董承全 陳 輝 顏勝才

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

夯實(shí)水泥土樁樁身完整性檢測(cè)分析

董承全 陳 輝 顏勝才

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

采用低應(yīng)變反射波法，對(duì)某工程所采用摻砂灰土樁的樁身完整性進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果表明：其波形特征、波速變化、波幅衰減特性與樁身完整性相關(guān)，樁身材質(zhì)均勻，密實(shí)度好的樁，波速高，反射波幅與入射波幅比高，反之亦小。

夯實(shí)水泥土樁，基樁檢測(cè)，反射波法，樁身完整性，強(qiáng)度

0 引言

夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基廣泛應(yīng)用于民用建筑及鐵路公路路基工程。通過(guò)夯實(shí)水泥土樁加固地基，提高地基承載力，已在一些專著中有介紹[1]。夯實(shí)水泥土樁一般通過(guò)螺旋鉆機(jī)鉆孔，在孔外對(duì)黏土或砂黏土摻加一定比例水泥，攪拌均勻，填入鉆孔內(nèi)，經(jīng)夯實(shí)成樁。夯實(shí)過(guò)程中對(duì)樁周土有一定的擠密作用，繼而形成夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基。夯實(shí)水泥土樁樁身強(qiáng)度優(yōu)于粉噴樁和旋噴樁。其樁身質(zhì)量不受樁周土介質(zhì)影響，只與樁材采用的土質(zhì)、水泥標(biāo)號(hào)、攪拌均勻性、夯實(shí)程度有關(guān)。根據(jù)樁身強(qiáng)度要求，可采用水泥土樁或水泥砂土樁。有部分學(xué)者對(duì)夯實(shí)水泥土樁樁身強(qiáng)度與所選用土質(zhì)與水泥摻加量進(jìn)行了研究。如劉煥存[2]對(duì)夯實(shí)水泥土(粉質(zhì)黏土)試樣三軸試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥土強(qiáng)度隨水泥摻加量增加而增加。20%水泥含量60 d抗壓強(qiáng)度是10%水泥含量60 d抗壓強(qiáng)度的2倍。強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)關(guān)系表明，10 d強(qiáng)度可達(dá)極限強(qiáng)度的55%以上，以后增長(zhǎng)速度逐漸變緩，60 d可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。姜彬生等[3]在含水量25%～30%之間、飽和度在80%～85%之間的黏質(zhì)土中分別添加10%和15%水泥含量，60 d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到5.6 MPa和6.4 MPa。閆明禮等[1]在含砂粒5%～10%的砂黏土中，摻加425號(hào)硅酸鹽水泥，摻加量20%時(shí)，夯實(shí)水泥土強(qiáng)度可達(dá)13.6 MPa以上。根據(jù)以上資料分析結(jié)合工程實(shí)際，采用粉質(zhì)黏土添加10%中砂作為基本土質(zhì)，摻加20%的425號(hào)水泥作為夯實(shí)水泥土樁的樁體材料。經(jīng)預(yù)留試件試驗(yàn)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到10 MPa～15 MPa。為檢驗(yàn)樁身完整性，采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)，分析了樁身完整性與波速波幅波形特征關(guān)系。

1 低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁身完整性[4-11]

1.1 檢測(cè)原理與方法

某工程為一幢6層綜合樓，地質(zhì)資料表明自上而下為素填土，粉質(zhì)黏土，砂黏土層。設(shè)計(jì)φ400 mm夯實(shí)水泥土樁，樁長(zhǎng)8 m～10 m。采用螺旋鉆機(jī)成孔，孔外拌合水泥土，分層填入，夯實(shí)成樁。樁身完整性采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)。根據(jù)一維應(yīng)力波理論，樁身缺陷程度按式(1)判定：

(1)

式中：Vr——反射波速度幅值；Vi——入射波速度幅值；Z1——介質(zhì)Ⅰ的波阻抗，Z1=ρ1c1A1；Z2——介質(zhì)Ⅱ的波阻抗，Z2=ρ2c2A2。

則有:

(2)

其中，F(xiàn)為反射系數(shù)，與樁身密實(shí)度及完整性相關(guān)。

波速由式(3)確定：

(3)

其中，CP為反射波速度，m/s;l為樁長(zhǎng)，m；tr為波由樁頂傳至樁底后返回至樁頂?shù)臅r(shí)間,ms。

缺陷位置lx可由式(4)確定:

(4)

式中：c——樁平均波速，m/s;tx——樁頂至缺陷處的反射時(shí)間，ms。

1.2 檢測(cè)結(jié)果分析

1.2.1 波形特征分析

波形特征是反映樁身完整性的重要參量之一。圖1為實(shí)測(cè)反射波形。

其中圖1a)為完整樁波形。波形規(guī)則，樁底反射清晰可辨，入射波與樁底反射波之間無(wú)異常反射。圖1b)為樁身中下部存在缺陷的樁波形，可見(jiàn)入射波與樁底反射波之間有一缺陷反射波，其相位與入射波相同，樁底反射波幅一般低于完整樁樁底反射波幅。圖1c)為樁身淺部存在缺陷時(shí)的檢測(cè)波形，其特征為淺部缺陷處以上樁體出現(xiàn)振動(dòng)，并伴有低頻振蕩，無(wú)樁底反射波，也無(wú)法獲得缺陷下部樁身完整性信息。

