虺湖水閘閘基高壓旋噴樁質(zhì)量檢測(cè)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(jì)七十年代，是近年來逐漸發(fā)展起來的一種地基處理形式，對(duì)淤泥、淤泥質(zhì)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(zhì)及工程設(shè)計(jì)要求合理選擇施工參數(shù)，設(shè)計(jì)靈活，固結(jié)強(qiáng)度高，單樁承載力較高，與鋼筋混凝土樁基相比，可節(jié)省大量的鋼材，降低工程造價(jià)，因此，在中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中正發(fā)揮著越來越重要的作用。最近幾年內(nèi)，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(yīng)用。在水利工程中，水閘是常見的一類工程結(jié)構(gòu)物，對(duì)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(zhì)土，通常需要進(jìn)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(zhì)量有時(shí)難以控制，可能會(huì)造成縮徑、斷樁、樁身材料不連續(xù)、樁長(zhǎng)和強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。因此，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)至關(guān)重要，目前檢測(cè)方法比較單一，單一檢測(cè)方面難以反映出高壓旋噴樁的整體施工質(zhì)量。因此本文以福建省虺湖水閘工程中高壓旋噴樁施工質(zhì)量的多種方法綜合檢測(cè)應(yīng)用為例，探討該類地基處理的質(zhì)量檢測(cè)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(shí)蓄滯來水保證景觀水位。重建水閘閘室段長(zhǎng)度12.0m，閘室規(guī)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(tái)雙吊點(diǎn)螺桿啟閉機(jī)。

閘基地層為細(xì)砂、淤泥、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，閘室基礎(chǔ)以下細(xì)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(xì)砂層作為基礎(chǔ)持力層，需對(duì)下部軟弱土層進(jìn)行地基處理后做為閘基礎(chǔ)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(duì)軟弱土層進(jìn)行處理，穿過軟弱土層進(jìn)入全風(fēng)化巖層0.5m，另外細(xì)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(shè)計(jì)樁徑為600mm，間距為1.5m，水灰比為0.8～1.0，按正方形布設(shè)，復(fù)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(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.5MPa。

3 施工質(zhì)量檢測(cè)方法

高壓旋噴樁施工檢測(cè)是評(píng)價(jià)其施工質(zhì)量最為可靠和直接的方法，檢測(cè)內(nèi)容包括開挖檢查、靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯和動(dòng)力觸探等，可以檢測(cè)樁身完整性、噴射距離、單樁承載力、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等指標(biāo)，對(duì)于滲透性有要求的工程，還要進(jìn)行圍井注水試驗(yàn)。

3.1 開挖檢查

開挖檢查一般是利用施工機(jī)械或人工方法在樁身周圍進(jìn)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(shí)測(cè)量樁身直徑，在樁身不同部位橫向鉆孔取出水泥土試樣，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室測(cè)試無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并與設(shè)計(jì)要求或室內(nèi)配方試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量。受現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)量檢查，無法適用于下部施工情況檢測(cè)該法。

3.2 載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)是檢測(cè)高壓旋噴樁地基施工質(zhì)量的一種間接方法，也是一種對(duì)地基承載特性最為直接的反映。該法分為單樁靜載試驗(yàn)和多樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)兩種，單樁載荷試驗(yàn)的荷載板面積與單樁所承擔(dān)的處理面積相同，若僅檢測(cè)單樁的施工質(zhì)量，也可與單樁面積相同；多樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)的荷載板為對(duì)應(yīng)所處理的地基面積，通常前者實(shí)施較為容易。在靜載試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果時(shí)，q～s(荷載～沉降量)曲線通常存在明顯拐點(diǎn)和無明顯拐點(diǎn)(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(shí)，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，取比例界限的一半。對(duì)于平緩光滑的q～s曲線，地基承載力特征值按相對(duì)變形量取值。載荷試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少數(shù)總樁數(shù)的0.5%，且每個(gè)單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)，若其極差不超過平均值的30%時(shí)，可取其平均值作為復(fù)合地基承載力特征值。

3.3 取芯檢測(cè)

待高壓旋噴樁施工完畢并養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間時(shí)，采用鉆機(jī)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(cè)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(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，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(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試。

3.4 動(dòng)力觸探

動(dòng)力觸探可選用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，這種方法可以利用貫入阻力間接判別出樁身的強(qiáng)度特性，檢測(cè)不同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)樁身的強(qiáng)度、完整性和均勻性。這種方法操作較為簡(jiǎn)單，結(jié)果比較可靠?？山Y(jié)合當(dāng)?shù)鼗蚬こ探?jīng)驗(yàn)公式，利用錘擊數(shù)換算出樁身強(qiáng)度，若沒有同類工程經(jīng)驗(yàn)，可借鑒Terzaghi和Peck經(jīng)驗(yàn)公式：

(1)

式中fcu——高壓旋噴樁樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,MPa；

N63.5——樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。

4 檢測(cè)結(jié)果

4.1 開挖檢查結(jié)果

本工程中，待高壓旋噴樁防滲墻施工完成一個(gè)月后，從閘室左側(cè)或右側(cè)開挖一定深度檢查其成樁效果及連續(xù)性情況、測(cè)量噴射距離等。選擇典型施工區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)采用挖掘機(jī)開挖三處檢查斷面，深度約為2.0m。經(jīng)檢查，樁身完整性較好、水泥漿液連續(xù)、分散均勻，樁身垂直，有效直徑為612～720mm，大于設(shè)計(jì)樁徑600mm。

