水泥粉喷桩桩体质量检测的分析探讨

2022-09-12

现场检测的目的是要对水泥粉喷桩成桩质量及地基加固效果做出评价, 以判定其是否能够达到设计的承载力要求。现场检测水泥粉喷桩施工加固质量常用的检测方法有标准贯入法、轻型动力触探法、低应变反射波法、静载试验法以及钻孔取芯法等几种。但无论采用哪种方法, 其检测能力都有一定的局限性。在工程检测中, 为了达到预期的检测目的, 就要采用合理的方法进行检测。本文结合某工程实际检测案例, 对粉喷桩加固软土地基的检测方法进行分析探讨。

1. 轻型动力触探检测

采用轻型动力触探法检测水泥粉喷桩成桩质量, 主要用来确定水泥粉喷桩成桩龄期在7天以内时桩身的均匀性。该种方法能够在较短的龄期内进行成桩质量的检测, 有利于施工质量控制, 不能作为质量评定的依据。

轻型动力触探法检测水泥粉喷桩桩身强度标准是:成桩1天龄期的轻型动力触探击数要大于15次;成桩7天龄期的轻型动力触探击数要大于天然地基击数的1倍。对于淤泥质天然地基不适用此标准。

在项目中选择了三根桩进行轻型动力触探试验, 试验龄期为7天。轻型动力触探试验结果见表1。1#、2#、3#三点为水泥粉喷桩, A、B、C三点为原状土天然地基, 其中A点距2#桩2.5米, B点距1#桩2.0米, C点位于1#、2#、3#桩中间, 且与1#、2#、3#桩等距。

由上表可以看出, 大部分测点成桩7天龄期的轻型动力触探击数大于天然地基击数的1倍。但在同一个贯入深度处, 无论是桩体还是原状土, 有时相邻很近的几点N10会有很大变化, 这是由于受到了局部夹砾或土质变化的影响, 使得试验结果异常, 缺乏规律性。因轻型动力触探设备无法钻取芯样, 不能依据土层变化对触探数据加以修正, 所以不能准确评判桩体质量, 仅能作为施工控制的参考。当施工段落地层结构单一, 少有夹层时方可大量使用此方法。

2. 标准贯入试验检测

标准贯入试验检测方法可以通过标贯击数计算桩身强度, 并且可以通过钻取芯样分析水泥土的均匀性和桩体长度, 能够较客观地判断桩体质量情况。本文通过与以下其它检测方法的检测对比分析来验证标准贯入试验方法的适用性。

3. 低应变反射波法检测

低应变反射波法是混凝土桩基质量检测的一种有效方法, 适用于大数量普查与评价桩基质量。在一定地质条件下, 其能够较可靠地发现一定深度范围内桩体的质量问题。但水泥粉喷桩的桩长较短、桩体强度较低, 能否采用低应变反射波法进行桩体质量检测没有参考经验。项目检测组大胆尝试, 成功地将低应变反射波法应用到水泥粉喷桩的桩体质量检测中, 取得了较好的效果, 证明了低应变反射波法检测水泥粉喷桩的桩体质量完整性是可行的。

低应变反射波法检测水泥粉喷桩的桩体完整性的关键是采用合适的激振频率, 激发接受到良好的反射波信号。经过对比试验发现, 对于水泥粉喷桩选用自制木锤的检测效果最好。因为低应变反射波法检测桩基结构完整性是建立在一维杆件的理论模型基础上的。因此, 桩体材质的强度越高则越接近一维杆件的理论模型, 检测所得到的波形质量就越清晰, 检测效果就越好。经对比试验发现, 当桩体龄期在40天以上时检测所得到的信号质量高且稳定, 可以对桩体质量进行较准确的分析判断。

图1是编号为6#桩的低应变反射波法检测的波形图。该桩设计桩长5.0米, 检测龄期为47天, 低应变检测波速为2500m/s。低应变反射波法和钻芯及标准贯入检测结果均为合格桩, 三者检测结果一致。当然, 与采用低应变反射波法检测混凝土桩基桩身完整性一样, 当依据波形分析对检测结果有怀疑时, 有必要采用其它检测方法对桩身质量进行检测确定。

4. 钻孔取芯法检测

钻孔取芯法是检测水泥粉喷桩较为直观、可靠的方法, 但其耗时较长、费用较高, 不适用于大量普查检测。钻孔取芯法检测辅以标准贯入试验更能对桩身质量进行评价。取芯后立即进行标准贯入试验。沿桩体深度方向每隔1.5m进行一次标准贯入试验, 每根桩分别在1.5m、3.0m、4.5m处各做1次。设计要求标贯击数为18击, 考虑温度影响, 冬季强度折减80%, 标贯击数为15击。当标贯击数<15击时, 应减小回次进尺, 增加标贯频率。在成桩龄期40d时经低应变动测确认为合格桩, 定性判断桩长和桩身强度满足设计要求。在龄期60d时进行了钻孔取芯及标准贯入试验。

