鉆芯法在軟土地層水泥攪拌樁質量檢測中的應用

郭凱榮

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

鉆芯法具有效率高、直觀、準確、代表性強等優點，在水泥攪拌樁質量的檢測中應用十分廣泛。操作方法是：用液壓操縱的高速工程地質鉆機向樁體鉆取芯樣，采用無側限抗壓試驗對芯樣強度及樁體的性能進行測試，并匯總各項檢測數據，然后根據這些數據對水泥攪拌樁的質量做出客觀評價。本文結合實際案例工程，分析該方法的應用要點及檢測效果。

1 工程概況

1.1 基本情況

某永久護岸工程，分北段護岸、南段護岸、西段護岸三段，長度分別為918.5m、3648.0m、3101.6m，總長7668.1m。護岸施工現場均存在軟基，采用水泥攪拌樁施工工藝進行加固，設計樁身強度≥2.5MPa（90d），樁徑統一為Ф700mm。

1.2 地質狀況

該項目樁號K0+000~K7+668 段由北往南，境內地勢低平，地表以人工填土及耕植土為主；地面標高一般在1.06～3.40m；場地內微地貌主要以人工開挖的魚塘、耕地、水庫、灌溉水渠、公路、溝壟為主，地表主要為人工填土及耕植土。

工程沿線地處海河下游，河流渠道縱橫，坑塘洼淀廣泛分布。根據地質勘察單位對沿線的地質勘察資料顯示，本段路基淺層普遍存在厚度1.5~7.0m的軟土層，力學性能差，對路基的承載力及穩定性影響較大，因此該段采用水泥攪拌樁進行施工。

2 試件取樣操作要點

水泥攪拌樁到達齡期以后，為了能夠反映其真實的強度，鉆取試樣過程中需要考慮以下幾個因素：

（1）鉆取芯樣宜采用液壓操縱的高速工程地質鉆機，并配備相應的水泵、孔口管、擴孔器、卡簧、扶正穩定器及可撈取松軟渣樣的鉆具。宜采用雙管單動或更有利于提高芯樣采取率的鉆具，以減少對樁體芯樣造成的擾動。同時鉆桿應順直，鉆桿直徑宜為50mm。

（2）鉆機應根據樁身設計強度選用合適的薄壁合金鋼鉆頭或金剛石鉆頭，鉆頭外徑不宜小于91mm。

（3）芯樣從取樣器中推出時應平穩，嚴禁試樣受拉、受彎。從鉆具取出后應放在平坦的地面并順序堆放，可考慮用固定長度的PVC 管或者芯樣箱來保存。同時用塑料薄膜包封完整，避免水分蒸發。芯樣在運送和保存過程中應避免壓、震、曬、凍，并防止試樣失水或吸水。

（4）鋸切芯樣試件用的鋸切機應具有冷卻系統和夾緊裝置，且芯樣試件端面的補平器和磨平機應滿足芯樣制作的要求。

3 芯樣試件抗壓強度的計算與分析

試件高徑比取1∶1，直徑不小于70mm，鉆芯取樣后對芯樣做密封處理。按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106）的相關規定加工，使芯樣具備檢測的條件。芯樣制作完成后，用高精度小型壓力機做抗壓強度試驗，設備的額定壓力不超過預估壓力的5倍。

3.1 抗壓強度的計算

芯樣試件的抗壓強度按照下式計算：

式中：fcu——芯樣試件抗壓強度，MPa；

d——芯樣試件的平均直徑，mm；

P——試驗測得的破壞荷載，N。

3.2 平均強度、標準差和變異系數的計算

在評價樁身強度時，應取樁身芯樣試件抗壓強度代表值進行統計，并按下列公式分別計算平均強度、標準差和變異系數。計算方法如下：

3.3 檢測數據的分析

（1）每組試驗均有3 塊試件，樁身芯樣試件抗壓強度代表值應按1組3塊試件強度值的平均值確定，水泥土芯樣試件抗壓強度代表值應取各段水泥土芯樣試件抗壓強度代表值的最小值。

