公路軟土路基水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)分析

王正剛

（湖南益陽(yáng)遠(yuǎn)程公路建設(shè)有限公司,湖南 益陽(yáng) 413000）

水泥攪拌樁是一種有效的軟土路基加固方法，能夠有效改善和提升軟土路基承載能力。水泥攪拌樁的均勻性是影響其施工質(zhì)量的主要因素，同時(shí)對(duì)軟土路基的加固效果有重要影響。因水泥攪拌樁的均勻性不易有效檢測(cè)，而水泥攪拌樁的樁長(zhǎng)、完整性和強(qiáng)度能很好地反映出軟土路基的加固效果，因此建立以樁長(zhǎng)、完整性和強(qiáng)度為主要指標(biāo)的軟土路基加固質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)體系，對(duì)于構(gòu)建完善的軟土路基公路項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，具有十分重要的意義[1]。

1 檢測(cè)項(xiàng)目的選定

根據(jù)現(xiàn)行《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《技術(shù)細(xì)則》）,水泥攪拌樁工后質(zhì)量檢驗(yàn)要求見(jiàn)表1。

表1 水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求對(duì)比

從表1可知：現(xiàn)行軟土路基公路建設(shè)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范對(duì)水泥攪拌樁的樁長(zhǎng)、強(qiáng)度指標(biāo)在檢測(cè)范圍和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面有著明確的規(guī)定，對(duì)樁身完整性的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確規(guī)定。

樁身完整性是反映固化劑與泥土攪拌均勻性的主要指標(biāo)。當(dāng)樁體不均勻時(shí)，受到檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)機(jī)制的限制，對(duì)路基強(qiáng)度和承載力的檢測(cè)結(jié)果很可能無(wú)法反映加固路基的實(shí)際承載能力，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真。

從攪拌樁加固路基的荷載傳遞特點(diǎn)分析，在樁頂以下2～4倍樁徑位置，樁身軸力最大，而在7 m樁長(zhǎng)以下，樁身軸力很小，如圖1所示。

圖1 樁身應(yīng)力變化曲線

由分析可知，樁身完整性和均勻性也是影響路基承載能力的重要因素；樁頂以下2～4倍樁徑位置，由于樁身軸力較大，應(yīng)一定程度提升樁身強(qiáng)度，增強(qiáng)地基承受荷載的能力[2]。

以砂、粉質(zhì)粉土為主的軟土路基使用水泥攪拌樁法加固，樁身強(qiáng)度和完整性很容易保證，且水泥攪拌土強(qiáng)度較高；而淤泥或淤泥質(zhì)土為主的路基使用水泥攪拌樁法加固，由于土質(zhì)滲透性差等特點(diǎn)，樁身強(qiáng)度和完整性常受到影響，水泥攪拌土強(qiáng)度往往難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；且因各施工路段不同地點(diǎn)泥土土層主體構(gòu)成差異，導(dǎo)致水泥攪拌樁在各土層中的強(qiáng)度差異較大。因此，在水泥攪拌土強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)土質(zhì)、土層特性，合理制定檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)在都是以樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)[3]。

力學(xué)性質(zhì)較差的軟土路基，本應(yīng)是重點(diǎn)加固處理和檢測(cè)評(píng)價(jià)的對(duì)象，但實(shí)際上常因這類(lèi)路段難以采樣，無(wú)法獲取抗壓試驗(yàn)芯樣，而被放棄檢測(cè)和評(píng)價(jià)加固效果。為完善現(xiàn)有的檢測(cè)和評(píng)價(jià)體系，建議對(duì)這類(lèi)路段采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入法檢測(cè)，該方法效果可靠，操作簡(jiǎn)單，尤其適合多點(diǎn)普測(cè)。

在承載力檢測(cè)方面，單樁承載力可通過(guò)單樁荷載試驗(yàn)測(cè)定，并用單樁承載力特征值表征，因此建議以此作為其質(zhì)量檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)；復(fù)合地基承載力可通過(guò)復(fù)合地基承載力試驗(yàn)直接測(cè)量得出，能有效反映出路基加固處理效果，因此，建議將其作為路基加固施工驗(yàn)收性指標(biāo)[4]。

由分析可知，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)、樁身完整度和強(qiáng)度均是路基加固效果的主要影響因素，因此應(yīng)該以這三個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)水泥攪拌樁質(zhì)量的主要指標(biāo)。其中強(qiáng)度指標(biāo)從兩個(gè)維度展開(kāi)，一是樁身強(qiáng)度，二是復(fù)合地基承載力。力學(xué)性質(zhì)較好的軟土路基使用水泥攪拌樁加固，可采用樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)；獲取抗壓試驗(yàn)芯樣難度大時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法檢測(cè)。

2 檢測(cè)頻率的選定

在保證施工質(zhì)量和工期的基礎(chǔ)上，為節(jié)約檢測(cè)成本，應(yīng)合理減少檢測(cè)次數(shù)。目前，抽芯檢測(cè)和水泥攪拌樁成樁費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)分別為180元/m、50元/m，荷載試驗(yàn)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)約為10 000元/處，路基交工檢測(cè)費(fèi)用約占建安費(fèi)的0.5 %[5]。

