公路工程软基处理粉喷桩工艺试验检测分析
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公路工程软基处理粉喷桩工艺试验检测分析
水泥粉喷桩与桩周土组成复合地基，改善并提高软土地基土层的物理化学性质，使之成为优良的地基。近几年来不仅在铁路、城建、市政等部门得到广泛应用，交通公路也将该技术应用于高等级公路的软土基处理，并取得了良好的加固效果。
为了保证喷粉桩的施工质量，不仅要掌握桩位测量放样，在施工过程中控制好原材料质量，做好室内配比试验，现场工艺试验，加强喷粉施工技术的管理监督及各道工的检查关，而且还须对施工好的现场桩体进行试验检测，以对粉喷桩施工质量进行全面而准确的判断及评定。 粉喷桩的检测内容
根据水泥粉喷桩处理软土地基的控制参数及检测内容，检测水泥粉喷桩施工质量常用的检测方法有目测法，外观法，桩段试压法、静载试验法、动力触探法、静力触探法、钻孔取芯法、水电效应法、反射应力法等。
粉喷桩处理软基，其最终质量控制参数是保证复合地基的整体承载力，为此粉喷桩检测包括两方面内容：(1)桩的测量放样检测，即在成桩后7d左右，通过检测桩位、桩数、桩间距来检查桩的放样情况；(2)桩体本身质量的检测，其中包括桩身的完整性、桩身外形尺寸(桩身截面、有效桩长等)，桩身的连续性、均匀性、强度、密实度等；(3)桩体受力质量的检测，包括强度、模量、单桩承载力等，其中最主要的控制参数为单桩承载力。桩身强度是以60d龄期为其强度标准值，但在实际工程中往往由于工期紧等多种因素影响而难以实施，一般取28d左右龄期或更短龄期推算至龄期强度。 试验检测探讨
测量法 是最基本的检测方法，主要根据钢尺、皮尺、水准仪等测量仪器对桩体的位置，间距进行检测。不符合设计要求时应补桩或采取其它的有效措施；符合要求再检查桩身成形情况。
外观法 是最常用简便的检测方法，主要根据眼观，手摸等感观检查桩头0.5—2.0m范围内质量的大致情况，不能反映有效桩长和桩身的状态信息，因而不能对桩身质量下完整结论。 成桩7—10d后，开挖基坑0.5—2.0m深，通过目测检查桩数，群桩顶是否平齐，桩体是否圆匀，有无缩颈和凹隐现象，桩身有无水泥结块或夹泥层，颜色深浅是否一致，并用
手感和桩身松散或硬结程度，来判断桩身水泥土的搅拌均匀程度，对于搭接桩还可通过目测检查桩头部分桩间的搭接情况。
桩段压力法 该方法为破坏试验法，它是在成桩一定龄期后(一般不少于15d)，在现场开挖出的桩体从桩顶以下连续截取长度等于桩径的三段桩体，上下截面用水泥砂浆整平，装入压力架后用压力机试压，可测得桩身的抗压强度和变形模量，同时也可以在桩段抗压破坏时进一步观察桩体喷粉搅拌的均匀性。该方法测试出的数据直接可靠，既可积累室内强度与现场强度之间的数据关系，又可避免桩体横断面方向上强度不均匀的影响。但该方法的缺点是挖桩深度过大，试验根数不能太多，而且该方法需要特制的夹板，对试验机精度也有一定的要求。同时在压前必须修整，否则在施压时很容易出现偏心受压，产生较大的试验误差。
静载试验法 由于粉喷桩最终的控制参数是复合地基的整体承载力，静载试验法是在桩体达到一定龄期后，对单桩或复合地基通过具有一定刚度的压板加载来测试地基承载力的方法，是最能贴近地基受力的实际情况，能准确直接测出单桩或复合地基承载力的最标准的方法，包括单桩静载试验和复合地基静载试验。其试验要点如下；
(1)对于单桩静载试验，压板直径应与桩径相等。对于复合地基静载试验，压板尺寸按面积置换率确定。压板中心必须与试验面中心重合，压板下须用10mm厚的粗砂垫平。 (2)试验荷载应按等量分级施加，加载等级可分为8—12级。对于利用工程桩(利用桩)总加载量接近或等于但不得超过设计值的1.0—1.5倍，对于试验破坏桩(试验桩)总加载量不宜少于设计值的两倍，加载方式常用堆载法或锚桩作反力支承法，也可用水箱法，大气压反力桩基静载试验装置等等。
