游 波

（上?？辈煸O計研究院（集團）有限公司 上海200093）

0 引言

水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械現(xiàn)場將軟土和水泥（干法或濕法）強制攪拌，利用水泥與軟土之間所產(chǎn)生的物理化學反應，使軟土硬結(jié)成具有水穩(wěn)定性、整體性和一定強度的水泥土的地基加固方法[1]。雖然水泥土攪拌樁復合地基在理論和工程實踐方面取得了很大的進展，但其加固效果檢測與評價嚴重落后于工程實踐。水泥土攪拌樁與剛性的混凝土樁不同，也與柔性的碎石樁和砂樁不盡相同，其加固體的強度介于混凝土和原狀土之間。由于水泥土攪拌樁具有半柔性半剛性的特點，因此對其質(zhì)量的檢測不能簡單的套用柔性樁或剛性樁的檢測方法[2]。目前還沒有一個經(jīng)濟有效的檢測手段對攪拌樁進行檢測，特別是對全樁質(zhì)量的檢測，相關規(guī)范落后于實際工程的需要。隨著水泥土攪拌樁在加固、止水等方面的應用日益廣泛，其質(zhì)量檢驗的重要性非常重要，已成為完善水泥土攪拌法不可缺少的組成部分。本文通過在建筑工程中進行一系列檢測試驗，對目前常用水泥土攪拌樁檢測方法的實用性、有效性和驗收指標的確定進行研究，對加強施工管理、提高施工質(zhì)量有著重要的實際意義。

1 水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測方法研究進展

美國在第二次世界大戰(zhàn)后成功研制開發(fā)原地攪拌樁，1953年日本從美國引進，1977年我國由冶金工業(yè)部建筑研究總院和交通部水運規(guī)劃設計院協(xié)作進行水泥攪拌法的研究工作，并于1980年首次獲得成功運用[2]。

隨著水泥土攪拌樁的大規(guī)模應用，廣大學者對水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測進行了廣泛和深入的研究?，F(xiàn)階段對樁體承載力檢測的研究已經(jīng)比較深入，《建筑地基處理技術規(guī)范：JGJ 79-2012》[3]和《建筑基樁檢測技術規(guī)范：JGJ 106-2014》[4]對其承載力檢測有了詳細的規(guī)定。然而全樁質(zhì)量的檢測相關規(guī)范落后于實際工程的需要，其他檢測方法雖已有研究和應用，但是目前僅出臺了《江蘇省高速公路水泥土攪拌樁檢測工作實施細則》，該細則也僅對鉆芯法檢測做了相關規(guī)定。《建筑地基基礎檢測規(guī)范：廣東省標準DBJ 15-60-2008》[5]僅簡單介紹水泥土攪拌樁相關檢測要求參照混凝土樁檢測規(guī)定執(zhí)行。王建華等人對鉆芯法在水泥土攪拌樁檢測中的應用進行了詳細的研究，并建立了一套適合高速公路工程的質(zhì)量評分標準[6]。丁震等人對發(fā)射波法在水泥土攪拌樁檢測應用的可行性進行了討論[7]。傅群和通過工程實例分析了水泥土攪拌樁復合地基承載力的影響因素[8]。孫瑛琳等人以現(xiàn)場標貫試驗數(shù)據(jù)分析與試驗體的單軸抗壓強度試驗為基礎，研究了通過標貫擊數(shù)定量地反映樁身強度的可行性[9]。陳松等人采用輕型動力觸探試驗、取芯及無側(cè)限抗壓強度試驗、載荷試驗對某工程水泥土攪拌樁的質(zhì)量檢測與加固效果進行了分析[10]。何欽等人對比分析了靜載試驗、鉆芯法及理論計算的結(jié)果，討論各單樁承載力的確定方法的可靠度。周欣等人在連臨高速公路工程中開展了關于地震波探測技術在水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測中的應用研究，結(jié)果表面采用地震波法檢測效果良好[11]。

工程應用證明，多項檢測方法相結(jié)合的攪拌樁檢測體系，可以滿足水泥土攪拌樁的檢測要求。通過對水泥土攪拌樁在工程應用的經(jīng)驗總結(jié)，普遍認為水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測是一個復雜的問題，依靠單一的方法對水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測和評價已經(jīng)出現(xiàn)明顯缺陷，為此近年來廣大學者對水泥土攪拌樁系統(tǒng)的檢測方法和評價體系進行了深入的研究。徐曉斌對常用的水泥土攪拌樁檢測方法進行研究，建立強度檢測指標間的相互關系，依據(jù)實際工程檢測資料構(gòu)建水泥土攪拌樁檢測與評價辦法[12]。方海東等人充分考慮了影響樁身質(zhì)量的多種因素，提出了水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測綜合評分法[2]。曾慶軍等人對珠三角地區(qū)公路工程進行了一系列的檢測試驗，初步建立起水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測體系[13]。

