噴粉攪拌樁樁體質(zhì)量檢測(cè)方法探討

摘　要：為了確保噴粉攪拌樁樁體的質(zhì)量，本文在分析和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出采用靜力觸探法(CPT法)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法(SPT法)對(duì)噴粉樁工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和控制。
關(guān)鍵詞：噴粉攪拌樁　質(zhì)量　樁體　檢測(cè)　控制

1　引言

　　粉體噴射攪拌法(DJM工法)是深層攪拌加固技術(shù)的一種。1967年瑞典BPA公司的Kjeld Paus先生提出了一種采用生石灰粉與原位軟粘土攪拌形成石灰柱的軟土加固法，即"石灰柱法"(Lime Columns Method)，它標(biāo)志著粉體噴射攪拌技術(shù)的問世。1971年瑞典的Linden-Alimat公司根據(jù) Kjeld Paus 的研究成果，在現(xiàn)場(chǎng)用生石灰和軟土攪拌制做了石灰柱，進(jìn)行了第一次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，1974年正式取得專利并進(jìn)入工程實(shí)用階段，開創(chuàng)了粉噴技術(shù)的新時(shí)代。
　?日本在1967年由運(yùn)輸部港灣技術(shù)研究所開始研究石灰攪拌施工機(jī)械，1974年開始在軟土地基加固工程中應(yīng)用，且在施工技術(shù)上超越瑞典。研制了兩種施工機(jī)械，形成兩種施工方法，一類是使用顆粒狀生石灰的深層石灰攪拌法，即DLM法(Deep Lime Mixing工法)；另一類是噴射攪拌的粉體，且不限于石灰粉末，可使用水泥粉之類干燥的加固材料，稱之為粉體噴射攪拌法，即DJM(Dry Jet Miximg工法)。
　　由于使用的固化劑為干燥霧狀粉體，不再向地基土中注入附加水份，它能充分吸收軟土中的水，對(duì)含水量高的軟土加固效果尤為顯著，較其他加固方法輸入的固化劑要少得多，不會(huì)出現(xiàn)地表隆起現(xiàn)象。同時(shí)，水泥粉等粉體加固料是通過專用設(shè)備，用壓縮空氣將粉體噴入地基土中，再通過機(jī)械的強(qiáng)制性攪拌將其與軟土充分混合，使軟土硬結(jié)，形成具有整體性較強(qiáng)、水穩(wěn)性較好、有一定強(qiáng)度的柱體，起到加固地基的作用。這種地基處理方法在施工過程中無振動(dòng)、無污染，對(duì)周圍環(huán)境無不良影響，近二十年來，在國外得到了廣泛應(yīng)用。
　　1983年，鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)行了設(shè)備研制和生產(chǎn)實(shí)踐，1984年在廣東省云浮硫鐵礦鐵路專用線上的軟土地基加固工程中率先使用，后來相繼在武昌、連云港等用于下水道溝槽擋土墻和鐵路涵洞軟基加固，均獲得良好效果。
　　由于噴粉樁加固軟基效果好、速度快，可以最大限度地減少工后沉降，特別是對(duì)于減少橋頭跳車現(xiàn)象、減少地基不均勻沉降、防止路堤失穩(wěn)方面有著其它軟基處理方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來在高速公路軟基處理工程中得到廣泛應(yīng)用，至目前為止，我省在高等級(jí)公路上噴粉樁的使用已超過800萬延米。
　　實(shí)踐證明，噴粉樁是一種具有很大推廣價(jià)值的軟土地基加固技術(shù)，這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鐵路、市政工程、工業(yè)民用建筑等的地基礎(chǔ)處理中。然而近來由于噴粉樁復(fù)合地基施工質(zhì)量不易控制，出現(xiàn)事故較多，上海等地相繼暫停該項(xiàng)技術(shù)在工民建地基處理中的應(yīng)用。粉體噴攪法加固軟弱土層中，其設(shè)計(jì)理論、施工控制技術(shù)一直存在爭論。概括起來，在噴粉樁應(yīng)用領(lǐng)域存在兩類問題：
　　(1)噴粉樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，包括其荷載傳遞特性、樁土共同作用理論、沉降計(jì)算方法、承載力計(jì)算方法等；
　　(2)噴粉樁施工質(zhì)量控制技術(shù)。噴粉樁的施工質(zhì)量是保證其處理效果的關(guān)鍵，由于噴粉樁屬隱蔽工程、"良心"工程，目前還沒有公認(rèn)的、行之有效的質(zhì)量控制方法，這是導(dǎo)致噴粉樁處理軟基失效或處理效果不好的主要原因。