从标准贯入结果看, 桩身强度自上至下逐渐降低, 在桩下部4.5m处锤击数最低, 为31击, 根据设计提供的标贯击数与强度对应表, 该处强度已大于1.5MPa, 证明桩身强度均高于设计强度值。从整桩钻芯取出的芯样判断, 桩身连续无断桩, 局部存在不均匀现象, 桩长符合设计要求, 结合标贯结果判定该桩为合格桩。

按照现行规范要求, 当桩身强度满足设计时, 应当能够取出完整连续的芯样, 还要在桩身上、中、下部选取芯样制做试件进行抗压强度试验。本项目选择了不同情况的35根桩进行了整桩钻芯, 龄期都在60d左右, 从标贯结果看, 强度均满足设计要求, 但所有钻芯都不能取出完整的芯样, 也无法进行强度试验。

经分析, 产生这一现象的主要原因有: (1) 粉喷桩本身设计强度较低, 冬季施工时气温、地温低, 水泥土强度增长慢; (2) 该段土质为低液限粉土, 局部含砂, 塑性指数小, 水泥土不易板结, 受扰动易破碎; (3) 现有钻芯设备的固有缺陷和落后的钻进工艺, 是芯样破坏的最主要原因, 钻进时的水平晃动、循环水使用都对芯样产生很大破坏。

经现场多项试验反复验证证明, 整桩钻芯虽不能取出完整芯样, 但从钻取的碎芯样的颜色、气味、状态和均匀性等方面完全可以对桩身水泥土的搅拌均匀性, 连续性和搅拌深度进行判定, 对断桩、短桩和桩底端承情况可以作出直观准确的判断, 再结合钻芯过程中的标准贯入试验又可对桩身强度作出定量判定。所以, 整桩钻芯并辅以标准贯入试验是目前较为理想的后期质量检测方法。但该方法存在试验速度慢、费用高, 对桩身破坏大等缺点, 不易作高频率的检测。

5. 静载荷试验

由于静载试验耗时较长、费用较高、试验工作量大, 因此不能够大量应用, 只能选择少量的桩基进行试验。静载荷试验分为两种, 一种为单桩载荷试验, 另一种为复合地基载荷试验。复合地基可以做单根桩、2根桩或4根桩的复合地基载荷试验, 由地基的承载要求决定。载荷试验应在成桩后28d龄期按试验操作规程进行。

为了对粉喷桩加固地基后的加固效果进行验证、评价, 本项目采用单桩竖向抗压静载试验方法来检测粉喷桩是否能满足设计承载力要求。单桩抗压静载试验是公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的传统方法。它能较好地模拟桩身实际受荷条件, 得到桩的实际承载力。

本项目粉喷桩属于桩身强度控制承载力的端承型桩, 试验时最大加载量为304k N, 大于单桩承载力特征值 (150k N) 的2倍。试验在30d龄期后进行, 通过Q-S曲线确定桩的极限抗压承载力。试验选用承压板面积为0.2m2, 共计进行了3根桩试验。

本次3个试验点, 试验加载均达到预期最大试验荷载时方终止加载。各试验点均绘制Q—S曲线和S—Lg Q曲线进行分析。对各点资料进行分析计算, 粉喷桩单桩竖向抗压承载力极限值≥304k N, 满足设计要求, 其结果见表2。

6. 结语

因为按部颁评定标准实测项目中桩体强度的检测工作量太大, 对桩体质量破坏较多且费用也较高。因此采取先随机按规定频率采用低应变反射波法进行检测, 再对有怀疑的桩进行整桩钻芯取样检测, 同时进行标准贯入试验。三者相结合进行检测能够较好地评定桩身质量, 可节省时间和费用, 确保工程质量。

摘要：由于水泥粉喷桩在处理加固建筑软土地基的效果较好, 能够有效提高建筑软土地基的承载能力, 因此水泥粉喷桩在我国建筑工程建设领域地基处理中的应用越来越广泛。水泥粉喷桩在工程中的施工数量一般都很大, 采用有效的检测方法对水泥粉喷桩的施工加固质量进行检测, 是保证地基加固质量控制的必要手段。本文通过在工程实践中采用的几种检测方法的对比分析, 探讨每种检测方法的局限性和优势, 以达到能够合理选用检测方法检测控制水泥粉喷桩施工质量的目的。

关键词：水泥粉喷桩,桩体质量,检测