(3)测读沉降的间隔时间及稳定标准。根据沉降稳定标准的不同，分慢速法和快速法。在利用桩上进行的单桩静载试验可采用快速法。在试验桩上进行的静载试验和在利用桩上进行的复合地基载荷试验宜采用慢速法。
静载试验法是在现场直接通过加载检测单桩及复合地基承载力的方法，用该法检测的结果最能反映单桩和复合地基的实际承载力，但静载试验法得到的是维持荷载作用下，最薄弱破坏模式相应的桩土体系丧失承载刚度的外荷，尽管它能全面获得承载刚度的变化情况，描述最弱的破坏模式，并得到与之相应的承载力，但它不能提供桩身质量的完整性、均匀性、连续性的完整信息，更不能定量定位，加之水泥粉喷桩具有桩体压碎破坏发生在浅层的特点，也就不能对粉喷桩的施工质量作出全面的评价。仅对承载力有怀疑的单桩或复合地基而言，目前静载试验法是最权威的检测方法，但要对粉喷桩的施工质量作出全面评价，还须用其它的检测方法与之配合和补充。 动力触探法 一般是在成桩7d内，使用轻便触探器取桩身水泥土样，通过观察水泥土样的颜色是否一致，有无结块水泥或未拌匀的土团来检查喷粉桩搅拌均匀程度，同时根据触探击数N来
判断桩身强度，对N贯入10cm击数不能少于10击，少于10击或者每击大于10mm的区段直接可认为所检查段不符合要求，应进行处理。国家行业标准《软土基深层搅拌加固法技术规程》提出了轻便触探击数(N)与7d龄期水泥土强度关系。
使用动力触探法检测粉喷桩时应注意：(1)探测深度一定按照操作规程；(2)触探点不能在桩中心位置，以避开桩中心水泥含量少，强度低的喷灰搅拌盲区，使触探具有代表性，一般定在距桩中心2/5——3/5桩径处；(3)触探时触探仪的穿心杆一定要保持垂直。
静力触探法 静力触探法是在成桩7—15d内，通过在桩身及桩周土的不同深度进行静力触探试验，测出桩身及原始地基的触探P—S曲线。对比两者的P—S曲线形态即可直观地反映出水泥土搅拌桩桩身的均匀性，并根据桩身的P—S值程度来分析桩身强度。这种方法宜在成桩后近期内进行，否则随着龄期的增长，桩身强度的提高使实施难度加大。该方法有直观快速的特点，但无论理论上还是实践上还需要作深入探讨，对测试设备也须作进一步改进和完善。国家规范中没有将该法列为水泥搅拌桩的质量检测方法。
钻孔取芯法 钻孔取芯法是在成桩一定龄期(15d或28d)后通过钻孔取芯来检查桩长，桩身各部位的水泥含量，桩身水泥土的喷粉，搅拌均匀程度及桩身抗压强度的变化情况，同时在取芯过程中可以进行标准贯入试验。
通过观察钻孔取出芯样来判断粉喷桩桩身各部位搅拌的均匀性及状态；通过对芯样进行水泥滴定试验来检查桩身各段的水泥含量情况；通过对桩身各段水泥土原状土样的室内无侧限抗压强度试验及取芯过程各段配合用的标准贯入试验的标贯击数，可以可靠准确地判定桩身各段的桩身强度，同时也可测定出桩身土样的变形指标；通过在取芯过程中水泥土样的变化情况，可判定桩体的连续性并可确定桩长。
钻孔取芯法是检测水泥粉喷桩直观、可靠、有效的方法，但由于粉喷桩横断面方向有搅拌轴部位的喷灰盲区，水泥土强度不是很高且桩体千层饼状的特点，因此在采用钻孔取芯法做单桩试验时应特别注意以下几点；
(1)孔位应避开喷灰盲区，宜定在离桩中心2/5桩径处；
(2)在整个钻进取芯过程中，钻杆必须始终保持规定的垂直精度；
(3)在原状水泥土取样过程中注意尽量避免对水泥土样的扰动，特别小心试样破碎。
水电效应法 水电效应法也叫电火花振动测桩法，它的基本原理是利用在桩顶水中高压放电，激起水体瞬间热膨胀产生的巨大脉冲力来激励桩的振动，而桩质量的好坏可用瞬态激励所得到的桩—土系统的频响函数来识别。
