水泥攪拌樁強(qiáng)度質(zhì)量檢測(cè)探討
摘要：水泥攪拌樁作為軟基處理的一種方法，得到愈來愈廣的應(yīng)用，由于其樁體強(qiáng)度介于剛性樁和散體材料樁之間，其施工質(zhì)量的檢測(cè)方法也有別于其他樁型。本文分析了水泥攪拌樁的強(qiáng)度質(zhì)量檢測(cè)。
關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；強(qiáng)度質(zhì)量；檢驗(yàn)方法
1 引言
近年來，隨著珠江三角洲城市建設(shè)的迅速發(fā)展，水泥攪拌樁作為復(fù)合地基被大量地應(yīng)用于軟土地基加固和建筑基坑工程中的止水帷幕連續(xù)墻。由于水泥攪拌樁屬于隱蔽工程項(xiàng)目，工程質(zhì)量不直觀，影響質(zhì)量的因素較多，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，因此必須對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行全面質(zhì)量檢驗(yàn)，以確保其施工質(zhì)量。
2 水泥攪拌樁的原理及特點(diǎn)
2.1　水泥攪拌樁的原理
水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。軟土和水泥采用機(jī)械攪拌加固的基本原理主要有以下三個(gè)方面:
1) 水泥的水解和水化反應(yīng)
水泥是由不同的氧化物組成的不同水泥礦物，這些礦物與水產(chǎn)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。這些化合物迅速融于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出來，再和水發(fā)生反應(yīng)，周圍的水溶液逐漸達(dá)到飽和，水分子雖繼續(xù)深入，也只能以分散狀態(tài)的膠體析出，懸浮于溶液中形成膠體，使土體的強(qiáng)度得到提高，軟土的含水量較高，為水泥的水解和水化反應(yīng)提供了很好的條件。
2）水泥的離子交換和團(tuán)�；�作用
水泥水化后溶液中析出大量的鈣離子，與軟土表面的鈉離子和鉀離子進(jìn)行當(dāng)量交換吸附，從較小的顆粒形成較大的顆粒，從而提高土體強(qiáng)度。此外水泥水化生成的凝膠粒子產(chǎn)生很大的表面能，具有強(qiáng)烈的吸附性，使得較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，形成水泥土團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)間空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)。
3）水泥土的硬凝反應(yīng)
離子交換后，多余的鈣離子在堿性的環(huán)境中，與粘土礦物的反應(yīng)，硬化形成水泥骨架，大大提高了水泥土提高強(qiáng)度
4) 碳酸化作用
水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，使水泥土的強(qiáng)度增大。
從水泥加固土的機(jī)理分析可見：水泥和土之間的強(qiáng)制攪拌越充分，土塊被粉碎的越小，水泥分布到土中越充分，水泥土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性越小，總體強(qiáng)度也越高。
2.2 水泥攪拌樁的特點(diǎn)和適用條件
水泥攪拌樁的特點(diǎn)：在地基加固過程中無振動(dòng)、無噪音，對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)土無側(cè)向擠壓，對(duì)鄰近建筑物無影響，能有效提高地基的強(qiáng)度，施工周期短，造價(jià)低，效益顯著。水泥攪拌樁適用于加固較厚的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力不大于120 kPa 的粘性土地基。隨著機(jī)械性能的提高和施工工藝的改進(jìn)，水泥攪拌樁對(duì)提高松散砂層的強(qiáng)度和抗?jié)B性成效顯著，目前根據(jù)施工工藝一般可分為攪拌樁、噴粉樁。
由于水泥攪拌樁加固法具有無環(huán)境污染、噪聲小、和費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、市政、道路、港口以及地下?lián)跬翗?gòu)筑等軟土加固工程中。
3 質(zhì)量檢測(cè)現(xiàn)狀