1.2.2 波速變化規(guī)律與波幅衰減規(guī)律分析

表1 完整樁波速和樁底反射系數(shù)

本次共檢測(cè)117根樁，對(duì)其中30根完整樁和8根缺陷樁利用式(2)和式(3)分別讀取反射系數(shù)和波速。通過(guò)測(cè)讀波的反射系數(shù)，探討夯實(shí)水泥土樁波幅衰減規(guī)律。波速大小反映了樁身完整程度。完整樁波速和樁底反射系數(shù)見(jiàn)表1，缺陷樁波速、樁底反射系數(shù)及缺陷反射系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 缺陷樁波速、樁底反射系數(shù)及缺陷反射系數(shù)

由表1可看出，完整樁波速在2 500 m/s～3 400 m/s之間，平均波速為3 025 m/s。樁底反射系數(shù)在0.09～0.55之間，平均反射系數(shù)為0.28。波速低于平均波速的樁有14根，樁底反射系數(shù)低于平均反射系數(shù)的有17根，波速和樁底反射系數(shù)同時(shí)低于平均值的有10根。這基本說(shuō)明波速偏低時(shí)波幅衰減也較快，反映樁密實(shí)程度欠佳。就整體而言，波速和樁底反射系數(shù)比較離散，反映樁施工工藝不夠穩(wěn)定，有待提高。從表2可看出，缺陷樁中有87.5%的樁低于完整樁平均波速和平均樁底反射系數(shù)，說(shuō)明樁身缺陷對(duì)波速和樁底反射有明顯降低作用。缺陷反射系數(shù)在0.09～0.23之間，屬于輕度缺陷樁。此外,檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在淺部斷樁,見(jiàn)圖1c)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)淺部斷樁均由機(jī)械開(kāi)挖碰斷和擠壓所致。

2 淺部斷樁開(kāi)挖驗(yàn)證

圖2為不同深度的斷樁波形。通過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證，圖2a)為0.5 m處斷裂波形，圖2b)為1 m左右斷裂波形，圖2c)為2 m左右斷裂波形。圖2a)主要表現(xiàn)為低頻振動(dòng)，反射波不明顯。圖2b)主要表現(xiàn)為低頻振動(dòng)與反射波疊加，且第一次反射波幅高于入射波幅，以后缺陷處出現(xiàn)多次反射波，并逐漸衰減。而圖2c)反射波幅明顯增強(qiáng)，振動(dòng)效應(yīng)減弱，同相反射波幅明顯高于反相反射波幅，這一點(diǎn)與淺部擴(kuò)徑是有差別的。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，對(duì)于灰土樁，只要樁身強(qiáng)度達(dá)到或接近15 MPa,采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)是可行的。從檢測(cè)結(jié)果可看出，夯實(shí)水泥土樁波速和樁底反射系數(shù)比較分散，完整樁波速在2 500 m/s～3 400 m/s之間，平均波速為3 025 m/s。樁底反射系數(shù)在0.09～0.55之間，平均反射系數(shù)為0.28。缺陷樁中有87.5%的樁低于完整樁平均波速和平均樁底反射系數(shù)，說(shuō)明樁身缺陷對(duì)波速和樁底反射有明顯降低作用。缺陷反射系數(shù)在0.09～0.23之間，屬于輕度缺陷樁，表明夯實(shí)水泥土樁密實(shí)度不夠均勻，施工工藝有待改進(jìn)。由于波形特征，波速及樁底與缺陷反射系數(shù)反映了樁完整性特征，利用波形特征，波速及樁底與缺陷反射系數(shù)綜合判定樁完整性也是可行的。本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)淺部缺陷主要是開(kāi)挖工藝不當(dāng)造成，應(yīng)加以改進(jìn)。

[1] 閆明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].第2版.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 劉煥存.夯實(shí)水泥土強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程技術(shù),1996(3):16-20.

[3] 姜彬生,李宏義.夯實(shí)水泥土強(qiáng)度和變形特性[J].巖土工程技術(shù),1998(4):40-44.

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Analysis on pile integrity test of rammed soil-cement pile

DONG Cheng-quan CHEN Hui YAN Sheng-cai

(RailwayBuildingResearchInstitute,ChinaRailwayScienceResearchInstitute,Beijing100081,China)

Using the low strain reflected wave method, this paper tested and analyzed the pile integrity of a engineering using sand lime soil pile, the results showed that: its wave characteristics, wave velocity variation, amplitude attenuation characteristics uniformity to pile integrity, the pile had good material, the pile with good compactness, high wave speed, the ratio was higher of reflection wave amplitude and incident wave amplitude, and the opposite small.

rammed soil-cement pile, foundation pile test, reflected wave method, pile integrity, strength

1009-6825(2014)34-0070-03

2014-09-25

董承全(1951- )，男，高級(jí)工程師； 陳 輝(1982- )，男，高級(jí)工程師； 顏勝才(1982- )，男，助理研究員

TU473.16

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