水泥土地下連續(xù)墻基礎質(zhì)量檢測與結構安全評價方法研究

李海軍

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030002）

水泥土地下連續(xù)墻基礎質(zhì)量檢測與結構安全評價方法研究

李海軍

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030002）

水泥土地下連續(xù)墻作為砂土地基，有其自身特點和關鍵技術難點，本文針對某流域大型河流上的水泥土地下連續(xù)墻基礎結構的特點，提出其結構安全關鍵質(zhì)量控制指標及相應的檢測方法，同時提出基于模糊綜合評判的地下連續(xù)墻結構安全評價方法，為該結構的示范和推廣提供技術支撐。本文提出的模糊綜合評價方法經(jīng)過實際驗證，具有可操作性?？稍谒畮?、大壩、堤防等結構安全評價中推廣。

地下連續(xù)墻；水泥土；質(zhì)量檢測；模糊綜合評價

1 引言

水泥土攪拌法是適用于加固飽和粘性土和粉土等地基的一種方法，它是利用水泥等材料作為固化劑通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，使軟土硬結成具有整體件、水穩(wěn)性和一定強度且防滲效果好的水泥加固土。該方法主要有以下特點：①最大限度地利用原土；②施工簡單、效率高，攪拌時無振動；③土體加固后容重基本不變，不會引起下臥層的附加沉降，能夠有效地減少和控制沉降量；④根據(jù)上部結構的需要，靈活采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等型式。

水泥土地連墻的施工質(zhì)量控制措施包括：①水泥土配合比試驗；②施工機械的檢查與管理；③現(xiàn)場工藝性試樁；④施工現(xiàn)場管理；⑤質(zhì)量控制等，其中質(zhì)量控制是最關鍵的一環(huán)。

水泥土地連墻施工中常見的問題有：

（1）水泥土攪拌難以均勻；

（2）水泥漿在樁體中分布不均勻，特別樁體下部水泥漿摻入量達不到設計要求；

（3）存在地面冒漿現(xiàn)象，影響水泥漿摻入量；

（4）樁土共同作用難以協(xié)調(diào)，需在樁頂部設置墊層或土工織物加筋層。

筆者針對某流域大型河流上的水泥土地下連續(xù)墻基礎結構的特點，提出其結構安全關鍵質(zhì)量控制指標及相應的檢測方法，同時提出基于模糊綜合評判的地下連續(xù)墻結構安全評價方法，為該結構的示范和推廣提供技術支撐。

2 質(zhì)量控制指標與檢測方法

2.1 質(zhì)量控制指標

水泥土連續(xù)墻作為基礎，主要質(zhì)量控制指標包括：①抗壓強度；②滲透系數(shù)、成墻厚度、樁長、樁身連續(xù)性，均作為單排、雙排或格柵式防滲體的滲流設計時的重要指標。

2.2 質(zhì)量檢測方法

2.2.1 外觀質(zhì)量

水泥土攪拌樁地下連續(xù)墻屬重要的隱蔽工程，施工過程中如果質(zhì)量控制不嚴，將會出現(xiàn)樁體接縫開叉、架空、蜂窩、離析、局部充泥等隱患，不能達到防滲目的，無法保證整個除險加固工程的安全。

2.2.2 成墻厚度

對于單排水泥土攪拌樁地下連續(xù)墻，這意味著每根樁以及每相鄰兩根樁的搭接部分都必須滿足設計指標要求。所以地下連續(xù)墻的厚度指標是指其最小厚度，即相鄰兩根樁的搭接部分厚度。單樁呈圓柱狀，當樁徑一定時，搭接厚度越大則地下連續(xù)墻最小厚度越大。

2.2.3 深層墻體連續(xù)性檢測

探地雷達技術以探測目標體與周圍介質(zhì)間存在的介電性差異為基礎，利用發(fā)射天線向被檢測介質(zhì)發(fā)射高頻脈沖電磁波，天線接收由被檢測介質(zhì)內(nèi)不同介電性界面反射回的電磁反射波和直達波，利用介質(zhì)內(nèi)電磁波傳播路徑、電磁場強度和波形隨所通過介質(zhì)的電磁性質(zhì)以及幾何形態(tài)而變化的原理，通過研究反射波相對直達波的雙程走時、振幅、頻率和相位特征，達到確定被檢測介質(zhì)內(nèi)隱蔽體的一種探測方法。探地雷達檢測方法具有探測效率高，對場地和目標體無損，有較高的分辨率和抗干擾能力。