由于水泥攪拌樁一般施工量大面廣，且是隱蔽工程，現(xiàn)有施工機(jī)具無法自動(dòng)地、準(zhǔn)確地控制水泥攪拌樁的施工質(zhì)量。因此，如何對(duì)水泥攪拌樁施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)施對(duì)水泥攪拌樁施工過程中質(zhì)量的有效控制，是目前軟基處理工程急需解決的課題，而且到目前為止國(guó)家還沒有出臺(tái)相應(yīng)的統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范。對(duì)水泥攪拌樁質(zhì)量控制目前可參照的行業(yè)規(guī)范有： 2004年9月交通部發(fā)布的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF 80/1—2004)和2002年9月建設(shè)部發(fā)布的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)。
3.1 交通部發(fā)布的規(guī)范
交通部于2004年9月發(fā)布的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF 80/1—2004) 中對(duì)粉噴樁質(zhì)量有如下要求：水泥應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工；嚴(yán)格控制噴粉時(shí)間、停粉時(shí)間和水泥噴入量，不得中斷噴粉，確保粉噴樁長(zhǎng)度；樁身上部范圍內(nèi)必須進(jìn)行二次攪拌，確保樁身質(zhì)量；發(fā)現(xiàn)噴粉量不足時(shí)，應(yīng)整樁復(fù)打；噴粉中斷時(shí)，復(fù)打重疊孔段應(yīng)大于1m。
 

 

《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF 80/1—2004) 中較詳細(xì)地規(guī)定了對(duì)粉噴樁的質(zhì)量要求和實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目，給出了質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)粉噴樁單樁噴粉量、豎直度和樁長(zhǎng)的檢測(cè)只規(guī)定了檢查施工記錄，而沒有規(guī)定采用抽芯進(jìn)行檢測(cè)，沒規(guī)定強(qiáng)度的檢測(cè)方法，沒有要求進(jìn)行單樁承載力等靜載試驗(yàn)。對(duì)如何評(píng)價(jià)水泥攪拌樁的工程質(zhì)量，沒有明確的規(guī)定。
3.2 建設(shè)部發(fā)布的規(guī)范
建設(shè)部于2002年9月發(fā)布了國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002) ，對(duì)水泥攪拌樁的質(zhì)量檢驗(yàn)與工程驗(yàn)收規(guī)定如下：
1) 水泥土攪拌樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程，并應(yīng)堅(jiān)持全程的施工監(jiān)理。
2) 水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量檢驗(yàn)可采用以下方法:
　　a) 成樁7d后，采用淺部開挖樁頭，目測(cè)檢查攪拌的均勻性，量測(cè)成樁直徑，檢查量為總樁數(shù)的5%。
　　b) 成樁后3d內(nèi)，可用輕型動(dòng)力觸探(N10)檢查每米樁身的均勻性。檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的1% ，且不少于3根。
　　c) 豎向承載水泥土攪拌樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和單樁載荷試驗(yàn)。
　　d) 載荷試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí)，并宜在成樁28d后進(jìn)行，檢驗(yàn)數(shù)量為樁總數(shù)的0.5%～l.0%，且每項(xiàng)單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)。
經(jīng)觸探和載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)后對(duì)樁身質(zhì)量有懷疑時(shí)，應(yīng)在成樁28 d后，用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣作抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.5% ，且不少于3根。
4 檢測(cè)方法探討
根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，目前對(duì)水泥攪拌樁的樁身強(qiáng)度質(zhì)量檢驗(yàn)，一般采用載荷試驗(yàn)、輕便觸探、鉆芯取樣、樁身強(qiáng)度試驗(yàn)等檢測(cè)方法，下面分別進(jìn)行探討。
4.1 載荷試驗(yàn)法
4.1.1 檢測(cè)方法及要求