某項(xiàng)目實(shí)況：項(xiàng)目建安費(fèi)約600萬(wàn)元，水泥攪拌樁10 000根，樁長(zhǎng)平均為12 m。如按表1的檢測(cè)頻率，檢測(cè)費(fèi)在40～100 萬(wàn)元之間[6]。根據(jù)施工實(shí)踐，檢測(cè)預(yù)算約3 萬(wàn)元。結(jié)合施工實(shí)踐，考慮項(xiàng)目差異和項(xiàng)目在不同施工階段的質(zhì)量控制差異，建議根據(jù)工程實(shí)際情況確定抽芯檢測(cè)頻率范圍為0.2 %～0.5 %，單次檢測(cè)根數(shù)在3 根以上。結(jié)合該工程具體情況，可以每300～500 m測(cè)1處，每標(biāo)段測(cè)3處，驗(yàn)收性檢測(cè)費(fèi)約為5～12 萬(wàn)元，處于合理水平。

3 評(píng)定指標(biāo)的選定

水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)包括樁長(zhǎng)、樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、復(fù)合地基承載力，在相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件中都已經(jīng)有明確的規(guī)定。而樁身完整性和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)則沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此下面將以此為重點(diǎn)展開(kāi)分析[7]。

3.1 樁身完整性指標(biāo)的選定

結(jié)合以上分析，由于樁身7 m范圍內(nèi)為承受軸力的主要范圍，因此，樁身完整性指標(biāo)在這一范圍內(nèi)應(yīng)符合公路質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，保證完整度處于75 %或以上水平，而剩余位置在60 %以上即可。

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

綜合分析公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可得，抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為qu＝0.046N＋0.06，相關(guān)度R2＝0.83?？箟簭?qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系如圖2所示[8]。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

依據(jù)圖2，經(jīng)數(shù)據(jù)計(jì)算得出相關(guān)系數(shù)r=0.9975，另可得Y=86.2248+9.7014X+0.6429X2（X為標(biāo)貫擊數(shù)，Y為承載力特征值）。綜合分析試驗(yàn)情況和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，給出水泥攪拌樁樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系，見(jiàn)表2。

表2 工程實(shí)踐水泥攪拌樁樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法試驗(yàn)，獲得在擊數(shù)為13、17和22擊時(shí)的成樁情況如圖3。

由圖3可知，成樁質(zhì)量情況可描述如下。

圖3 從左至右分別為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13、17、22擊時(shí)的成樁芯樣

①標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13 擊時(shí)芯樣：樁長(zhǎng)8.8 m，短柱狀，呈可塑狀，為淤泥質(zhì)粉砂。

②標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為17 擊時(shí)芯樣：樁長(zhǎng)11.5 m，短柱狀，呈軟塑狀，為淤泥質(zhì)粉砂。

③標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為22 擊時(shí)芯樣：樁長(zhǎng)13.0 m，短柱狀，攪拌均勻，呈硬塑狀，原狀土為淤泥質(zhì)土。

由以上分析可知，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法，當(dāng)擊數(shù)在30 擊以下時(shí)，標(biāo)貫擊數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確反映兩者關(guān)系；且在抗壓強(qiáng)度高于2 MPa的情況下，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出非常明顯的離散性；而承載力特征值的理論計(jì)算值與極限破壞強(qiáng)度值、設(shè)計(jì)值之間也存在差異。因此，無(wú)法確定無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的關(guān)系。

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

根據(jù)理論值修正現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用試驗(yàn)數(shù)值和規(guī)范計(jì)算值的均值進(jìn)行分析計(jì)算，得出結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水泥攪拌樁樁身強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系（建議）

如表4所示，標(biāo)貫值不合格的樁，其標(biāo)貫擊數(shù)集中在3～10 擊，芯樣中水泥與泥土攪拌均勻性較差，且水泥含量明顯較低。綜合分析質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)及不合格樁的質(zhì)量狀況，以上給出的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效反映水泥攪拌樁施工質(zhì)量，因此，可作為水泥攪拌樁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[9]。

表4 依托公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的水泥攪拌樁檢測(cè)結(jié)果

對(duì)比目前的水泥攪拌樁檢測(cè)要求，結(jié)合以上檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可提出公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)工程實(shí)踐結(jié)果證明，此標(biāo)準(zhǔn)可滿(mǎn)足質(zhì)量管理要求（見(jiàn)表5）。

表5 公路工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求

5 結(jié)論

本文結(jié)合某公路工程水泥攪拌樁檢測(cè)情況和現(xiàn)行水泥攪拌樁檢測(cè)規(guī)范和技術(shù)要求，對(duì)現(xiàn)行檢驗(yàn)規(guī)范中的不足進(jìn)行了分析，并基于水泥攪拌樁強(qiáng)度和完整性對(duì)路基加固質(zhì)量的重要性，針對(duì)一些路段無(wú)法獲取抗壓試驗(yàn)芯樣的實(shí)際情況，提出了引入標(biāo)準(zhǔn)貫入法進(jìn)行樁強(qiáng)檢測(cè)的方法[10]。從檢測(cè)費(fèi)用成本角度考慮，本文在保證攪拌樁質(zhì)量的基礎(chǔ)上，給出了比較合理的檢測(cè)頻率，并著重對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)展開(kāi)了分析，結(jié)合攪拌樁檢測(cè)結(jié)果和質(zhì)量檢驗(yàn)要求，給出了滿(mǎn)足水泥攪拌樁檢測(cè)要求的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，基本形成了完善的攪拌樁檢測(cè)體系。該體系可滿(mǎn)足軟土路基水泥攪拌樁的質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)于提高質(zhì)量控制水平具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。