鉆芯法在軟土地層水泥攪拌樁質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

郭凱榮

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

鉆芯法具有效率高、直觀、準(zhǔn)確、代表性強等優(yōu)點，在水泥攪拌樁質(zhì)量的檢測中應(yīng)用十分廣泛。操作方法是：用液壓操縱的高速工程地質(zhì)鉆機向樁體鉆取芯樣，采用無側(cè)限抗壓試驗對芯樣強度及樁體的性能進行測試，并匯總各項檢測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)對水泥攪拌樁的質(zhì)量做出客觀評價。本文結(jié)合實際案例工程，分析該方法的應(yīng)用要點及檢測效果。

1 工程概況

1.1 基本情況

某永久護岸工程，分北段護岸、南段護岸、西段護岸三段，長度分別為918.5m、3648.0m、3101.6m，總長7668.1m。護岸施工現(xiàn)場均存在軟基，采用水泥攪拌樁施工工藝進行加固，設(shè)計樁身強度≥2.5MPa（90d），樁徑統(tǒng)一為Ф700mm。

1.2 地質(zhì)狀況

該項目樁號K0+000~K7+668 段由北往南，境內(nèi)地勢低平，地表以人工填土及耕植土為主；地面標(biāo)高一般在1.06～3.40m；場地內(nèi)微地貌主要以人工開挖的魚塘、耕地、水庫、灌溉水渠、公路、溝壟為主，地表主要為人工填土及耕植土。

工程沿線地處海河下游，河流渠道縱橫，坑塘洼淀廣泛分布。根據(jù)地質(zhì)勘察單位對沿線的地質(zhì)勘察資料顯示，本段路基淺層普遍存在厚度1.5~7.0m的軟土層，力學(xué)性能差，對路基的承載力及穩(wěn)定性影響較大，因此該段采用水泥攪拌樁進行施工。

2 試件取樣操作要點

水泥攪拌樁到達(dá)齡期以后，為了能夠反映其真實的強度，鉆取試樣過程中需要考慮以下幾個因素：

（1）鉆取芯樣宜采用液壓操縱的高速工程地質(zhì)鉆機，并配備相應(yīng)的水泵、孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩(wěn)定器及可撈取松軟渣樣的鉆具。宜采用雙管單動或更有利于提高芯樣采取率的鉆具，以減少對樁體芯樣造成的擾動。同時鉆桿應(yīng)順直，鉆桿直徑宜為50mm。

（2）鉆機應(yīng)根據(jù)樁身設(shè)計強度選用合適的薄壁合金鋼鉆頭或金剛石鉆頭，鉆頭外徑不宜小于91mm。

（3）芯樣從取樣器中推出時應(yīng)平穩(wěn)，嚴(yán)禁試樣受拉、受彎。從鉆具取出后應(yīng)放在平坦的地面并順序堆放，可考慮用固定長度的PVC 管或者芯樣箱來保存。同時用塑料薄膜包封完整，避免水分蒸發(fā)。芯樣在運送和保存過程中應(yīng)避免壓、震、曬、凍，并防止試樣失水或吸水。

（4）鋸切芯樣試件用的鋸切機應(yīng)具有冷卻系統(tǒng)和夾緊裝置，且芯樣試件端面的補平器和磨平機應(yīng)滿足芯樣制作的要求。

3 芯樣試件抗壓強度的計算與分析

試件高徑比取1∶1，直徑不小于70mm，鉆芯取樣后對芯樣做密封處理。按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106）的相關(guān)規(guī)定加工，使芯樣具備檢測的條件。芯樣制作完成后，用高精度小型壓力機做抗壓強度試驗，設(shè)備的額定壓力不超過預(yù)估壓力的5倍。

3.1 抗壓強度的計算

芯樣試件的抗壓強度按照下式計算：

式中：fcu——芯樣試件抗壓強度，MPa；

d——芯樣試件的平均直徑，mm；

P——試驗測得的破壞荷載，N。

3.2 平均強度、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的計算

在評價樁身強度時，應(yīng)取樁身芯樣試件抗壓強度代表值進行統(tǒng)計，并按下列公式分別計算平均強度、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。計算方法如下：

3.3 檢測數(shù)據(jù)的分析

（1）每組試驗均有3 塊試件，樁身芯樣試件抗壓強度代表值應(yīng)按1組3塊試件強度值的平均值確定，水泥土芯樣試件抗壓強度代表值應(yīng)取各段水泥土芯樣試件抗壓強度代表值的最小值。

