夯實水泥土樁樁身完整性檢測分析

董承全 陳 輝 顏勝才

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

夯實水泥土樁樁身完整性檢測分析

董承全 陳 輝 顏勝才

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

采用低應變反射波法，對某工程所采用摻砂灰土樁的樁身完整性進行了檢測分析，結果表明：其波形特征、波速變化、波幅衰減特性與樁身完整性相關，樁身材質均勻，密實度好的樁，波速高，反射波幅與入射波幅比高，反之亦小。

夯實水泥土樁，基樁檢測，反射波法，樁身完整性，強度

0 引言

夯實水泥土樁復合地基廣泛應用于民用建筑及鐵路公路路基工程。通過夯實水泥土樁加固地基，提高地基承載力，已在一些專著中有介紹[1]。夯實水泥土樁一般通過螺旋鉆機鉆孔，在孔外對黏土或砂黏土摻加一定比例水泥，攪拌均勻，填入鉆孔內，經夯實成樁。夯實過程中對樁周土有一定的擠密作用，繼而形成夯實水泥土樁復合地基。夯實水泥土樁樁身強度優于粉噴樁和旋噴樁。其樁身質量不受樁周土介質影響，只與樁材采用的土質、水泥標號、攪拌均勻性、夯實程度有關。根據樁身強度要求，可采用水泥土樁或水泥砂土樁。有部分學者對夯實水泥土樁樁身強度與所選用土質與水泥摻加量進行了研究。如劉煥存[2]對夯實水泥土(粉質黏土)試樣三軸試驗結果表明，水泥土強度隨水泥摻加量增加而增加。20%水泥含量60 d抗壓強度是10%水泥含量60 d抗壓強度的2倍。強度隨齡期增長關系表明，10 d強度可達極限強度的55%以上，以后增長速度逐漸變緩，60 d可達標準強度。姜彬生等[3]在含水量25%～30%之間、飽和度在80%～85%之間的黏質土中分別添加10%和15%水泥含量，60 d抗壓強度分別達到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號硅酸鹽水泥，摻加量20%時，夯實水泥土強度可達13.6 MPa以上。根據以上資料分析結合工程實際，采用粉質黏土添加10%中砂作為基本土質，摻加20%的425號水泥作為夯實水泥土樁的樁體材料。經預留試件試驗，其抗壓強度達到10 MPa～15 MPa。為檢驗樁身完整性，采用低應變反射波法進行檢測，分析了樁身完整性與波速波幅波形特征關系。

1 低應變反射波法檢測樁身完整性[4-11]

1.1 檢測原理與方法

某工程為一幢6層綜合樓，地質資料表明自上而下為素填土，粉質黏土，砂黏土層。設計φ400 mm夯實水泥土樁，樁長8 m～10 m。采用螺旋鉆機成孔，孔外拌合水泥土，分層填入，夯實成樁。樁身完整性采用低應變反射波法檢測。根據一維應力波理論，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Ⅰ的波阻抗，Z1=ρ1c1A1；Z2——介質Ⅱ的波阻抗，Z2=ρ2c2A2。

則有:

(2)

其中，F為反射系數，與樁身密實度及完整性相關。

波速由式(3)確定：

(3)

其中，CP為反射波速度，m/s;l為樁長，m；tr為波由樁頂傳至樁底后返回至樁頂的時間,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間，ms。

1.2 檢測結果分析

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為實測反射波形。

其中圖1a)為完整樁波形。波形規則，樁底反射清晰可辨，入射波與樁底反射波之間無異常反射。圖1b)為樁身中下部存在缺陷的樁波形，可見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的檢測波形，其特征為淺部缺陷處以上樁體出現振動，并伴有低頻振蕩，無樁底反射波，也無法獲得缺陷下部樁身完整性信息。

1.2.2 波速變化規律與波幅衰減規律分析

表1 完整樁波速和樁底反射系數

本次共檢測117根樁，對其中30根完整樁和8根缺陷樁利用式(2)和式(3)分別讀取反射系數和波速。通過測讀波的反射系數，探討夯實水泥土樁波幅衰減規律。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見表1，缺陷樁波速、樁底反射系數及缺陷反射系數見表2。

表2 缺陷樁波速、樁底反射系數及缺陷反射系數

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。樁底反射系數在0.09～0.55之間，平均反射系數為0.28。波速低于平均波速的樁有14根，樁底反射系數低于平均反射系數的有17根，波速和樁底反射系數同時低于平均值的有10根。這基本說明波速偏低時波幅衰減也較快，反映樁密實程度欠佳。就整體而言，波速和樁底反射系數比較離散，反映樁施工工藝不夠穩定，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，說明樁身缺陷對波速和樁底反射有明顯降低作用。缺陷反射系數在0.09～0.23之間，屬于輕度缺陷樁。此外,檢測發現存在淺部斷樁,見圖1c)。調查發現淺部斷樁均由機械開挖碰斷和擠壓所致。

2 淺部斷樁開挖驗證

圖2為不同深度的斷樁波形。通過開挖驗證，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)主要表現為低頻振動，反射波不明顯。圖2b)主要表現為低頻振動與反射波疊加，且第一次反射波幅高于入射波幅，以后缺陷處出現多次反射波，并逐漸衰減。而圖2c)反射波幅明顯增強，振動效應減弱，同相反射波幅明顯高于反相反射波幅，這一點與淺部擴徑是有差別的。

3 結語

實踐表明，對于灰土樁，只要樁身強度達到或接近15 MPa,采用低應變反射波法進行樁身完整性檢測是可行的。從檢測結果可看出，夯實水泥土樁波速和樁底反射系數比較分散，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。樁底反射系數在0.09～0.55之間，平均反射系數為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，說明樁身缺陷對波速和樁底反射有明顯降低作用。缺陷反射系數在0.09～0.23之間，屬于輕度缺陷樁，表明夯實水泥土樁密實度不夠均勻，施工工藝有待改進。由于波形特征，波速及樁底與缺陷反射系數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綜合判定樁完整性也是可行的。本次檢測發現淺部缺陷主要是開挖工藝不當造成，應加以改進。

[1] 閆明禮，張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].第2版.北京：中國水利水電出版社，2006.

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

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

[4] 董承全,邵丕彥,谷 牧.低應變反射波法在青藏鐵路工程中的應用及分析[J].中國鐵道科學,2003,24(5):40- 43.

[5] 董承全,張佰戰,胡在良,等.樁身完整性不同檢測方法的對比試驗[J].鐵道建筑,2009(12):75-77.

[6] 陳 輝，董承全，張佰戰，等.低應變檢測中幾種典型缺陷的理論模型分析[J].工程地球物理學報,2012,9(3):342-345.

[7] 王慶春,陳 輝.低應變反射波法檢測樁基淺部缺陷的效果分析[J].工程地球物理學報,2013,10(2):259-263.

[8] 陳 凡，徐天平,陳久照,等.基樁質量檢測技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[9] TB 20118-2008，鐵路基樁質量檢測規程[S].

[10] 帥小強.反射波法對水泥攪拌樁完整性檢測的研究[J].山西建筑,2008,34(28):143-144.

[11] 趙 磊.低應變反射波法的橋梁樁基檢測實例分析[J].山西建筑,2014,40(14):209-211.

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，高級工程師； 陳 輝(1982- )，男，高級工程師； 顏勝才(1982- )，男，助理研究員

TU473.16

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