2.2.4 墻體鉆孔取芯

采用現(xiàn)場鉆孔取芯，對抽取的芯樣完整性進行評價，然后將現(xiàn)場抽取的芯樣經(jīng)室內(nèi)切削加工后進行室內(nèi)試驗，以檢測攪拌樁地下連續(xù)墻水泥土的單軸抗壓強度，滲透系數(shù)。

2.2.5 關鍵技術

樁長的判別。水泥土墻體與底層的原狀土的含水量不同，使電磁波在二者界面反射系數(shù)增加數(shù)倍以上，來自樁底的反射波強度大大增加，波形和能量形成鮮明對比，從而達到識別墻底界面（樁長），同時通過鉆芯驗證。

連續(xù)性判別。地連墻連續(xù)密實時，電磁波在其內(nèi)部傳播時電磁波能量均勻衰減，反射波組序列一致性良好；當?shù)剡B墻出現(xiàn)擾動或未搭接時，電磁波同相軸出現(xiàn)散射和繞射等雜波，雜亂無序列，能量相對周圍密實區(qū)變強。表現(xiàn)為同相軸中斷，波形紊亂，形成粗的反射波同相軸。

3 結構安全性評估

3.1 安全性判據(jù)的確定

該模型將現(xiàn)有的安全評估方法將確定型和非確定型模型的特點綜合起來，模型中既有確定性因素（水泥土抗壓強度、滲透系數(shù)、成墻厚度等），又有非確定性因素（外觀質(zhì)量、連續(xù)性、密實性等），并借鑒了工程類比法的原理，使安全評估更貼近實際。

3.2 安全評估的理論基礎

3.2.1 確定評價指標集

設一級評判因素集U，簡記為；對因素的權重分配為U上的模糊子集A，簡記為，式中ai為第i個因素對應的權重，并有這里的權重根據(jù)安全子單元的類型而不同，并不是一個固定的賦值。

3.2.2 確定評判指標

水泥土地下連續(xù)墻結構安全評價主要子單元包括：強度、滲透性、成墻質(zhì)量等。子單元按構件類別可分成若干基本單元。

據(jù)此，本文設立的評判指標集V是根據(jù)安全評估判據(jù)的類型，分別采用不同的評判形式。

（1）對于表面現(xiàn)狀的評判采用專家打分法。每位專家按表面現(xiàn)狀給每項指標打分，但打分范圍在區(qū)間[0，1]之內(nèi)。

（2）對于安全穩(wěn)定系數(shù)、可靠度分析的評判建立評判集，采用一個分段函數(shù)來評判樣本中的因素Ui。分段函數(shù)為

式中，Pj，j=1,2,...,m，表示Ui上的有m個樣本的因素指標值；P0，表示在以往工程經(jīng)驗中與該結構相同或極為類似并在實際效果評判最好的指標值。

首先對因素Ui進行篩選，為了避免在實際檢測中可能出現(xiàn)的較大偏差值，將Ui進行排序，把最高(或最低)指標值高于(或低于)次高(或次低)指標值的15%者剔除，重新排列。這將得區(qū)間[p下，p上]。用分段函數(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專家評分法，計算出各組數(shù)據(jù)計算值的評價指標與最優(yōu)指標的貼近度，進而定量地分析出各組數(shù)據(jù)之間在勘測上的差異，一定程度削減了人為因素的影響。

（3）如果對每一個評價指標Ui又有二級評判因素，重復以上步驟進行單指標評價，得出單指標評價矩陣

（4）給出Ui中各評價指標的權重，應有，這里權重的確定是根據(jù)安全評估模型中的規(guī)定賦值。

（5）得出Ui的評語向量，即

（6）將Ui視為一個單獨元素，用Bi作為Ui的單指標評價向量，可構成U到V的模糊評價矩陣

R與U中元素Ui的權重相復合，得出U的最終評語向量

（7）安全等級是否穩(wěn)定的最終確定。根據(jù)以往資料數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫里的資料，建立安全程度評判集。用以上模糊綜合評判方法計算出的值與評判集比較，判斷安全等級。

4 工程案例

4.1 工程簡介

某流域河流的水工建筑物地下連續(xù)墻采用多軸攪拌水泥土地下連續(xù)墻，樁徑450mm，樁距400mm，設計成墻厚度20cm，伸入壩基相對不透水層1.0m，主槽成墻深度12.0m；地連墻滲透系數(shù)應小于A×10-6cm/s（1

