虺湖水閘閘基高壓旋噴樁質量檢測分析

(福建省晉江市水利局，福建 晉江 362011)

1 引 言

高壓旋噴樁始于二十世紀七十年代，是近年來逐漸發展起來的一種地基處理形式，對淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土和人工填土等處理效果較好。它可以按照不同的地基土性質及工程設計要求合理選擇施工參數，設計靈活，固結強度高，單樁承載力較高，與鋼筋混凝土樁基相比，可節省大量的鋼材，降低工程造價，因此，在中國基礎設施建設中正發揮著越來越重要的作用。最近幾年內，高壓旋噴樁在大壩壩基防滲、圍堰防滲等工程中得到了成功應用。在水利工程中，水閘是常見的一類工程結構物，對地基承載力和變形要求均較高，閘基往往淤積了大量軟土，包括淤泥和淤泥質土，通常需要進行地基處理，在各種處理方法中，高壓旋噴樁處理效果良好，但是該類處理方法受地層、土性和施工方法影響較大，屬于地下隱性工程，施工質量有時難以控制，可能會造成縮徑、斷樁、樁身材料不連續、樁長和強度達不到設計要求等。因此，對其進行質量檢測至關重要，目前檢測方法比較單一，單一檢測方面難以反映出高壓旋噴樁的整體施工質量。因此本文以福建省虺湖水閘工程中高壓旋噴樁施工質量的多種方法綜合檢測應用為例，探討該類地基處理的質量檢測方法，以期為同類工程提供參考。

2 工程概況

福建省虺湖水閘工程位于虺湖湖口下游約180m處，主要作用是汛期排洪排澇、平時蓄滯來水保證景觀水位。重建水閘閘室段長度12.0m，閘室規模為5孔6.0m×2.3m，排洪閘采用開敞式泄流，平底閘形式，閘底檻高程8.50m，閘墩頂高程12.90m。排洪閘工作閘門采用平面鋼閘門，共5扇，每扇閘門配置一臺雙吊點螺桿啟閉機。

閘基地層為細砂、淤泥、全風化花崗巖和強風化花崗巖，閘室基礎以下細砂層厚度較薄，下伏軟弱土淤泥層，淤泥厚度較大，約6～10m，因此不宜以細砂層作為基礎持力層，需對下部軟弱土層進行地基處理后做為閘基礎持力層。綜合比較多種地基處理方案，最終采用高壓旋噴樁對軟弱土層進行處理，穿過軟弱土層進入全風化巖層0.5m，另外細砂層為液化土層，因此在閘底板下用高壓旋噴樁圍封，高壓旋噴樁設計樁徑為600mm，間距為1.5m，水灰比為0.8～1.0，按正方形布設，復合地基承載力特征值不小于250kPa，單樁承載力特征值不小于450kN，水泥土無側限抗壓強度大于1.5MPa。

3 施工質量檢測方法

高壓旋噴樁施工檢測是評價其施工質量最為可靠和直接的方法，檢測內容包括開挖檢查、靜載試驗、鉆孔取芯和動力觸探等，可以檢測樁身完整性、噴射距離、單樁承載力、無側限抗壓強度、滲透系數等指標，對于滲透性有要求的工程，還要進行圍井注水試驗。

3.1 開挖檢查

開挖檢查一般是利用施工機械或人工方法在樁身周圍進行土體開挖，通過肉眼直接判斷旋噴樁的噴射距離、樁身完整性等情況，同時測量樁身直徑，在樁身不同部位橫向鉆孔取出水泥土試樣，運回實驗室測試無側限抗壓強度，并與設計要求或室內配方試驗結果進行對比，分析現場施工的質量。受現場樁距和開挖條件限制，開挖檢查深度通常為2.0～2.5m，故僅適用于淺層樁身質量檢查，無法適用于下部施工情況檢測該法。

