高壓旋噴樁水泥土電阻率與抗壓強度對應關系研究

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(1.昆山市水利建筑安裝工程有限公司， 江蘇 昆山 215300； 2.蘇州市水利工程質量檢測中心有限公司，江蘇 昆山 215300)

1 引 言

高壓旋噴注漿法作為一種地基加固新技術，近幾年來在水庫、堤壩、公用民用建筑、公路橋梁工程等領域得到了廣泛應用。但目前國內外針對高壓旋噴樁的質量的檢測只停留在開挖檢查、取芯試驗、載荷試驗及滲透性試驗等方面，還沒有很好地進行大規模甚至是無損檢測方法的研究，這將給高壓旋噴樁的應用帶來一定的局限性。以電法勘探為原理的電阻率測試技術的研究工作已在水泥土攪拌樁上展開，其實高壓旋噴樁也是一種水泥土，可否將電阻率測試法應用在高壓旋噴樁質量檢測上是一個值得研究的課題。針對現如今高壓旋噴技術越來越多的應用在工程中，如果能夠將無損、經濟、有效、快捷的電阻率測試技術運用到高壓旋噴樁的質量檢驗上，將有著重大的經濟意義和社會意義。但至今還未有類似研究成果應用在高壓旋噴樁測試上，基于此，本文展開高壓旋噴樁水泥土電阻率與單軸抗壓強度對應關系研究，以期提供此測試技術在高壓旋噴樁質量評估方面的理論依據。

2 電阻率測試技術

室內土的電阻率是通過測試恒定電流下兩電極間的電壓降，并按照歐姆定律計算得出電阻，而后得到電阻率的：

(1)

式中 ΔV——電壓降，V；

S——電極面積，m2；

L——電極間距，m；

I——電流強度，A。

在試驗中，須特別注意接觸問題，可采用一些石墨涂抹接觸面處理并加以修正。試驗采用四相電極法進行電阻率的測定(見圖1)。四相電極法外部的兩個電極用于電流流通，中間兩個電極用于測定它們之間的電壓降。

圖1 四相電極法測試

3 水泥土電阻率與抗壓強度對應關系研究

到目前為止，在高壓旋噴樁檢測領域內，以往的研究都沒有涉及到電阻率測試方法。為使電阻率測試法在工程實踐中得以應用，一方面需要檢驗這種方法的可行性，另一方面有必要研究電阻率方法的測試結果與傳統測試方法的對應關系，以便在工程應用中有據可依。以下展開高壓旋噴樁電阻率值與單樁抗壓強度之間的對應關系研究。

為了獲得兩種檢測方法與傳統方法的對應關系，該項目依托常熟市福山水道南岸邊灘綜合整治工程進行相關試驗。經過現場取芯，首先觀察其外觀質量，從鉆探取芯的芯樣總體情況來看，高壓旋噴的水泥土總體攪拌比較均勻，水泥土凝結程度較好，樁體取出巖芯比較完整，呈柱狀，巖芯取出率較高，總體能達到95%以上。芯樣表面較光滑，沒有大的裂縫和孔洞，局部出現少量氣孔，但氣孔直徑一般較小，一般在10mm以下。巖芯基本未見離析現象，說明高壓旋噴樁加固處理效果較好，達到處理要求。

現場觀察芯樣質量后，將其帶回實驗室進行相關室內試驗。在進行抗壓強度試驗前，先進行無損的電阻率檢測，然后再進行室內抗壓強度試驗。電阻率測定試驗采用自制設備，室內抗壓強度試驗主要根據《工程巖體試驗方法標準》、《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》和《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》進行，主要測試樁體芯樣平行樁芯軸心方向抗壓強度，檢測設備主要采用液壓萬能試驗機WE150B。試驗檢測環境溫度為23℃，濕度為58%，樁體芯樣室內進行切割，形成標準試樣，直徑為75mm，高度為100mm，高徑比為1.43。

根據室內檢測數據進行芯樣抗壓強度與電阻率對應關系的研究，圖2～9反映的是編號53-1-23、56-1-21、58-1-19、58-11-19、14-1-2、29-1-16、32-1-22以及17-11-12的高壓旋噴樁芯樣抗壓強度與電阻率的關系圖。根據測試結果進行抗壓強度與電阻率的回歸分析，從數據值分布特點看，基本呈現線性分布，因此將試驗數據采用線性回歸法進行分析，回歸公式可表示為：

ρsg=ARc+B

(2)

式中ρsg——芯樣電阻率值，Ω·m；

Rc——單軸抗壓強度值，MPa;

A——相關編號樁的擬合直線的斜率；

B——相關編號樁的擬合直線的截距。

各高壓旋噴樁擬合曲線的A、B值及相關系數R2如下表所列。

高壓旋噴樁芯樣電阻率與抗壓強度擬合曲線參數表

圖2 53-1-23芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖3 56-1-21芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖4 58-1-19芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖5 58-11-19芯樣電阻率與抗壓強度的關系

4 高壓旋噴樁水泥土電阻率應用

將常熟市福山水道南岸邊灘綜合整治工程高壓旋噴芯樣的電阻率值與對應的抗壓強度值進行綜合對比分析，分析結果見圖10。圖中數據點反映了所有高壓旋噴樁實測電阻率與抗壓強度的對應關系，從其分布情形可以看出，電阻率總體隨抗壓強度的增長而增長，因此可由此圖建立起電阻率與傳統質量評估數據抗壓強度的對應關系，能夠為實際質量檢測提供評判依據。常熟市福山水道南岸邊灘綜合整治工程對高壓旋噴樁的質量要求是保證芯樣的抗壓強度要超過4MPa，那么，針對該工程項目，要求高壓旋噴樁芯樣的電阻率值至少要在10Ω·m以上，才能符合質量要求。

圖6 14-1-2芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖7 29-1-16芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖8 32-1-22芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖9 17-11-12芯樣電阻率與抗壓強度的關系

圖10 芯樣電阻率與抗壓強度的關系

5 結 語

通過對高壓旋噴樁電阻率與抗壓強度測試試驗及相關試驗數據的對比研究，得到以下結論：

a.高壓旋噴樁電阻率大小與抗壓強度有對應關系，總體上表現為電阻率值隨抗壓強度的增加而增加，因此，完全可以用電阻率測試法進行高壓旋噴樁的質量檢測。

b.針對常熟市福山水道南岸邊灘綜合整治工程高壓旋噴樁進行質量評估，若要使芯樣抗壓強度超過4MPa，采用電阻率測試方法時，必須要使電阻率值超過10Ω·m。