袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

佛山地區(qū)公路軟土路基水泥攪拌樁檢測(cè)及驗(yàn)收問題探討

袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

對(duì)比目前水泥攪拌樁檢測(cè)要求，結(jié)合公路工程水泥攪拌樁成樁、受力特點(diǎn)和佛山地區(qū)檢測(cè)具體情況，提出了佛山地區(qū)公路工程水泥攪拌樁以樁長(zhǎng)、完整性（均勻性）和強(qiáng)度為主的質(zhì)量檢測(cè)體系，對(duì)攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目、頻率和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了闡述。

公路；水泥攪拌樁；軟土路基；質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)定

水泥攪拌樁是目前佛山地區(qū)道路建設(shè)采用復(fù)合路基處理方法中應(yīng)用最廣泛的樁型之一。其原理是利用水泥作為固化劑，通過(guò)攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，軟土硬結(jié)而提高基礎(chǔ)強(qiáng)度，適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土土質(zhì)。但普遍攪拌均勻性欠佳，很難全程復(fù)攪。隨著近年公路項(xiàng)目的快速發(fā)展，水泥攪拌樁處理軟土地基的施工工藝日益成熟，但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)專門的水泥攪拌樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，雖然相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等規(guī)范對(duì)其檢測(cè)都有相應(yīng)要求，但不系統(tǒng)、不全面，不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同單位在質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)方法及質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上都不能統(tǒng)一。該文將從水泥攪拌樁的檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)頻率和檢測(cè)指標(biāo)等方面進(jìn)行探討，并初步建立適合佛山地區(qū)使用的水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)體系。

1 檢測(cè)項(xiàng)目的選定

根據(jù)JTG/T D31-02-2013《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)細(xì)則》）和《廣東省公路軟土地基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)定（試用）》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)規(guī)定》），水泥攪拌樁工后質(zhì)量檢測(cè)要求如表1所示。

表1　水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求對(duì)比

由表1可知：水泥攪拌樁檢測(cè)和評(píng)價(jià)內(nèi)容分為樁長(zhǎng)、完整性（均勻性）和強(qiáng)度三部分，其中強(qiáng)度包括樁身強(qiáng)度和單樁或復(fù)合地基承載力兩部分。兩規(guī)范對(duì)樁長(zhǎng)和強(qiáng)度的檢測(cè)要求是強(qiáng)制而明確的（雖然個(gè)別指標(biāo)有所區(qū)別），但對(duì)于樁身完整性（均勻性）并沒有作強(qiáng)制要求。實(shí)際應(yīng)用中水泥攪拌樁普遍存在攪拌均勻性欠佳和全程復(fù)攪?yán)щy的問題，當(dāng)樁體不均勻時(shí)，承載力檢測(cè)結(jié)果也可能失真。根據(jù)水泥攪拌樁的荷載傳遞機(jī)理，按現(xiàn)有一般設(shè)計(jì)設(shè)置50 cm厚褥墊層，樁身最大軸力出現(xiàn)在樁頂以下2～4倍樁徑范圍內(nèi)，且在7 m樁長(zhǎng)以下樁身軸力已非常?。ㄈ鐖D1所示）?；谏鲜鲈?，樁身完整性和均勻性（尤其是樁頂以下7 m范圍內(nèi)）對(duì)其承載力的影響較大，如果有條件，應(yīng)適當(dāng)提高樁頂以下2～4倍樁徑范圍樁身強(qiáng)度，以提高復(fù)合地基承載力。

圖1　樁身應(yīng)力變化曲線

水泥土強(qiáng)度檢查方面，樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)要求是統(tǒng)一的，且樁身強(qiáng)度和均勻性對(duì)樁身的荷載受力起到關(guān)鍵作用。不同物質(zhì)組成的地層因其滲透性的差異，與同等比例水泥攪拌混合所形成的水泥攪拌土的強(qiáng)度大大不同，水泥攪拌樁穿越不同地層時(shí)樁體強(qiáng)度也千差萬(wàn)別。與砂、粉質(zhì)粉土摻和，其強(qiáng)度往往很高，測(cè)試樣品強(qiáng)度在幾兆帕、十幾兆帕的比比皆是，都能輕易超過(guò)樁體一般設(shè)計(jì)強(qiáng)度。但與淤泥或淤泥質(zhì)土層拌和，芯樣成型性時(shí)常不好，凝固膠結(jié)程度較低（因?yàn)槎嗔鸭y和均勻程度較差），常不能獲得進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試的樣品，抗壓強(qiáng)度值也不易獲得。然而這些力學(xué)性質(zhì)很差的軟土層也正是工程技術(shù)人員花大力氣要改造的主要對(duì)象，不能因?yàn)殡y于采樣而不評(píng)價(jià)。為此，對(duì)不能獲取抗壓試驗(yàn)芯樣的攪拌土，建議引入原位標(biāo)準(zhǔn)貫入的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。標(biāo)貫方法操作簡(jiǎn)單，機(jī)具易掌握，省力省錢，檢測(cè)深度較大，易于大面積多點(diǎn)普遍檢測(cè)，其優(yōu)勢(shì)明顯，用于質(zhì)量評(píng)價(jià)其效果比較可靠。

