毛 寧 王保田 宋為廣 杜妍平

（1.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局 南京 210004； 2.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210098；3.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所 南京 210098）

水泥攪拌樁是軟基處理中常用的處理方法，它是將水泥與地基土原位攪拌成水泥土圓柱體，與周圍土體共同形成復(fù)合地基，以提高地基的穩(wěn)定性和承載力［1］。水泥攪拌樁也可做成連續(xù)的地下水泥土壁墻和水泥土塊體以承受荷載或隔水［2］。該技術(shù)因其錨固效果較好，施工快速，造價(jià)低，噪音小，對(duì)相鄰建筑物無不利影響，在軟弱地基加固中具有廣闊的發(fā)展前景［3］。目前，水泥攪拌樁的質(zhì)量檢測方法有28 d后鉆孔取心法、靜載試驗(yàn)法、靜力觸探法和標(biāo)貫法［4］等檢測方法。實(shí)踐證明，上述檢測方法均偏重于檢測樁體某一方面指標(biāo)以間接反映水泥攪拌樁質(zhì)量，不僅存在一定的片面性，而且齡期長，費(fèi)用高，過程繁瑣［5］。

事實(shí)上，水泥含量和水泥土攪拌的均勻程度是水泥攪拌樁成樁質(zhì)量的直接指標(biāo)。水泥攪拌樁在攪拌過程中若水泥含量滿足設(shè)計(jì)要求且攪拌均勻，樁的質(zhì)量一般能達(dá)到要求；水泥攪拌樁在成樁后6 h內(nèi)水泥土漿液具有一定的流動(dòng)性，利用這一特性，可以方便取樣檢驗(yàn)?；谝陨?點(diǎn)認(rèn)識(shí)，筆者設(shè)計(jì)研發(fā)出管式側(cè)開閉口軟土取土裝置，在水泥攪拌樁施工完成后及水泥土漿液初凝之前取出水泥土漿液，并提出改進(jìn)EDTA法檢測其水泥含量，分析水泥攪拌樁施工質(zhì)量，探討了一種無損、快速檢測水泥攪拌樁質(zhì)量的方法。

1 水泥含量檢測方法原理

1.1 取土裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)

傳統(tǒng)取土裝置存在對(duì)軟土采樣率低，取樣深度難以確定，操作效率低等缺點(diǎn)。根據(jù)本文試驗(yàn)的特點(diǎn)，研發(fā)了一種管式側(cè)開閉口軟土取土裝置。該裝置可以一次性在水泥攪拌樁目標(biāo)深度范圍內(nèi)每隔20 c m取樣，取土裝置由管體部分及鉆頭組成，見圖1～2。取土管由若干節(jié)類似于靜力觸探桿的取土管（每節(jié)取土管長100 c m）組成。每節(jié)取土管含有5個(gè)取土器，每個(gè)取土器間隔20 c m，取土器上開有長方形進(jìn)土孔，在孔上安裝有活動(dòng)門。取土?xí)r，利用靜力觸探設(shè)備將取土管下壓和提升。取土器下壓到土層里時(shí)，活動(dòng)門關(guān)閉；在取土器上提過程中，活動(dòng)門打開，土樣進(jìn)入取土器內(nèi)。每個(gè)取土器間相互隔離，保證取樣獨(dú)立。

圖1 取樣器取土管示意圖

圖2 取樣器取土管圖

1.2 改進(jìn)EDTA滴定法檢測水泥含量

EDTA滴定法測量水泥含量的原理是利用綜合劑乙二胺四乙酸鹽與水泥土中的Ca2＋發(fā)生綜合反應(yīng)，通過EDTA的消耗量計(jì)算鈣離子含量來獲得水泥含量。常規(guī)EDTA滴定法僅適用于水泥穩(wěn)定土的填料水泥劑量的檢測［6］，水泥攪拌樁的質(zhì)量檢測一般要等到施工28 d后才進(jìn)行取心檢測，齡期較長，并且水泥攪拌樁往往分布于不同土層，含水率變化很大。針對(duì)上述影響因素，改進(jìn)EDTA滴定法以適應(yīng)水泥攪拌樁的水泥含量檢測。具體試驗(yàn)內(nèi)容如下：

（1）準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)曲線。取水泥攪拌樁深度范圍內(nèi)不同土層的土樣，為模擬現(xiàn)場條件，將土調(diào)勻至天然含水率。配制摻量為12%，15%，18%，20%，22%，25%的水泥改性土，將試樣密封并放在溫度為20℃，環(huán)境濕度為90%的地下室內(nèi)養(yǎng)護(hù)成型。分別在養(yǎng)護(hù)1，3，6，12，24 h和3，7，14，28 d后，稱取100 g不同摻量的標(biāo)準(zhǔn)樣，用EDTA滴定法得到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的EDTA消耗量，并同時(shí)測定含水率。為了消除含水率對(duì)試驗(yàn)的影響，本試驗(yàn)采用100 g干土EDTA的消耗量指標(biāo)繪制水泥含量標(biāo)定曲線圖。換算關(guān)系為：100 g干土EDTA消耗量＝100 g濕土EDTA消耗量×（1＋含水率）。得到相應(yīng)齡期的100 g干土EDTA水泥含量標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖3。