在成樁28d后，采用壓重平臺(tái)反力裝置，進(jìn)行慢速維持荷載試驗(yàn)。單樁承載力和復(fù)合地基承載力的最終加載均應(yīng)達(dá)到2倍的設(shè)計(jì)值。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)加載值未超過設(shè)計(jì)值時(shí)， 按變形小于0.1mm/h控制，當(dāng)加載值超過設(shè)計(jì)值時(shí)，按變形小于0.2mm/h控制。當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時(shí)，可以終止試驗(yàn)：①沉降急劇增大，土被擠出或壓板周圍出現(xiàn)明顯裂縫；②累計(jì)沉降量大于壓板寬度或直徑的1/10。
4.1.2 載荷試驗(yàn)的應(yīng)用及局限性
該試驗(yàn)對(duì)檢測(cè)承受垂直荷載的水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力是較可靠的質(zhì)量檢驗(yàn)方法，能根據(jù)樁承載力的大小定性地確定樁體質(zhì)量，但是存在載荷板尺寸效應(yīng)的缺點(diǎn)，致使檢測(cè)數(shù)據(jù)偏不安全，應(yīng)采用大載荷板下的多樁復(fù)合地基進(jìn)行試驗(yàn)， 盡可能減少尺寸效應(yīng)的不利影響。同時(shí)該檢測(cè)方法費(fèi)用高，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，過多的檢測(cè)會(huì)影響工程投資及工期。
4.2 輕型動(dòng)力觸探法
4.2.1 檢測(cè)方法及要求
在成樁7d以內(nèi)可采用輕型動(dòng)力觸探檢測(cè)水泥攪拌樁的強(qiáng)度以及觀察攪拌的均勻程度。輕型動(dòng)探儀的指標(biāo)為錘重10kg、貫人桿直徑2.5cm、落距50cm。檢測(cè)時(shí)可用風(fēng)鉆在1/4直徑處先打一個(gè)孔， 然后用輕型動(dòng)探法檢測(cè)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為齡期1d的擊數(shù)N10大于15擊時(shí)或齡期7d的擊數(shù)N10為原天然地基擊數(shù)N10的一倍以上，則樁身強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)每貫人10cm，N10大于30擊時(shí)應(yīng)停止， 避免引起樁頭開裂或損壞。
4.2.2 輕型動(dòng)力觸探法應(yīng)用及局限性
輕型動(dòng)力觸探法簡(jiǎn)單易行，可作為施工中的一種自檢手段，以檢驗(yàn)施工工藝和施工參數(shù)的正確性。但該法探測(cè)深度最大不超過4m，只能對(duì)樁體上部進(jìn)行檢測(cè)，而且該檢測(cè)方法也僅僅代表樁身小探頭位置的強(qiáng)度，對(duì)樁體質(zhì)量無法測(cè)定，而且對(duì)易于出問題的樁體下部無法檢測(cè)，故該方法檢測(cè)結(jié)果毫無代表性。
4.3 鉆芯取樣法
4.3.1 檢測(cè)方法及要求
在成樁28d后，采用鉆探設(shè)備，沿樁1/4軸線垂直鉆進(jìn)，鉆頭直徑108mm，采用雙管單動(dòng)沖水循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法，每一回次控制在1m~1.5m，鉆芯取樣法要求提供檢測(cè)報(bào)告并保存全部巖芯。
4.3.2 鉆芯取樣法應(yīng)用及局限性
由于鉆芯取樣法可通過室內(nèi)抗壓試驗(yàn)等直接反映攪拌樁的樁身強(qiáng)度，因此不少工程建設(shè)單位把鉆芯取樣法作為水泥攪拌樁施工質(zhì)量的主要檢測(cè)手段和重要依據(jù)。但是，水泥攪拌樁是一種非均質(zhì)樁，在鉆探取芯過程中水泥土很容易破碎，取出的試件做強(qiáng)度試驗(yàn)很難保證其真實(shí)性。同時(shí)取芯操作時(shí)會(huì)對(duì)樁體產(chǎn)生擾動(dòng)破壞，致使樁體強(qiáng)度和承載力有所下降，影響軟基加固處理的整體效果。為了確保取芯的完整性及強(qiáng)度試驗(yàn)的真實(shí)性，應(yīng)有良好的取芯設(shè)備及工藝技術(shù)。同時(shí)為了不影響軟基加固處理的整體效果，鉆芯取樣的檢測(cè)量應(yīng)適當(dāng)。
工程實(shí)踐表明，鉆探取芯法可以從一個(gè)側(cè)面反映出樁的質(zhì)量，特別是對(duì)檢測(cè)樁長(zhǎng)、樁芯的連續(xù)性、攪拌的均勻性及水泥摻量等有較好的效果，但是必須和其他檢測(cè)方法結(jié)合起來，才能全面檢測(cè)樁的質(zhì)量，否則有可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論。
4.4 芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)方法