承載力檢測(cè)方面，《技術(shù)細(xì)則》要求同時(shí)做單樁承載力和復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，而《技術(shù)規(guī)定》只要求做單樁承載力試驗(yàn)。其中單樁承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按式（1）估算，并滿足式（2）的要求。

式中：Ra為單樁承載力特征值（kPa）；up為樁的周長(zhǎng)（m）；n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（k Pa）；a為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（k Pa）；Ap為樁的截面積（m2）。

式中：η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)；fcu為與攪拌樁樁身加固土配合比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（k Pa）。

單樁承載力確定后，復(fù)合地基承載力特征值可按式（3）計(jì)算：

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值（k Pa）；m為面積置換率；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fsk為處理后樁間土承載力特征值（k Pa）。

根據(jù)式（1）～（3），水泥攪拌樁單樁承載力是按剛性樁原理計(jì)算的，而復(fù)合地基承載力是在基于樁與樁間土之間存在協(xié)調(diào)變形且未相對(duì)滑移假定的情況下計(jì)算得出的，即按柔性樁原理計(jì)算，兩者之間存在力學(xué)概念上的不一致。同時(shí)國(guó)內(nèi)個(gè)別試驗(yàn)研究表明單樁承載力在工作狀況中的實(shí)際承載力比式（1）和式（2）計(jì)算得出的承載力低，在缺乏當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)的情況下，應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行單樁荷載試驗(yàn)確定單樁承載力特征值，而且復(fù)合地基承載力更能準(zhǔn)確、直觀地反映軟基處理效果。因此，建議將單樁承載力作為單樁施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)理念對(duì)比校驗(yàn)或檢驗(yàn)單樁施工質(zhì)量的指標(biāo)；在保證樁身強(qiáng)度和完整性的前提下，將復(fù)合地基承載力作為軟土路基處理效果的驗(yàn)收性指標(biāo)。

綜上所述，水泥攪拌樁的交工檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)包括樁長(zhǎng)、樁身完整性和均勻性及強(qiáng)度三部分，其中強(qiáng)度包括樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和原位標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)結(jié)合評(píng)價(jià)的樁身強(qiáng)度及復(fù)合地基承載力確定的地基強(qiáng)度兩部分。

2 檢測(cè)頻率的選定

檢測(cè)頻率應(yīng)在保證工程質(zhì)量的前提下盡可能減少檢測(cè)費(fèi)用和檢測(cè)周期。樁長(zhǎng)、樁身完整性和樁身強(qiáng)度均可通過(guò)取芯的手段進(jìn)行，荷載試驗(yàn)則按相關(guān)規(guī)程進(jìn)行。按粵價(jià)函［2012］1490《廣東省物價(jià)局關(guān)于交通建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和工程材料試（檢）驗(yàn)收問題的復(fù)函》的標(biāo)準(zhǔn)，抽芯檢測(cè)收費(fèi)為180元/m、荷載試驗(yàn)為10 000元/處（不含輔助費(fèi)）、水泥攪拌樁成樁單價(jià)約為50元/m；按照佛山地區(qū)交（竣）工檢測(cè)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，路基部分費(fèi)用為建安費(fèi)的0.5%。假定某項(xiàng)目水泥攪拌樁平均樁長(zhǎng)12 m、共10 000根，建安費(fèi)為600萬(wàn)元，檢測(cè)費(fèi)約為3萬(wàn)元，如按表1所示檢測(cè)頻率，檢測(cè)費(fèi)用為40萬(wàn)～100萬(wàn)元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)算費(fèi)用。

參照《技術(shù)規(guī)定》中袋裝砂井20 m做一次長(zhǎng)度試樁的標(biāo)準(zhǔn)，假定20 m區(qū)域內(nèi)地質(zhì)均勻、施工材料和工藝等均不變，以單幅18 m處理寬度、1.2 m樁徑梅花形布置和12 m樁長(zhǎng)為例，20 m范圍內(nèi)約有288根樁，以此為1個(gè)評(píng)定單元并進(jìn)行一次抽芯檢測(cè)，則檢測(cè)頻率為0.35%。綜合考慮不同項(xiàng)目的特殊性和質(zhì)量控制應(yīng)在前中期嚴(yán)格執(zhí)行的原則，建議抽芯檢測(cè)頻率定為0.2%～0.5%且單次不少于3根。綜合水泥攪拌樁復(fù)合地基荷載傳遞特點(diǎn)和復(fù)合地基承載力的目的及其特征值的計(jì)算原理，可結(jié)合設(shè)計(jì)鉆探情況和工藝試樁情況確定復(fù)合地基承載力的檢測(cè)頻率，以300～500 m測(cè)1處且每標(biāo)段不少于3處為宜。按該頻率，10 000根長(zhǎng)12 m的水泥攪拌樁，驗(yàn)收性檢測(cè)費(fèi)為5萬(wàn)～12萬(wàn)，較為合理。

