承載力的1/2；未能確定極限承載力時，可取S/D=0.01～0.012所對應的荷載值。

　　②對于復合地基：

　　a)當Q-S曲線上有明顯的比例界限時，可取該比例界限所對應的荷載；

　　b)當極限承載力能確定時，取極限承載力的一半，并與按比例界限所對應的荷載相比，取兩者中的小值；

　　c)如總加載量已為設計要求值的兩倍以上，取總加載量的一半；

　　d)按相對變形確定。根據(jù)設計對沉降的要求和樁端土層的軟硬，可取S/D=0.004～0.010所對應的荷載值。

　　靜載試驗法是在現(xiàn)場直接通過加載檢測單樁及復合地基承載力的方法，最接近單樁或復合地基在工程實際中的受力狀況，用該法檢測的結(jié)果最能反映單樁和復合地基的實際承載力，但靜載試驗法得到的是維持荷載作用下，最薄弱破壞模式相應的樁土體系喪失承載剛度的外荷，盡管它能全面獲得承載剛度的變化情況，描述最弱的破壞模式，并得到與之相應的承載力，但它不能提供樁身質(zhì)量的完整性、均勻性、連續(xù)性的完整信息，更不能定量定位，加之水泥粉噴樁具有樁體壓碎破壞發(fā)生在淺層的特點，也就不能對粉噴樁的施工質(zhì)量作出全面的評價。僅對承載力有懷疑的單樁或復合地基而言，目前靜載試驗法是最權威的檢測方法，但要對粉噴樁的施工質(zhì)量作出全面評價，還須用其它的檢測方法與之配合和補充。

　　盡管水泥粉噴樁的檢測方法已有這么多種，但每一種檢測方法都有其局限性，沒有一種方法是對樁身質(zhì)量的全面評價。在沒有一種更完美方法的情況下，為了保證水泥粉噴樁的樁身質(zhì)量，確保軟基處理的成功，應根據(jù)經(jīng)粉噴樁復合地基處理工程的重要性、復雜程度及所具有的檢測儀器設備的實際條件與現(xiàn)場的實際情況，從中選擇合理、可靠、有效的檢測方法?？梢杂靡环N，也可以用多種方法聯(lián)合檢測，如常用組合有：用應力波反射法普查，用靜載試驗法對個別單樁或復合地基的承載力進行檢驗，還有用鉆孔取芯法與動力觸探法標準貫入試驗配合進行等等。

3 結(jié)束語

　　隨著水泥粉噴樁在軟土地基處理中越來越廣泛的應用，水泥粉噴樁所構(gòu)成的柔性復合地基的設計、施工技術不斷得到發(fā)展，對于水泥粉噴樁質(zhì)量檢測技術的要求也越來越高。通過科學合理的檢測方法對試樁進行檢測，能為水泥粉噴樁的設計、施工提供可靠的試驗數(shù)據(jù)，以便設計人員確定正確的設計參數(shù)及施工人員確定合理的工藝參數(shù)；通過便捷、有效的檢測方法及對施工好的水泥粉噴樁進行檢測，并提出準確可靠的檢測數(shù)據(jù)，以便監(jiān)理及施工人員對粉噴樁施工質(zhì)量作出正確的判斷和評價，對合格的樁及時認可其質(zhì)量；對不合格的樁及時采取有效措施，既要保證工程質(zhì)量又不影響工程進度，這就迫切要求質(zhì)量檢測人員盡快創(chuàng)造出一種可以全面檢測水泥粉噴樁的完美的檢測方法。不僅如此，對試驗檢測操作進行規(guī)范化管理以及加強對檢測試驗的管理亦刻不容緩。在實際工程建設中，由于建設單位、監(jiān)理單位、施工單位等過分強調(diào)工期及經(jīng)濟效益，有關單樁或復合地基試驗普遍存在測試齡期太短、試驗點少等問題，加上目前檢測市場激烈的競爭，不平等競爭時有發(fā)生，導致測試結(jié)果帶有很大偶然性，測試質(zhì)量低劣，甚至個別測試單位在檢測中弄虛作假等，因此為了保證水泥粉噴樁檢測結(jié)果的準確、可靠，確保水泥粉噴樁復合地基工程質(zhì)量，必須采取相應的措施，加強水泥粉噴樁及其復合地基的檢測管理、監(jiān)督，制定必要的規(guī)范、規(guī)程，以保證檢測結(jié)果的科學性、公證性和可靠性，減少工程質(zhì)量事故，確保工程質(zhì)量。