4.2 載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

選擇單樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，荷載板面積與單樁面積相同，為圓形，直徑為600mm。試驗(yàn)采用分級(jí)加載形式，每次加載完成后，待沉降達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后，才施加下一級(jí)荷載。本檢測(cè)中，以單樁的沉降速率控制在0.1mm/h內(nèi)時(shí)作為沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)典型的4根樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

其中，25號(hào)、45號(hào)和48號(hào)樁均未加載到單樁破壞，31號(hào)樁加載到單樁出現(xiàn)破壞，前三者的q～s(荷載～沉降量)曲線均未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，因此根據(jù)相對(duì)沉

圖1 高壓旋噴樁單樁靜載試驗(yàn)結(jié)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?qū)挾?=0.006所對(duì)應(yīng)的壓力作為承載力特征值，31號(hào)樁取拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的壓力作為極限壓力。根據(jù)該法，25號(hào)、45號(hào)和48號(hào)樁的單樁承載力特征值分別為685kN、762kN和650kN，31號(hào)樁的單樁承載力特征值取極限值的一半，為850kN。另外，對(duì)于未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)的靜載試驗(yàn)，也有學(xué)者建議采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)指數(shù)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

在高壓旋噴樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)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(shù)，通過荷載實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與沉降的關(guān)系，通過擬合回歸得到a,b的數(shù)值。

根據(jù)公式(2)，當(dāng)時(shí)間s→時(shí)，qs對(duì)應(yīng)的荷載即為極限荷載，表示為q。

本文選取指數(shù)模型對(duì)其極限承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后計(jì)算出承載力特征值，25號(hào)、45號(hào)、48號(hào)樁和31號(hào)樁的單樁承載力特征值分別為697kN、854kN、690kN和967kN。由此可知，其數(shù)值比根據(jù)相對(duì)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(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)施工完畢一個(gè)月后，采用地質(zhì)鉆機(jī)在高壓旋噴樁樁心處鉆孔取芯，根據(jù)芯樣外觀判斷施工質(zhì)量。經(jīng)過對(duì)5根樁的鉆孔芯樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)5根樁的混凝土芯樣均以長(zhǎng)柱狀為主，少量呈短柱狀、塊狀，所取芯樣大都完整、連續(xù)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(shí)、未見孔洞，樁身完整性較好，未見明顯斷樁現(xiàn)象，樁身完整性為II類。同時(shí)將部分代表芯樣運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和滲透性試驗(yàn)，測(cè)試其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度芯樣為圓柱形，滲透系數(shù)測(cè)試采用變水頭法。現(xiàn)場(chǎng)5根樁的測(cè)試結(jié)果匯總于下表。由此可見芯樣無側(cè)限限抗壓強(qiáng)度絕大多數(shù)均大于設(shè)計(jì)值1.5MPa，僅有一個(gè)芯樣強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求。另外，所有芯樣的滲透系數(shù)位于10-7～10-8cm/s數(shù)量級(jí)上，表明經(jīng)過加固后，地基的防滲效果較好。

現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度和滲透系數(shù)測(cè)試結(jié)果匯總表

4.4 動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果

為檢測(cè)樁身完整性和強(qiáng)度特性，本工程在成樁7d后采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法選取了3根典型樁進(jìn)行檢測(cè)，其中8號(hào)樁、22號(hào)和30號(hào)樁的標(biāo)貫結(jié)果如圖2和圖3所示。測(cè)試深度每隔2.0m為一組數(shù)據(jù)。其中，圖3是根據(jù)公式(1)計(jì)算的樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度?？梢钥闯觯鱾€(gè)深度處的標(biāo)貫擊數(shù)為73～113，樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度位于0.95～1.42MPa；樁體抗壓強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值的1.5MPa，原因是測(cè)試時(shí)間是樁體成形的第7d，此時(shí)混凝土仍然處于快速固化階段，混凝土在7d后強(qiáng)度仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間可達(dá)28～60d。另外，在5.0m

圖2 樁體標(biāo)貫擊數(shù)隨深度的變化關(guān)系

圖3 樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨深度的變化關(guān)系深度處的強(qiáng)度相對(duì)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(qiáng)度偏低，這與25號(hào)樁在4.6m深度處的取芯強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果偏低相一致。

5 結(jié) 語

通過對(duì)福建省虺湖水閘工程高壓旋噴樁施工質(zhì)量的綜合檢測(cè)，介紹了該類復(fù)合地基常用的檢測(cè)方法，對(duì)關(guān)鍵檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，主要得到了以下結(jié)論：

?高壓旋噴樁主要施工質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容包括開挖檢查、靜載試驗(yàn)、取芯檢測(cè)、動(dòng)力觸探和圍井注水試驗(yàn)等，以檢測(cè)樁身完整性、均勻性、承載力、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)等。

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

?單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果和利用指數(shù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果均表明，檢測(cè)樁體的單樁承載力特征值均大于設(shè)計(jì)要求值，且指數(shù)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果比相對(duì)沉降量法的結(jié)果略大。

?芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度絕大多數(shù)都大于設(shè)計(jì)值1.5MPa，所有芯樣的滲透系數(shù)位于10-7～10-8cm/s數(shù)量級(jí)上，表明經(jīng)過加固后，地基的防滲效果較好。

?成樁7d時(shí)的標(biāo)貫檢測(cè)結(jié)果表明，各個(gè)深度處的標(biāo)貫擊數(shù)基本位于73～113之間，樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度位于0.95～1.42MPa之間。