3 評(píng)定指標(biāo)的選定

水泥攪拌樁的驗(yàn)收性檢測(cè)項(xiàng)目包括樁長(zhǎng)、樁身完整性、樁身強(qiáng)度（無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)）及復(fù)合地基承載力，其中樁長(zhǎng)、樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力在設(shè)計(jì)文件中都已明確，只有樁身完整性和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)沒有明確規(guī)定。

3.1樁身完整性指標(biāo)的選定

根據(jù)上述分析，樁身在7 m范圍內(nèi)軸力最大，其樁身完整性應(yīng)滿足公路質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中75%的合格值，剩余位置的樁身完整性合格率可適當(dāng)放寬至60%。

3.2樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)指標(biāo)的選定

廣東省江門市公路局在2006年“高填方軟土路基處治關(guān)鍵技術(shù)的研究”中通過(guò)相鄰樁相同深度的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)得出抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為qu=0.046N+0.06，相關(guān)度R2=0.83（如圖2所示）?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》列示的標(biāo)貫擊數(shù)和承載力特征值的對(duì)應(yīng)關(guān)系中，在相關(guān)系數(shù)r=0.997 5的情況下，二者存在二元二次擬合的統(tǒng)計(jì)關(guān)系：Y=86.224 8+9.7014X+0.642 9X2（X為標(biāo)貫擊數(shù)；Y為承載力特征值）。綜合江門公路局研究成果和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度（選取常用的3個(gè)值）與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13、17和22擊時(shí)，成樁情況如圖3～5所示。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

表2　水泥土樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系（現(xiàn)有成果）

圖3　標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13擊時(shí)的成樁芯樣

圖4　標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為17擊時(shí)的成樁芯樣

圖5　標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為22擊時(shí)的成樁芯樣

江門公路局的研究成果是基于相鄰兩樁成樁情況一致的假定進(jìn)行數(shù)據(jù)收集得到的，但標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13～17擊時(shí)，樁身完整性（如圖3～4所示）不能滿足無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)要求，故其試驗(yàn)結(jié)果在30擊以下時(shí)不能準(zhǔn)確反映兩者的關(guān)系；且當(dāng)抗壓強(qiáng)度＞2 MPa時(shí)，其數(shù)據(jù)的離散性明顯增加。而設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算公式所獲得的是承載力特征值（即容許承載力），與設(shè)計(jì)給出的極限破壞強(qiáng)度值有所不同，需進(jìn)行修正。因此，無(wú)論從數(shù)據(jù)分析還是從理論計(jì)算方面都不能準(zhǔn)確定義無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系。建議以理論公式為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，將上述擬合方程的換算值下調(diào)20%，即采用試驗(yàn)數(shù)值和規(guī)范計(jì)算值的均值（如表3所示）。

表3　水泥土樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系（建議）

佛山地區(qū)2015年公路工程水泥攪拌樁檢測(cè)結(jié)果如表4所示。標(biāo)貫值不合格的樁，其標(biāo)貫數(shù)據(jù)大部分分布在3～10擊，芯樣攪拌欠均勻，水泥含量低，呈可塑狀，且所在標(biāo)段工程質(zhì)量控制較差。綜合2015年檢測(cè)數(shù)據(jù)分布情況、不合格樁質(zhì)量狀況及項(xiàng)目部管理水平，上述標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)可用于指導(dǎo)水泥攪拌樁檢測(cè)管理。

表4　佛山地區(qū)2015年水泥土樁檢測(cè)結(jié)果

3.3佛山地區(qū)公路工程水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)體系

對(duì)比目前水泥攪拌樁檢測(cè)要求，結(jié)合公路工程水泥攪拌樁成樁、受力特點(diǎn)和佛山地區(qū)檢測(cè)數(shù)據(jù)，提出表5所示佛山地區(qū)公路工程水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)體系。

工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明，該檢測(cè)體系適用于佛山地區(qū)公路工程水泥攪拌樁質(zhì)量評(píng)價(jià)，采用該檢測(cè)體系，可滿足水泥攪拌樁的質(zhì)量管理要求，對(duì)加強(qiáng)施工管理、提高施工質(zhì)量具有實(shí)際意義。

表5　佛山地區(qū)水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求

［1］ 曾法強(qiáng)，樓國(guó)權(quán).樁基承載力自平衡測(cè)試可靠性對(duì)比分析研究［J］.公路與汽運(yùn)，2010（2）.

［2］ 曾慶軍，廖建春，莫海鴻，等.珠三角地區(qū)公路工程水泥土攪拌樁檢測(cè)體系的建立和分析［J］.公路，2006（5）.

［3］ JTG/T D31-02-2013，公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則［S］.

［4］ 廣東省交通運(yùn)輸廳.廣東省公路軟土地基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)定（試用）［S］.

［5］ 鄭剛，姜忻良，顧曉魯.水泥攪拌樁荷載傳遞機(jī)理研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2002，35（5）.

［6］ 張偉麗，蔡健，林奕禧，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基荷載傳遞機(jī)理的試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2010，43（6）.

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