3.2 載荷試驗

載荷試驗是檢測高壓旋噴樁地基施工質量的一種間接方法，也是一種對地基承載特性最為直接的反映。該法分為單樁靜載試驗和多樁復合地基靜載試驗兩種，單樁載荷試驗的荷載板面積與單樁所承擔的處理面積相同，若僅檢測單樁的施工質量，也可與單樁面積相同；多樁復合地基靜載試驗的荷載板為對應所處理的地基面積，通常前者實施較為容易。在靜載試驗前，為避免樁頭破壞，通常需在樁頂澆筑0.2～0.3m厚度的混凝土樁帽。在分析靜載試驗結果時，q～s(荷載～沉降量)曲線通常存在明顯拐點和無明顯拐點(平緩光滑)兩種類型，其中前者的地基承載力特征值取值不小于比例界限的2倍時，可取比例界限；當其值小于對應比例界限的2倍時，取比例界限的一半。對于平緩光滑的q～s曲線，地基承載力特征值按相對變形量取值。載荷試驗數量不應少數總樁數的0.5%，且每個單體工程不應少于3點，若其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值作為復合地基承載力特征值。

3.3 取芯檢測

待高壓旋噴樁施工完畢并養護一定時間時，采用鉆機在旋噴樁樁中心位置處垂直鉆孔取芯，利用取出的芯樣直接觀測樁身均勻性、完整程度和硬度，取芯直徑可采用φ90或φ110的取樣管。將芯樣切割成圓柱形或塊狀后可進行無側限抗壓強度試驗，若樁身均勻性較差，取出的芯樣代表性欠佳，因此宜多取幾個試樣進行測試。

3.4 動力觸探

動力觸探可選用標準貫入試驗或輕型動力觸探試驗，這種方法可以利用貫入阻力間接判別出樁身的強度特性，檢測不同養護齡期時樁身的強度、完整性和均勻性。這種方法操作較為簡單，結果比較可靠。可結合當地或工程經驗公式，利用錘擊數換算出樁身強度，若沒有同類工程經驗，可借鑒Terzaghi和Peck經驗公式：

(1)

式中fcu——高壓旋噴樁樁身無側限抗壓強度,MPa；

N63.5——樁身標準貫入錘擊數。

4 檢測結果

4.1 開挖檢查結果

本工程中，待高壓旋噴樁防滲墻施工完成一個月后，從閘室左側或右側開挖一定深度檢查其成樁效果及連續性情況、測量噴射距離等。選擇典型施工區域，現場采用挖掘機開挖三處檢查斷面，深度約為2.0m。經檢查，樁身完整性較好、水泥漿液連續、分散均勻，樁身垂直，有效直徑為612～720mm，大于設計樁徑600mm。

4.2 載荷試驗檢測結果

選擇單樁進行靜載試驗，荷載板面積與單樁面積相同，為圓形，直徑為600mm。試驗采用分級加載形式，每次加載完成后，待沉降達到穩定標準后，才施加下一級荷載。本檢測中，以單樁的沉降速率控制在0.1mm/h內時作為沉降穩定標準。現場典型的4根樁的靜載試驗結果如圖1所示。

其中，25號、45號和48號樁均未加載到單樁破壞，31號樁加載到單樁出現破壞，前三者的q～s(荷載～沉降量)曲線均未出現明顯拐點，因此根據相對沉

圖1 高壓旋噴樁單樁靜載試驗結果

降量法確定單樁承載力特征值，即以s/b(沉降量/荷載板直徑或寬度)=0.006所對應的壓力作為承載力特征值，31號樁取拐點處對應的壓力作為極限壓力。根據該法，25號、45號和48號樁的單樁承載力特征值分別為685kN、762kN和650kN，31號樁的單樁承載力特征值取極限值的一半，為850kN。另外，對于未出現明顯拐點的靜載試驗，也有學者建議采用數學模型進行預測，根據指數模型進行預測。

