論公路軟基段治理水泥攪拌樁的質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定

朱飛雄

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

水泥攪拌樁常見于公路工程，為道路軟基處治常見措施[1]。由于其隱蔽性強(qiáng)，若軟基處理不徹底，施工中容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，如路基沉降、裂縫與車轍等，嚴(yán)重影響道路質(zhì)量，需加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定，確保水泥攪拌樁施工質(zhì)量[2]。

1 水泥攪拌樁施工技術(shù)原理

水泥攪拌樁施工技術(shù)原理是將水泥作為固化劑，將其與軟土充分?jǐn)嚢瑁岣哕浲恋酿ば裕蛊溆不笮纬蓮?qiáng)度更高、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的加固土體。這種加固土體可以增加軟土地基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、彈性模量，最終提高公路工程建設(shè)質(zhì)量[3]。水泥攪拌樁中水泥與土反應(yīng)機(jī)理見圖1。

圖1 水泥與土反應(yīng)機(jī)理

公路軟基段治理可采用智能化水泥攪拌樁施工設(shè)備進(jìn)行施工，具體施工流程包括：1）場(chǎng)地整平、清除場(chǎng)內(nèi)雜物；2）智能化水泥攪拌樁設(shè)備移動(dòng)至樁位，利用智能控制系統(tǒng)，校正鉆桿垂直度；3）開機(jī)，連接服務(wù)器，根據(jù)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)指標(biāo)，輸入各施工參數(shù)；4）打開鉆機(jī)，鉆進(jìn)噴漿，智能程序自動(dòng)注漿，達(dá)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)后，原地持續(xù)噴漿攪拌30 s；5）提升，復(fù)攪；6）噴漿達(dá)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，停止噴氣，提升鉆頭離開地面20 cm，成樁；7）移機(jī)至另一根樁體，循環(huán)以上施工工序[4]。水泥攪拌樁施工工藝見圖2。

圖2 水泥攪拌樁施工工藝示意

2 檢測(cè)項(xiàng)目的選定

（1）基于公路軟基施工相關(guān)規(guī)范，水泥攪拌樁施工質(zhì)量應(yīng)滿足表1所列的檢測(cè)要求。

表1 水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求

（2）根據(jù)表1可知，施工質(zhì)量檢測(cè)要求主要包括水泥攪拌樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)完整性、長(zhǎng)度，其中水泥攪拌樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)項(xiàng)目包括水泥攪拌樁強(qiáng)度、樁承載力。

（3）公路軟基施工規(guī)范中明確規(guī)定了水泥攪拌樁長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，但未明確給出水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)完整性要求。工程實(shí)踐中攪拌不充分的情況下，水泥攪拌樁的承載力檢測(cè)數(shù)據(jù)往往偏差很大。

（4）按照公路軟基處治中的水泥攪拌樁常規(guī)設(shè)計(jì)，布設(shè)厚50 cm的褥墊層，樁軸力最大值在樁頂以下2~4倍樁徑范圍內(nèi)出現(xiàn)，在樁以下7 m處的軸力極小（圖3）。

圖3 樁身應(yīng)力變化曲線

（5）為保證水泥攪拌樁的結(jié)構(gòu)完整性及攪拌充分，考慮到其承載力主要和樁頂以下7 m區(qū)域有關(guān)，應(yīng)盡量增加樁頂以下2~4倍樁徑范圍的樁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而有效增加水泥攪拌樁的承載力[5]。

（6）樁身應(yīng)力變化情況如圖3所示，水泥攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)情況明確，樁荷載主要與其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及水泥樁是否充分?jǐn)嚢栌嘘P(guān)。不同土體的滲透性不同，即使添加等量水泥，攪拌后得到的水泥土強(qiáng)度、樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異明顯。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，水泥、砂、粉土攪拌混合后可以得到較高強(qiáng)度的土體，可滿足公路軟基處治水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

（7）進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，如無法采集樣本，可通過原標(biāo)貫方法評(píng)價(jià)施工質(zhì)量。該方法實(shí)現(xiàn)難度低，可大范圍多測(cè)點(diǎn)檢測(cè)，得到的質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定結(jié)果可靠準(zhǔn)確。

（8）檢測(cè)水泥攪拌樁承載力時(shí)，按照相關(guān)規(guī)范同步檢測(cè)單樁、復(fù)合地基的承載力[6]。如無法全面掌握工程現(xiàn)場(chǎng)情況，需先通過單樁荷載試驗(yàn)確定單樁的承載力特征值，而相較于單樁承載力，復(fù)合地基承載力能夠更準(zhǔn)確地衡量水泥攪拌站施工質(zhì)量。因此，可基于單樁承載力檢測(cè)評(píng)定，在確保樁結(jié)構(gòu)完整性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求的情況下，基于復(fù)合地基承載力來檢測(cè)評(píng)定軟基處治效果。

基于上述分析可知，公路軟基處治水泥攪拌樁施工質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定主要參數(shù)為樁的長(zhǎng)度、樁的結(jié)構(gòu)完整性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度包括無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、標(biāo)貫法檢測(cè)樁身強(qiáng)度，并通過復(fù)合地基承載力檢測(cè)評(píng)定公路軟土地基強(qiáng)度。

3 檢測(cè)頻率的選定

在確保公路工程質(zhì)量的同時(shí)盡量降低質(zhì)量檢測(cè)成本，采用最適宜的檢測(cè)頻率。

（1）基于市場(chǎng)行情，鉆孔取芯試驗(yàn)單位成本為180元/m，荷載試驗(yàn)單位成本為10 000元/處，單根樁施工成本50元/m。常規(guī)檢測(cè)成本，依據(jù)路基部分成本取建筑安裝工程費(fèi)的0.5%。假設(shè)某公路工程水泥攪拌樁長(zhǎng)度均值為11 m，共設(shè)置8 000根樁，工程造價(jià)為750萬元，樁施工質(zhì)量檢測(cè)成本45 000元左右，遠(yuǎn)超預(yù)算成本。