抽檢項目共包括以下內(nèi)容：

（1）現(xiàn)場開挖探坑對地下連續(xù)墻外觀質(zhì)量進行檢查；

（2）現(xiàn)場檢測成墻最小厚度；

（3）鉆孔取芯檢測地下連續(xù)墻水泥土抗壓強度、滲透系數(shù)；

（4）探地雷達檢測地下連續(xù)墻連續(xù)性和密實性；

（5）采用模糊綜合評判其結構安全性。

4.2 檢測結果與分析

（1）探坑長度6.0m，深度0.5m，墻體攪拌均勻且連續(xù)，樁間搭接良好，接縫未開叉，未發(fā)現(xiàn)墻體有蜂窩、孔洞等質(zhì)量缺陷，地下連續(xù)墻沿壩軸線方向較為平順。

（2）地下連續(xù)墻成墻厚度為20cm。現(xiàn)場兩個探坑墻體平均最小厚度檢測結果表明：探坑1平均厚度檢測法測得成墻厚度平均值為34.4cm，相鄰兩樁檢測法測得成墻厚度平均值為34.0cm；探坑2平均厚度檢測法測得成墻厚度平均值為35.1cm，相鄰兩樁檢測法測得成墻厚度平均值為34.7cm，故所檢測部位地下連續(xù)墻在無缺陷部位成墻厚度滿足設計要求。

（3）通過對水泥土攪拌樁現(xiàn)場鉆孔取芯，水泥土芯樣總長約16.20m，除2.0～3.0m、9.0～10.0m較破碎外，其余芯樣完整，攪拌較均勻，連續(xù)性好；試驗結果表明，鉆孔芯樣單軸抗壓強度在0.21～0.80MPa之間，平均值為0.52MPa，且水泥土強度隨齡期增長而逐漸增加；水平滲透系數(shù)為9.6×10-6cm/s，滿足設計要求。

（4）采用探地雷達法對水泥土地下連續(xù)墻進行深層墻體連續(xù)性檢測。經(jīng)過對資料的判別和解釋可知，所檢測部位多頭小直徑水泥土大部分地下連續(xù)墻均勻、連續(xù)，墻身及墻體接頭處未見明顯的松散、孔洞等工程質(zhì)量缺陷。

4.3 結構安全評價

依據(jù)現(xiàn)場質(zhì)量檢測結果，對各子單元中的基本單元進行賦分。根據(jù)表1結果,得出強度、滲透性評判指標值分別為0.8,1.0。成墻質(zhì)量表面現(xiàn)狀隸屬度采用專家打分法：成墻厚度滿足設計要求，專家打分1.0；密實性有局部不密實，專家打分0.5；連續(xù)性有局部分叉，專家打分0.5。成墻質(zhì)量判據(jù)的3項基本單元的權重定義為A=(0.6 0.2 0.2),其成墻質(zhì)量評判指標值為0.8。

由上述結果得出U的隸屬度函數(shù)矩陣R=(0.8,1.0,0.8)T，即安全判據(jù)評價指標集為U=(U1 U2 U3)，Ui權重定義為A=(0.4，0.3，0.3)。

那么,U的綜合評價矩陣,即:C=R*A=(0.4，0.3，0.3)*(0.8,1.0,0.8)T=0.86

表1 水泥土地連墻結構評估指標集

根據(jù)表1評價指標集判斷,該水泥土地下連續(xù)墻基礎結構處于穩(wěn)定狀態(tài)。2016年7月，該河道遭遇一次洪水，未發(fā)生明顯滲漏或結構失穩(wěn)狀況，驗證了本文提出的質(zhì)量檢測和綜合評價方法的正確性，表明本方法具有可行性和可操作性。

5 結論

（1）本文研究了水泥土地下連續(xù)墻基礎關鍵質(zhì)量控制指標，提出了針對關鍵質(zhì)量控制指標的檢測內(nèi)容與方法。

（2）提出一種綜合型安全評估模型，確定了強度、滲透性成墻質(zhì)量為該模型的三個預報判據(jù)，并利用貼近度原則和專家打分法確定各判據(jù)的評價指標值，最后通過模糊綜合評判得出安全評估結果，并與現(xiàn)行規(guī)范安全等級進行比較，確定安全評估結論。

（3）本文提出的模糊綜合評價方法經(jīng)過實際驗證，具有可操作性?？稍谒畮臁⒋髩?、堤防等結構安全評價中推廣。

[1]楊綸標.模糊數(shù)學原理及應用[M].廣州:華南理工大學出版社,2003.

[2]陸俊.滑坡預報模型及其在工程中的應用研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學,2006.

[3]《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標準—堤防工程》（SL634-2012）.

TV36

A

1006—7973（2017）10-0070-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.031