2 檢測方法的分類與分析

對水泥土攪拌樁的質(zhì)量進行檢測與評價的目的是為了弄清成樁狀況，檢測樁體質(zhì)量能否滿足設計要求，工程安全是否得以保證。檢測與評價的內(nèi)容主要在三個方面：攪拌樁強度、攪拌均勻性和樁身長度。目前對水泥土攪拌樁檢測常用的方法主要有：開挖法、足尺試驗法、輕型動力觸探試驗、靜力觸探試驗、鉆孔取芯法、標準貫入試驗、抗壓強度試驗、靜載荷試驗和動測法等。

2.1 開挖法

開挖法主要采用挖機或人工開挖出樁頭查看樁的成型情況，檢查樁頭的樁徑、外觀質(zhì)量、搭接情況、完整性和攪拌的均勻性。由于開挖深度受限，只能檢查樁頂部分外觀質(zhì)量，試驗根數(shù)只能為個別數(shù)，若樁體強度很低，開挖后因水分散失，強度變化大。該方法檢測齡期為7 d后，開挖深度為1～2 m，費用較低，耗時較少，無法檢測樁體中下部，檢測結(jié)果無代表性。

2.2 足尺試驗法

該方法一般是在成樁28 d后對樁身淺部截取三段樁體進行現(xiàn)場足尺樁體無側(cè)限抗壓強度試驗。該方法可以較直接的得出樁體強度和變形特征。但其缺點是截取、制作試驗體較困難，需要特制的夾具，移動試驗體施工不便；檢測深度有限，常規(guī)為樁頂以下2 m，只能代表樁上部的局部強度；開挖比較困難，需要進行圍護施工，開挖出的基坑回填困難，且難以壓實。

2.3 輕型動力觸探試驗

輕型動力觸探是直接對水泥土攪拌樁頂部0～4 m范圍內(nèi)的樁身進行強度原位測試的方法。該法可檢查攪拌均勻性，判斷樁身強度，操作簡單，耗時較少，測試數(shù)量可按一定比例進行。由于水泥土攪拌樁往往上部強度較大，輕型動力觸探由于能量有限，難以施工。此外，該方法檢測深度一般不超過3～4 m，齡期要求在3～7 d內(nèi)，無法對深部及中長期強度和樁身完整性進行判斷，可考慮作為施工自檢手段。

2.4 靜力觸探試驗

靜力觸探法是利用比貫入阻力或錐尖阻力與側(cè)壁摩阻力估算樁身強度的原位測試方法。該方法能反映樁身水泥攪拌均勻性，能快速、經(jīng)濟、有效地檢測樁身早期強度；缺點是檢測結(jié)果較離散，理論和實際還需做深入探討，檢測齡期僅限于3～7 d內(nèi)進行。

2.5 鉆芯法

鉆芯法可以直接檢查樁長、水泥土的連續(xù)性、樁身成型和攪拌均勻性，能進行強度試驗。但其缺點是設備較笨重，功效較低，垂直度難以控制，對樁有一定破損，需經(jīng)歷取芯制作、養(yǎng)護和試驗過程，耗時較長，費用相對較高，檢測時間為成樁28 d后[6]。該方法可與標貫試驗同步進行，應用最為廣泛，但是目前規(guī)范僅規(guī)定參照灌注樁對攪拌樁進行檢測，針對性不強，實際運用不夠科學規(guī)范，相關規(guī)范還有待細化明確。

2.6 標準貫入試驗

標準貫入試驗往往與鉆芯法結(jié)合使用，能原位測試樁身強度，反映樁體均勻性和樁長，貫入擊數(shù)不受芯樣損壞情況影響。缺點是測試點不連續(xù)，設備較笨重，當樁體不均勻時，檢測結(jié)果可能失真，檢測時間一般在成28 d后進行。

2.7 抗壓強度試驗

通過鉆芯法鉆取芯樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，可以得到樁體上中下各部位的強度，有相關規(guī)范規(guī)程作為依據(jù)，現(xiàn)場芯樣可在室內(nèi)養(yǎng)護至90 d，能檢測長齡期強度；缺點是水泥土試樣制作過程中受到不同程度的損壞，費用相對較高。檢測時間為成樁28 d后。

2.8 靜載荷試驗

由于水泥土攪拌樁最關注的是其單樁豎向抗壓承載力或作為復合地基的整體承載力，靜載試驗是在樁體達到28 d后，對單樁或復合地基進行靜載荷試驗，能準確、直接測出單樁或復合地基承載力，可直接判定單樁或復合地基的承載力和變形[10]。但是靜載試驗存在以下缺點：試驗條件與實際荷載條件存在一定差異，試驗機械設備多，歷時長，費用高，測試數(shù)量較少，且存在載荷板尺寸效應，荷載傳遞深度有限，必須在樁體強度滿足試驗荷載條件時才能進行，不能提供樁身質(zhì)量的完整性、均勻性、連續(xù)性的完整信息，往往以單樁復合地基載荷試驗結(jié)果為依據(jù)，忽略了群樁效應。