水泥攪拌樁是一種介于剛性樁與柔性樁之間的樁體，其強(qiáng)度受到多種因素的影響，如水泥用量、土的含水量、土質(zhì)類型、攪拌均勻程度和齡期等。在相同的施工工藝條件下，土質(zhì)類型對(duì)樁體強(qiáng)度影響尤為明顯，在珠江三角洲地區(qū)，由于軟土地層較為發(fā)育，多由淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂及飽和的軟粘性土交替不均勻互層分布，土質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)水泥攪拌樁室內(nèi)強(qiáng)度檢測(cè)方法的選擇非常必要。
在《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF 80/1—2004)和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79 —2002)中 ，均未對(duì)芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)方法做出明確規(guī)定，現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中多數(shù)工程建設(shè)項(xiàng)目是采用每2m取一組試件進(jìn)行室內(nèi)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。這其中存在四個(gè)問題：其一，這一組試件能否代表整個(gè)斷面的平均強(qiáng)度；其二，在選取試件時(shí)，往往是選用質(zhì)量較好、較完整的部分作為試件，有可能造成誤導(dǎo)；其三，樁身的不均勻性，引起檢測(cè)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)較離散。其四，從實(shí)際抽芯情況看，部分樣品強(qiáng)度低，無法適用單軸抗壓強(qiáng)度法試驗(yàn)。
珠江三角洲軟土地層的復(fù)雜性導(dǎo)致同一根水泥攪拌樁在不同層位強(qiáng)度差別巨大，因此本人認(rèn)為芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)試樣強(qiáng)度選擇合適的試驗(yàn)方法。
4.4.1 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
對(duì)于土質(zhì)類型為粉土、砂層等攪拌而成的水泥攪拌樁芯樣，因成型較好，類似水泥砂漿體，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，因此可參照DBJ 15-60-2008《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》執(zhí)行，每孔截取不少于6個(gè)試樣進(jìn)行天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取其平均值作為強(qiáng)度代表值。
4.4.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
對(duì)于土質(zhì)類型為淤泥、淤泥質(zhì)土等高含水量軟弱土攪拌而成的水泥攪拌樁芯樣，固化強(qiáng)度低，可參照J(rèn)TG E40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行，每孔截取不少于6個(gè)試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取其平均值作為強(qiáng)度代表值。
5 結(jié)語
雖然水泥攪拌樁已經(jīng)被廣泛運(yùn)用，但是對(duì)其如何進(jìn)行全面質(zhì)量檢測(cè)，目前尚未有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是在芯樣強(qiáng)度檢測(cè)方面，到目前還沒有相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。在實(shí)施中其檢測(cè)方法及檢測(cè)數(shù)量主要是由地方質(zhì)量監(jiān)督部門、設(shè)計(jì)、業(yè)主等有關(guān)單位商定，具有隨意性。本人根據(jù)實(shí)際工作所積累的經(jīng)驗(yàn)，提出自己的一些看法，希望能引起國(guó)家建設(shè)主管部門的重視，早日建立有關(guān)水泥攪拌樁質(zhì)量評(píng)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，以解決施工中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題。
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