（2）根據(jù)復(fù)合地基荷載轉(zhuǎn)移規(guī)律以及承載力特征值測(cè)算方法，結(jié)合鉆芯取樣情況，設(shè)置合理的檢測(cè)頻率，確保間隔300~500 m鉆孔取芯檢測(cè)1處，同時(shí)單個(gè)路段檢測(cè)次數(shù)至少為3次，按照該檢測(cè)頻率，樁長(zhǎng)11 m，供8 000根樁的檢測(cè)成本在11 000~30 000元之間，相對(duì)合理。

4 評(píng)定指標(biāo)的選定

公路軟基處治水泥攪拌樁施工質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定參數(shù)包括水泥攪拌樁的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)完整性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力，其中樁的長(zhǎng)度檢測(cè)要求、樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)要求、復(fù)合地基承載力檢測(cè)要求均已明確，而結(jié)構(gòu)完整性、標(biāo)貫入擊數(shù)未明確規(guī)定[7]。

4.1 樁身完整性指標(biāo)的選定

由于水泥攪拌樁樁頂以下7 m區(qū)域內(nèi)存在最大軸力，其結(jié)構(gòu)完整性需達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定數(shù)值的75%，其他區(qū)域的結(jié)構(gòu)完整性應(yīng)達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定數(shù)值的60%。

4.2 樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)指標(biāo)的選定

（1）根據(jù)公路工程施工現(xiàn)場(chǎng)情況，基于同深度相鄰樁標(biāo)貫入擊數(shù)、抗壓強(qiáng)度，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式明確標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系qu=0.046N+0.06，相關(guān)度R2=0.83（圖4）。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

（2）標(biāo)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系中，相關(guān)系數(shù)R取0.998 6時(shí)，標(biāo)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度之間為擬合統(tǒng)計(jì)關(guān)系：

式中，X——標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)；Y——復(fù)合地基承載力特征值。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范設(shè)定樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，表2為樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與標(biāo)貫入擊數(shù)之間的關(guān)系。

表2 水泥土樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量記錄及鉆孔取芯試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：1）標(biāo)貫入擊數(shù)=15時(shí)，測(cè)得水泥攪拌樁長(zhǎng)度8.9 m，標(biāo)貫入擊區(qū)域?yàn)闃俄斠韵?.81~5.53 m區(qū)域，其取芯樣本為灰黑柱體，水泥攪拌不充分，原狀土為淤泥質(zhì)粉砂；2）標(biāo)貫入擊數(shù)=19時(shí)，測(cè)得水泥攪拌樁長(zhǎng)度11.6 m，標(biāo)貫入擊區(qū)域?yàn)闃俄斠韵?0.16~10.6 m區(qū)域，其取芯樣本為灰黃柱體，水泥攪拌不充分，原狀土為淤泥質(zhì)粉砂；3）標(biāo)貫入擊數(shù)=24時(shí)，測(cè)得水泥攪拌樁長(zhǎng)度13.06 m，標(biāo)貫入擊區(qū)域?yàn)闃俄斠韵?0.03~10.51 m區(qū)域，其取芯樣本為灰柱體，水泥攪拌充分，成硬塑狀，原狀土為淤泥質(zhì)土[8]。

（4）該次試驗(yàn)假設(shè)相鄰樁成樁情況相同，標(biāo)貫入擊數(shù)取15~19時(shí)，樁結(jié)構(gòu)完整性未達(dá)到抗壓強(qiáng)度檢測(cè)要求，可見標(biāo)貫入擊數(shù)不超過24時(shí)，芯樣本水泥攪拌不充分，結(jié)構(gòu)不完整，實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度也達(dá)不到要求。依據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如抗壓強(qiáng)度超過2 MPa，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)顯著離散性。按照規(guī)范符合地基承載力的特征值，與實(shí)際能達(dá)到結(jié)構(gòu)完整及強(qiáng)度要求的值，存在一定的差異，須適當(dāng)校正。可見，數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計(jì)算，無法明確抗壓強(qiáng)度、標(biāo)貫入擊數(shù)之間的關(guān)系，需依據(jù)工況現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定[9]。

5 樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)指標(biāo)建議值分析

基于項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)與規(guī)范性理論公式，進(jìn)行方程擬合與調(diào)整，取理論數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均值即80%擬合方程換算值作為應(yīng)用指標(biāo)。表3所示為水泥攪拌樁標(biāo)貫入擊數(shù)與樁身強(qiáng)度間關(guān)系[10]。

表3 水泥土樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系（建議）

綜上所述，依據(jù)該公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定要求建議如表4。

表4 依托公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)公路工程軟基處治水泥攪拌樁施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到樁的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)結(jié)果，具體見表5。綜合分析軟基處治水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，可知所屬標(biāo)段公路工程水泥攪拌樁擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可用于開展水泥攪拌樁檢測(cè)評(píng)定的參考依據(jù)。

表5 公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水泥土樁檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)論

綜合分析案例工程項(xiàng)目實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)要點(diǎn)，結(jié)合軟基段水泥攪拌樁成樁特點(diǎn)及受力情況，制定了該項(xiàng)目水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)該質(zhì)量檢測(cè)體系的成效進(jìn)行實(shí)踐分析，結(jié)果顯示其滿足水泥攪拌樁質(zhì)量規(guī)范，實(shí)用性強(qiáng)，可為加強(qiáng)施工管理、提升施工項(xiàng)目質(zhì)量提供幫助。