2.9 動測法

動測法是將樁體簡化為一維線彈性桿件模型，利用彈性波在不同介質(zhì)中傳播的規(guī)律來判斷樁身的質(zhì)量，主要分為應力波透射法和地震波法[7]。動測法具有投入小，效率高，對樁體無損傷，檢測頻率高，工期短等優(yōu)勢。由于水泥攪拌動測法主要用于檢測混凝土樁之類的剛性樁，對于半柔性半剛性的水泥土攪拌樁，能量衰減較快，樁頭處理要求高，樁底反射不明顯，樁身的離散性較大，測試效果較差。目前，該方法只能作為靜載試驗和其他檢測方法的一種重要的參考依據(jù)，尚不能取代其他方法單獨地進行水泥土攪拌樁質(zhì)量的評定。

3 檢測方法的應用研究

建筑工程中水泥土攪拌樁具有數(shù)量大，應用廣泛，施工強度高的特點，急切需要采用統(tǒng)一的質(zhì)量檢測方法來提高整體的施工質(zhì)量，為此必須確定合適的檢測單元、檢測比例、檢測方法、檢測齡期與檢測指標。

3.1 檢測單元

水泥土攪拌樁檢測宜將同一同一標段、同一施工單位、強度相同的樁作為一個檢測單元。

3.2 檢測比例

建筑工程由于具有等級和規(guī)模，因此檢測比例的確定應既能達到檢查施工質(zhì)量的目的，又不至于費用過高和時間過長，檢測比例宜在一定范圍內(nèi)變動。因此，建議按攪拌樁總延米數(shù)進行分類，適當考慮工程的重要性。檢測比例的建議值如表1所示。

表1 檢測比例Tab.1 Detection Ratio

3.3 檢測方法

對水泥土攪拌樁的檢測以檢查施工記錄為主，施工單位可采用輕型動力觸探自檢，對早期齡期的檢測還可采用開挖樁頭和足尺試驗的方法進行選擇性檢測，主要查看樁徑、樁間距、攪拌均勻性等。

對28 d中期齡期水泥土攪拌樁主要采用鉆芯法、標準貫入試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗，輔以靜載荷試驗進行驗收檢測。

3.4 檢測齡期

輕型動力觸探和靜力觸探法宜在成樁3～7 d內(nèi)進行，開挖檢查法和足尺試驗法應在成樁7 d后進行，其他試驗檢測齡期為不小于28 d。如果有長齡期的檢測要求，可以采用留取28 d芯樣室內(nèi)養(yǎng)護至90 d齡期進行抗壓強度試驗，以節(jié)約檢測時間。

3.5 檢測指標

建筑工程中水泥攪拌樁質(zhì)量驗收檢測的主要指標為水泥土芯樣、標準貫入擊數(shù)、無側(cè)限抗壓強值、單樁抗壓承載力和復合地基抗壓承載力。

3.6 各種檢測方法的優(yōu)缺點

目前水泥土攪拌樁的檢測方法較多，由于各種方法有其的特點，往往在檢測過程中選用多種方法的組合，下面對各種常用的檢測方法的檢測目的和優(yōu)缺點進行總結(jié)分析，如表2所示。

4 多種方法檢測水泥土攪拌樁質(zhì)量的典型案例

4.1 工程概況

新建戶外220 kV變電站工程位于廣東省佛山市南海區(qū)，本項目場地內(nèi)部道路及其附屬擋土墻基礎采用了水泥土攪拌樁進行了地基加固。攪拌樁設計要求如下：樁徑為φ500 mm，樁長7～9 m，梅花型布置，28 d齡期單樁豎向抗壓承載力特征值為60 kN，單樁復合地基承載力為110 kPa，樁身水泥土設計強度等級≥1.2MPa，攪拌樁水泥含量應大于18%，噴灰量為75kg/m。攪拌樁施工采用三噴四攪工藝，樁基持力層為細砂，垂直度不得超過1%，樁位的偏差不得大于50 mm。