水电效应法的测试系统整体上来讲由激振装置，信号接收记录装置及信息处理装置等三大部分组成。水电效应法既可方便地测出桩身的完整性，同时也可快捷地推算出单桩或复合地基的承载力，是检测粉喷桩特别快捷，有效的一种方法，但目前该方法在国内粉喷桩测试中尚未广泛使用。
反射应力波法 在一定龄期后水泥粉喷桩具有介于弹性体至散体之间的力学性质，但对于桩周土(软粘土、淤泥等)来说，在施加较小外力的情况下，可视为弹性体。由于水泥粉喷桩在形态上其长度远大于桩径，因此可将桩视为弹性杆件，同时桩身的强度达到一定程度时其阻抗明显大于桩周土及桩底阻抗，这符合应力波反射动测的理论假设，应力波反射法是以弹性体内的应力波传播理论为依据，在桩顶中心用尼龙棒等垂直施加一冲击力，使桩质点受迫振动并产生弹性波，沿桩身向下传播。当桩身存在松散，夹泥、搅拌不均匀等缺陷时会造成波速变化，这必然引起波阻抗的差异，从而产生波的反射和叠加。该振动信号被置于桩顶的加速度传感器接收，传至桩身完整性检测仪，经检测仪将采集到的信号进行放大，滤波处理和初步分析，数据采集结束后再用专门软件在计算机上作详细分析，评价桩身质量(即桩身的均匀性、连续性等完整性，也可对比试验测出桩身水泥土抗压强度)。
应力波反射法测水泥粉喷桩较简捷方便，且节约工期，较适用于数量大的粉喷桩普查与评价分析。但使用该方法检测和分析时要注意：
(1)测试时桩的龄期不宜太短，一般规定28d，否则因桩身强度太低使桩身与桩周土阻抗差异不大，无法测得反映桩身实际施工质量的理想波形曲线。
(2)在对测试出的曲线结果进行分析时，不能像钻孔灌注桩那样的钢性桩把各种缺陷(如断桩、短桩、离析、夹泥等)仔细确定。在实测曲线上，波沿桩身传播出现有界面反射而不能仔细确定时，一般可以判定为搅拌不均匀。 检测方法应用
水泥粉喷桩的检测方法已有这么多种，但每一种检测方法都有其局限性，没有一种方法是对桩身质量的全面评价。为了保证水泥粉喷桩的桩身质量，确保软基处理的成功，应根据经粉喷桩复合地基处理工程的复杂程度及所具有的检测仪器设备的实际条件与现场的实际情况，从中选择合理、可靠、有效的检测方法。可以用一种也可以用多种方法联合检测，如常用组合有：用应力波反射法普查，用静载试验法对个别单桩或复合地基的承载力进行检验，还有用钻孔取芯法与动力触探法标准贯入试验配合进行等。 结束语
随着水泥粉喷桩在软土地基处理中越来越广泛的应用，水泥粉喷桩所构成的柔性复合地基的设计、施工技术不断得到发展，对于水泥粉喷桩质量检测技术的要求也越来越高。通过合理的检测方法对试桩进行检测，能为水泥粉喷桩的设计，施工提供可靠的试验数据，以便设计人员确定正确的设计参数及施工人员确定合理的工艺参数；通过便捷，有效的检测方法及对施工好的水泥粉喷桩进行检测，并提出准确可靠的检测数据，以便监理及施工人员对粉喷桩施工质量作出正确的判断和评价，对合格的桩及时认可其质量；对不合格的
桩及时采取有效措施，既要保证工程质量又不影响工程进度，这就迫切要求质量检测人员尽快创造出一种可以全面检测水泥粉喷桩的完美的检测方法。不仅如此，对试验检测操作进行规范化管理以及加强对检测试验的管理亦刻不容缓。在实际工程建设中，由于建设单位、监理单位，施工单位等过分强调工期及经济效益，有关单桩或复合地基试验普遍存在测试龄期太短，试验点少等问题，加上目前检测市场激烈的竞争时有发生，导致测试结果带有很大偶然性和局限性，测试质量低劣，甚至个别测试单位在检测中弄虚作假等，因此为了保证水泥粉喷桩检测结果的准确、可靠、确保水泥粉喷桩复合地基工程质量，交通公路部门必须采取相应的措施，加强水泥粉喷桩及其复合地基的检测管理、监督、制定必要的规范、规程，以保证检测结果的科学性、公证性和可靠性，减少工程质量事故，确保工程质量。