（2）綜合考慮動力觸探結果、芯樣特征等信息，對樁底持力層的性狀做出評價。

樁身均勻性主要根據芯樣特征進行等級評定，通常分為良好、一般、差3個級別，具體如表1所示。

表1 樁身均勻性評價標準

4 水泥攪拌樁鉆芯法檢測質量評價

鉆孔取芯法是一種直觀可靠的水泥攪拌樁質量檢測方法。該法在樁體上取芯，截取一定數量的水泥土芯樣進行無側限抗壓強度試驗，鉆取持力層芯樣對持力層性狀進行驗證，從而對成樁質量進行綜合判定。

4.1 試驗設計方案

為了探索在沿海地區特定的土質條件下水泥摻量和攪拌水平的高低對成樁質量的影響,本文選擇標準試樁和缺陷試樁進行質量分析。

（1）土層分布。土層1：粉質黏土夾粉土，可塑狀態，厚5.2m；土層2：淤泥質粉質黏土，軟塑～可塑,厚2.2m；土層3：粉質黏土，可塑，厚度4.0m；土層4：粉質黏土，硬塑，厚度超過6.0m。

（2）試樁設計：本次試驗的設計內容是在配合比試驗和施工工藝試樁的基礎上，對典型土層段施工的試樁進行鉆芯檢測。標準試樁T0，工藝性試樁設計5 種組合，編號分別為：T1、T2、T3、T4、T5。每組試樁設計2根，共12根，樁長均為12m。樁端進入持力層粉質黏土1m。水泥摻量在12%～18%之間,采用兩攪兩噴或者四攪兩噴的施工工藝。標準試樁和工藝性試樁的施工嚴格按試驗設計要求進行，試樁結果見表2。

表2 標準試樁和工藝性試樁的設計結果

（3）取芯檢測：標準試樁和工藝性試樁檢測齡期均選在90d 進行，取芯進尺每次不大于1.5m，抗壓強度試件3 組，根據抗壓強度結果代表值和取芯率對各試樁進行評分。

（4）評分方法：標準試樁的綜合分為100 分，其余各組工藝性試樁按各層取芯率和強度代表值占標準試樁對應的百分比分別評定。

4.2 試驗結果分析

現場對6 組試樁進行了取芯質量檢測，根據上述評分辦法分別對試樁進行質量分析，評分結果見表3。

表3 標準試樁和工藝性試樁綜合評分結果

由表3分析可知，標準試樁T0采用兩攪兩噴施工工藝，水泥摻量按標準15%，取芯率和強度代表值評分結果均為100分。試樁T1水泥摻量不變，通過增加攪拌次數，采用四攪兩噴施工工藝時，發現強度代表值和取芯率均略有所提高，結果評分分別為103分和106分。試樁T2攪拌噴漿次數不變，水泥摻量降低3%，評分結果顯著下降，只有91分和89分。試樁T3水泥摻量降低3%，增加攪拌次數，評分結果有所下降，分別為95 分和93分。試樁T4水泥摻量增加3%，攪拌噴漿次數不變，強度代表值和取芯率均有明顯提高。試樁T5水泥摻量提高和攪拌次數都增加，強度代表值和取芯率顯著提高。通過以上研究結果表明，水泥攪拌樁施工過程中水泥與土是否攪拌均勻這一環節至關重要，有時還比單純增加水泥摻量更加有利，施工中應尤其注意。

5 結束語

鉆芯法是水泥攪拌樁質量檢驗中的重要方法，不僅效率高，而且能準確反映樁體完整性、樁長、攪拌均勻性、結構連續性、持力層性狀等方面的情況。鉆芯法涉及到的作業內容多，過程中需要試驗人員嚴格按照鉆芯法規范進行操作，取出的芯樣才具有完整性和代表性。施工過程中，同時也可結合單樁抗壓靜載荷和復合地基靜載荷試驗檢驗樁身的承載力，最后才能對水泥攪拌樁的質量做出準確的、全面的評價分析。