在高壓旋噴樁復合地基靜載試驗中，任意沉降量的荷載可以表示為：

qs=(1-ae-bs)q

(2)

a,b為待定的擬合參數，通過荷載實測數據與沉降的關系，通過擬合回歸得到a,b的數值。

根據公式(2)，當時間s→時，qs對應的荷載即為極限荷載，表示為q。

本文選取指數模型對其極限承載力進行預測，然后計算出承載力特征值，25號、45號、48號樁和31號樁的單樁承載力特征值分別為697kN、854kN、690kN和967kN。由此可知，其數值比根據相對沉降量法確定的略大，上述兩種方法確定的承載力特征值均大于450kN。

4.3 取芯檢測結果

現場施工完畢一個月后，采用地質鉆機在高壓旋噴樁樁心處鉆孔取芯，根據芯樣外觀判斷施工質量。經過對5根樁的鉆孔芯樣進行分析，發現5根樁的混凝土芯樣均以長柱狀為主，少量呈短柱狀、塊狀，所取芯樣大都完整、連續性較好，混凝土固化程度較佳，混凝土分散較為均勻，芯樣密實、未見孔洞，樁身完整性較好，未見明顯斷樁現象，樁身完整性為II類。同時將部分代表芯樣運到實驗室進行抗壓強度和滲透性試驗，測試其無側限抗壓強度和滲透系數，無側限抗壓強度芯樣為圓柱形，滲透系數測試采用變水頭法。現場5根樁的測試結果匯總于下表。由此可見芯樣無側限限抗壓強度絕大多數均大于設計值1.5MPa，僅有一個芯樣強度不滿足設計要求。另外，所有芯樣的滲透系數位于10-7～10-8cm/s數量級上，表明經過加固后，地基的防滲效果較好。

現場芯樣強度和滲透系數測試結果匯總表

4.4 動力觸探檢測結果

為檢測樁身完整性和強度特性，本工程在成樁7d后采用標準貫入試驗方法選取了3根典型樁進行檢測，其中8號樁、22號和30號樁的標貫結果如圖2和圖3所示。測試深度每隔2.0m為一組數據。其中，圖3是根據公式(1)計算的樁體無側限抗壓強度。可以看出，各個深度處的標貫擊數為73～113，樁體無側限抗壓強度位于0.95～1.42MPa；樁體抗壓強度小于設計值的1.5MPa，原因是測試時間是樁體成形的第7d，此時混凝土仍然處于快速固化階段，混凝土在7d后強度仍會繼續增長，持續時間可達28～60d。另外，在5.0m

圖2 樁體標貫擊數隨深度的變化關系

圖3 樁體無側限抗壓強度隨深度的變化關系深度處的強度相對較低，主要原因是該深度處土體為淤泥，含水量較高，固化生成的混凝土強度偏低，這與25號樁在4.6m深度處的取芯強度測試結果偏低相一致。

5 結 語

通過對福建省虺湖水閘工程高壓旋噴樁施工質量的綜合檢測，介紹了該類復合地基常用的檢測方法，對關鍵檢測數據進行了分析，主要得到了以下結論：

?高壓旋噴樁主要施工質量檢測內容包括開挖檢查、靜載試驗、取芯檢測、動力觸探和圍井注水試驗等，以檢測樁身完整性、均勻性、承載力、無側限抗壓強度和滲透系數等。

?該工程中，樁身完整性較好、水泥漿液連續、分散均勻，樁身垂直，有效直徑位于612～720mm之間，大于設計樁徑600mm。

?單樁靜載試驗結果和利用指數模型預測結果均表明，檢測樁體的單樁承載力特征值均大于設計要求值，且指數模型的預測結果比相對沉降量法的結果略大。

?芯樣無側限抗壓強度絕大多數都大于設計值1.5MPa，所有芯樣的滲透系數位于10-7～10-8cm/s數量級上，表明經過加固后，地基的防滲效果較好。

?成樁7d時的標貫檢測結果表明，各個深度處的標貫擊數基本位于73～113之間，樁體無側限抗壓強度位于0.95～1.42MPa之間。