4.2 檢測方法

本項目采用了開挖法、鉆芯法、單樁和復合地基靜載荷試驗法、抗壓強度試驗等多種方法對攪拌樁的成樁質(zhì)量進行了檢測。

4.2.1 鉆芯法與抗壓強度試驗的應用

為了檢測樁身水泥土質(zhì)量、樁身水泥土強度是否滿足設計要求；持力層是否符合要求；施工記錄樁長是否屬實，本項目采用了鉆芯法與抗壓強度試驗相結(jié)合的方法。檢測儀器采用北京探礦廠生產(chǎn)的XY-1A型油壓鉆機、φ101 mm單動雙管金剛石鉆具。本項目樁總數(shù)為2 734根，檢測比例取0.5%時，需檢測14根，但是前期檢測時，有2根樁不滿足設計要求，故進行了擴大檢測，總共檢測了18根，典型樁檢測情況如表3和圖1所示。

4.2.2 開挖法的應用

在鉆芯檢測過程中發(fā)現(xiàn)部分樁淺部攪拌較不均勻，強度不滿足要求，為了更直觀的反映攪拌樁淺部性狀，本項目部分樁采取了開挖出樁頭的方法。圖2為開挖出的樁頭照片，可以直觀的看出此樁淺部水泥攪拌局部不勻，整體較完整，并可以檢驗樁頭直徑是否滿足設計要求。

表2 各種檢測方法的檢測目的和優(yōu)缺點Tab.2 Detection Purposes and Advantages and Disadvantages of Various Detection Methods

表3 典型樁鉆芯檢測情況一覽Tab.3 List of Typical Pile Core Inspection

圖1 樁芯樣照片F(xiàn)ig.1 Pile Core Sample Photo

圖2 樁頭開挖照片F(xiàn)ig.2 Pile Head Excavation Photos

4.2.3 靜載荷試驗的應用

為了檢測水泥攪拌樁的單樁豎向抗壓承載力特征值、復合地基承載力特征值是否滿足設計要求，可以采用靜載荷試驗方法。本項目樁總數(shù)為2 734根，靜載檢測比例取0.5%時，需檢測14根，但是前期檢測時有1根樁復合地基承載力不滿足設計要求，進行了擴大檢測，總共單樁靜載檢測了14根，復合地基靜載檢測了16根。由于靜載試驗需要開挖出樁頭，往往這兩種方法可以結(jié)合起來施工。本次試驗采用壓重平臺反力裝置，試驗時用油壓千斤項分級加載，壓板采用方形鋼板或圓形鋼板，壓板面積為1.440 m2。典型樁檢測情況如表4、圖3所示。

4.3 案例總結(jié)

本項目采用上述多種檢測手段相結(jié)合的方案進行檢測，起到了較好的示范作用，可以為以后類似工程的檢測提供參考，主要經(jīng)驗總結(jié)如下：

⑴水泥土攪拌樁檢測時檢測方法可以選用先開挖樁頭再進行靜載荷試驗相結(jié)合的方案，同時可選取鉆芯法與抗壓強度試驗相結(jié)合的方案，如果遇到部分區(qū)域鉆芯過程中發(fā)現(xiàn)芯樣膠結(jié)質(zhì)量不佳時，建議在該部位進行標貫試驗，以綜合判斷全樁的整體質(zhì)量。

表4 復合地基靜載試驗結(jié)果Tab.4 Static Ground Test Results of Composite Foundation

圖3 AD110#樁Q-s曲線和AH3#樁P-s曲線Fig.3 AD110# Pile Q-s Curve and AH3# Pile P-s Curve

⑵對于一般的中小型工程，鉆芯和靜載試驗抽檢比例選取0.5%左右時合適的，如果檢測過程中發(fā)現(xiàn)部分樁不滿足設計要求，應擴大檢測，擴大檢測數(shù)量宜取不合格樁數(shù)2倍。

⑶攪拌樁承載力檢測時宜適當在鉆芯法檢測后進行，如遇部分樁鉆芯法不滿足要求時，可以對該樁進一步做靜載荷試驗。攪拌樁靜載試驗時宜進行單樁和復合地基相結(jié)合的方案以供設計綜合判斷樁基承載力是否滿足要求。

6 結(jié)語

⑴常用的水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測方法主要有開挖法、足尺試驗法、輕型動力觸探試驗、靜力觸探試驗、鉆芯法、標準貫入試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、靜載荷試驗和動測法等，這些方法有著各自的優(yōu)點和缺點，反映的指標不近相同，實際運用中應根據(jù)適用條件合理選擇。

⑵水泥土攪拌樁建議采用鉆芯法結(jié)合室內(nèi)抗壓強度試驗檢測樁身強度；建議采用靜載荷試驗法能檢測單樁或復合地基承載力，實際運用過程中先進行鉆芯檢測后進行靜載試驗較好。

⑶開挖法、足尺試驗法、輕型動力觸探試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗法、動測法目前雖在工程中均有應用，由于自身方法的局限性，往往代表性不強，可以作為施工過程中的自檢或輔助檢測手段，不宜推廣作為水泥土攪拌樁驗收檢測方法。