（2）綜合考慮動力觸探結(jié)果、芯樣特征等信息，對樁底持力層的性狀做出評價。

樁身均勻性主要根據(jù)芯樣特征進行等級評定，通常分為良好、一般、差3個級別，具體如表1所示。

表1 樁身均勻性評價標(biāo)準(zhǔn)

4 水泥攪拌樁鉆芯法檢測質(zhì)量評價

鉆孔取芯法是一種直觀可靠的水泥攪拌樁質(zhì)量檢測方法。該法在樁體上取芯，截取一定數(shù)量的水泥土芯樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，鉆取持力層芯樣對持力層性狀進行驗證，從而對成樁質(zhì)量進行綜合判定。

4.1 試驗設(shè)計方案

為了探索在沿海地區(qū)特定的土質(zhì)條件下水泥摻量和攪拌水平的高低對成樁質(zhì)量的影響,本文選擇標(biāo)準(zhǔn)試樁和缺陷試樁進行質(zhì)量分析。

（1）土層分布。土層1：粉質(zhì)黏土夾粉土，可塑狀態(tài)，厚5.2m；土層2：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟塑～可塑,厚2.2m；土層3：粉質(zhì)黏土，可塑，厚度4.0m；土層4：粉質(zhì)黏土，硬塑，厚度超過6.0m。

（2）試樁設(shè)計：本次試驗的設(shè)計內(nèi)容是在配合比試驗和施工工藝試樁的基礎(chǔ)上，對典型土層段施工的試樁進行鉆芯檢測。標(biāo)準(zhǔn)試樁T0，工藝性試樁設(shè)計5 種組合，編號分別為：T1、T2、T3、T4、T5。每組試樁設(shè)計2根，共12根，樁長均為12m。樁端進入持力層粉質(zhì)黏土1m。水泥摻量在12%～18%之間,采用兩攪兩噴或者四攪兩噴的施工工藝。標(biāo)準(zhǔn)試樁和工藝性試樁的施工嚴(yán)格按試驗設(shè)計要求進行，試樁結(jié)果見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)試樁和工藝性試樁的設(shè)計結(jié)果

（3）取芯檢測：標(biāo)準(zhǔn)試樁和工藝性試樁檢測齡期均選在90d 進行，取芯進尺每次不大于1.5m，抗壓強度試件3 組，根據(jù)抗壓強度結(jié)果代表值和取芯率對各試樁進行評分。

（4）評分方法：標(biāo)準(zhǔn)試樁的綜合分為100 分，其余各組工藝性試樁按各層取芯率和強度代表值占標(biāo)準(zhǔn)試樁對應(yīng)的百分比分別評定。

4.2 試驗結(jié)果分析

現(xiàn)場對6 組試樁進行了取芯質(zhì)量檢測，根據(jù)上述評分辦法分別對試樁進行質(zhì)量分析，評分結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)試樁和工藝性試樁綜合評分結(jié)果

由表3分析可知，標(biāo)準(zhǔn)試樁T0采用兩攪兩噴施工工藝，水泥摻量按標(biāo)準(zhǔn)15%，取芯率和強度代表值評分結(jié)果均為100分。試樁T1水泥摻量不變，通過增加攪拌次數(shù)，采用四攪兩噴施工工藝時，發(fā)現(xiàn)強度代表值和取芯率均略有所提高，結(jié)果評分分別為103分和106分。試樁T2攪拌噴漿次數(shù)不變，水泥摻量降低3%，評分結(jié)果顯著下降，只有91分和89分。試樁T3水泥摻量降低3%，增加攪拌次數(shù)，評分結(jié)果有所下降，分別為95 分和93分。試樁T4水泥摻量增加3%，攪拌噴漿次數(shù)不變，強度代表值和取芯率均有明顯提高。試樁T5水泥摻量提高和攪拌次數(shù)都增加，強度代表值和取芯率顯著提高。通過以上研究結(jié)果表明，水泥攪拌樁施工過程中水泥與土是否攪拌均勻這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，有時還比單純增加水泥摻量更加有利，施工中應(yīng)尤其注意。

5 結(jié)束語

鉆芯法是水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗中的重要方法，不僅效率高，而且能準(zhǔn)確反映樁體完整性、樁長、攪拌均勻性、結(jié)構(gòu)連續(xù)性、持力層性狀等方面的情況。鉆芯法涉及到的作業(yè)內(nèi)容多，過程中需要試驗人員嚴(yán)格按照鉆芯法規(guī)范進行操作，取出的芯樣才具有完整性和代表性。施工過程中，同時也可結(jié)合單樁抗壓靜載荷和復(fù)合地基靜載荷試驗檢驗樁身的承載力，最后才能對水泥攪拌樁的質(zhì)量做出準(zhǔn)確的、全面的評價分析。