圖3 EDTA消耗量標(biāo)準(zhǔn)曲線

（2）現(xiàn)場取樣測定水泥含量。水泥攪拌樁施工完成后，使用研制的取土裝置取土，滴定得出不同深度土樣EDTA標(biāo)準(zhǔn)液的消耗量，用標(biāo)準(zhǔn)曲線圖即可查得心樣的水泥含量。繪制水泥含量隨深度的變化曲線圖，分析各個(gè)深度水泥含量和拌和均勻性，判斷水泥攪拌樁成樁質(zhì)量，反饋施工。

2 應(yīng)用實(shí)例

通過楊林船閘工程水泥攪拌試驗(yàn)樁試驗(yàn)，驗(yàn)證了水泥含量檢測的準(zhǔn)確性和適用性。

2.1 工程概況

楊林船閘為三級(jí)船閘，設(shè)計(jì)最大船舶等級(jí)為1 000 t，擬采用水泥攪拌樁法處理上、下游引航道軟弱地基及加固下游斜坡式護(hù)岸。巖土工程勘察報(bào)告提供的該場地主要加固的土層為1-2（Q4al）淤泥質(zhì)粘土（層頂面埋深1.2～4.3 m，一般厚度16.0～19.9 m）和1-2b（Q4al）淤泥（層厚1.5～9.0 m）。水泥攪拌試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)樁徑為700 mm，樁長為20.8 m，樁間距1.0 m。固化劑選用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.55。

2.2 試驗(yàn)成果及分析

圖4為水泥攪拌樁攪拌結(jié)束后利用管式側(cè)開閉口軟土取土裝置取土、齡期為3 h的水泥含量檢測成果圖，該樁設(shè)計(jì)水泥含量20%。由于氯化銨對(duì)水泥土的溶解能力有限，水泥劑量大于30%時(shí)，試驗(yàn)精度會(huì)降低［7］，計(jì)算得到水泥含量大于35%時(shí)本文按35%計(jì)。

圖4 齡期3 h樁水泥含量檢測成果圖

由圖4可見，整樁平均水泥含量為21.5%；0～3 m樁體水泥含量低于設(shè)計(jì)值；3～6 m土體水泥含量較高，基本大于35%；10 m以下樁體土體水泥含量波動(dòng)大，最小值4.7%，最大值大于5.0%，平均水泥含量為18.1%。通過分析，認(rèn)為存在水泥漿上浮和攪拌不均勻的質(zhì)量問題，建議改進(jìn)施工工藝，提高拌和均勻性。

圖5和圖6為水泥攪拌樁成樁后齡期28 d的鉆心取樣水泥含量分布圖和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線圖。

圖5 齡期28 d樁水泥含量隨深度分布圖

圖6 齡期28 d樁心樣 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度圖

該樁無側(cè)限強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.84 MPa，水泥含量設(shè)計(jì)值為20%，每隔1 m取1個(gè)試樣進(jìn)行檢測。取心結(jié)果表明，樁2～9 m處的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.57～2.69 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值0.87 MPa，對(duì)應(yīng)水泥含量較高，大于35%；0～20 m處的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較低，小于0.5 MPa，其對(duì)應(yīng)的水泥含量偏低，平均13.8%。

檢測結(jié)果表明，水泥含量檢測和強(qiáng)度檢測結(jié)論一致。綜合心樣強(qiáng)度檢測和水泥含量檢測結(jié)果可以判斷該樁強(qiáng)度達(dá)不到要求的原因，即攪拌樁下部攪拌時(shí)水泥漿上浮，導(dǎo)致轉(zhuǎn)體上部水泥富集，下部水泥偏少，并且拌和不均勻。針對(duì)檢測結(jié)果，建議采取調(diào)整施工工藝，加強(qiáng)復(fù)攪，改進(jìn)攪拌刀具等措施。

3 結(jié)論

（1）用測定水泥含量的方法控制水泥攪拌樁施工質(zhì)量，該方法將水泥含量作為水泥攪拌樁質(zhì)量評(píng)判指標(biāo)，能夠直觀、定量反映水泥攪拌樁施工質(zhì)量。

（2）借助于管式側(cè)開閉口軟土取土裝置獲取水泥土漿液，可以檢測攪拌樁樁身任意處水泥含量及拌和均勻性，不會(huì)對(duì)攪拌樁樁身的強(qiáng)度和止水性能帶來損害，并且現(xiàn)場操作方便，費(fèi)用低。

（3）水泥含量檢測法克服了傳統(tǒng)取心檢測受齡期的限制，在實(shí)際運(yùn)用中，既可在施工初期用該法對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，及時(shí)反饋，分析和適時(shí)調(diào)整施工工藝，也可在施工后期用該法對(duì)樁進(jìn)行抽檢，控制施工質(zhì)量。

（4）該方法彌補(bǔ)了常規(guī)檢測方法的不足，配合其他測試方法，可以綜合反映水泥攪拌樁的質(zhì)量，將是水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)的一條新途徑。

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