2　噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)方法綜述

　　由于噴粉樁施工量大面廣，且是隱蔽工程，現(xiàn)有噴粉樁施工機(jī)具無法自動(dòng)地、準(zhǔn)確地控制噴粉樁施工質(zhì)量。因此，如何對(duì)噴粉樁施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)施噴粉樁施工過程中質(zhì)量的有效控制，是軟基處理工程沒有解決而迫切需要解決的問題，也是廣大工程技術(shù)人員一直在探索和研究的問題。目前噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)方法主要有以下幾種：
　　(1)挖樁檢查法是目前軟基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的方法，要求按樁總數(shù)2%的取樣頻率挖樁檢查樁的成型情況，然后分別在樁頂以下50cm、150cm等部位砍取足尺樁頭，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
　　很顯然，該方法只能對(duì)樁身上部(2～3m)樁身質(zhì)量進(jìn)行比較準(zhǔn)確的檢測(cè)，而該部分正是噴粉樁施工機(jī)械噴灰和復(fù)攪最易于保證質(zhì)量的部分，且該部分往往位于硬殼層內(nèi)而并非軟土層內(nèi)，故樁身成型情況及樁體強(qiáng)度一般都不會(huì)有問題，而對(duì)于噴粉樁易于出問題的下部則無法檢測(cè)，故該方法檢測(cè)結(jié)果毫無代表性，不僅挖樁、砍樁頭工程量大，而且破壞了天然地層，回填困難，據(jù)此，該方法弊大利小，不應(yīng)作為規(guī)范推薦的方法。
　　(2)輕便觸探儀觸探法也是規(guī)范規(guī)定的方法。輕便觸探需在早期進(jìn)行，一般齡期不能超過5～7d，且輕便觸探探測(cè)深度一般不超過4m，故對(duì)噴粉樁深層質(zhì)量無法測(cè)定，與第一種方法一樣，測(cè)定結(jié)果無代表性。因此，作為規(guī)范規(guī)定的方法，顯然不能滿足工程質(zhì)量控制的要求。
　　(3)鉆孔取芯法采用地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)噴粉樁進(jìn)行全程鉆孔取芯樣(一般齡期28d)，這是目前噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)中常用的方法，測(cè)定結(jié)果能較好地反映噴粉樁的整體質(zhì)量，但該方法也存在檢測(cè)時(shí)間長、鉆孔費(fèi)用高，鉆孔取芯時(shí)間一般需在28d以后，難以對(duì)噴粉樁質(zhì)量實(shí)施動(dòng)態(tài)控制等問題。故此，考慮到費(fèi)用、時(shí)間方面的因素，只能抽取少量的樁進(jìn)行鉆孔取芯檢測(cè)。
　　(4)靜載試驗(yàn)法能根據(jù)樁承載力的大小定性地確定樁體質(zhì)量，但由于測(cè)試費(fèi)用較高，每個(gè)工程只能抽檢很少數(shù)量，故測(cè)試結(jié)果也無代表性。
　　(5)動(dòng)測(cè)法主要是指小應(yīng)變動(dòng)測(cè)法，它是基于一維波動(dòng)理論，利用彈性波的傳播規(guī)律來分析樁身完整性。顯然動(dòng)測(cè)法檢測(cè)速度快，測(cè)試簡單，但國內(nèi)大量資料表明，噴粉樁樁體強(qiáng)度與波速之間關(guān)系離散，樁端阻抗與周圍介質(zhì)沒有明顯變化，樁底反射不明顯，因而難以用動(dòng)測(cè)法評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量。
　　以上各種方法各有利弊，但每一種方法都不能快速、有效、經(jīng)濟(jì)地對(duì)噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)，保證噴粉樁施工質(zhì)量。本文采用靜力觸探法(CPT法)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法(SPT法)對(duì)徐連高速公路噴粉樁進(jìn)行了大量的測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果表明，CPT法結(jié)合SPT法能較好地評(píng)價(jià)噴粉樁施工質(zhì)量，實(shí)施對(duì)噴粉樁施工過程動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制。

3　CPT法和SPT法檢測(cè)方法與測(cè)試結(jié)果分析

　　噴粉樁樁身質(zhì)量應(yīng)包括至少三個(gè)方面：樁體強(qiáng)度、攪拌均勻性和樁身長度。采用CPT法能夠快速、經(jīng)濟(jì)、有效地對(duì)噴粉樁前期強(qiáng)度或施工時(shí)的實(shí)時(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，便于噴粉樁質(zhì)量的事先控制。本次試驗(yàn)對(duì)不同齡期，不同的摻灰量，分復(fù)攪和不復(fù)攪等不同情況，結(jié)合鉆孔取芯，對(duì)多根噴粉樁進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果示于圖1～7。當(dāng)噴粉樁齡期超過7d時(shí)，由于強(qiáng)度增長，采用CPT法已難以試驗(yàn)，故CPT法只適合于7d齡期以內(nèi)的噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)于齡期超過7d的噴粉樁，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法(SPT)能較好地評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量。

圖1?圖2

圖3?圖4

圖5?圖6

圖7

　　首先，對(duì)樁身水泥土強(qiáng)度，可以通過標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5來評(píng)定，N63.5與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系已有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)公式，在本次試驗(yàn)中也提出了相關(guān)公式。實(shí)踐表明，該公式能比較客觀地反映樁身水泥土強(qiáng)度。
　　其次，在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)行取芯，通過芯樣觀察、描述，可以了解水泥主攪拌均勻性，同時(shí)必要時(shí)芯樣可送回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，確定其強(qiáng)度。
　　第三，樁長是決定噴粉樁復(fù)合地基加固效果的主要因素之一，通過鉆孔貫入過程，貫穿樁底，可以準(zhǔn)確地確定出樁長。
　　采用SPT法對(duì)不同齡期、不同的摻灰量，結(jié)合鉆孔取芯，對(duì)多根噴粉樁進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果示于圖8～9。
　　根據(jù)靜力觸探比貫入阻力Ps和標(biāo)貫擊數(shù)N63.5與鉆孔取芯無測(cè)限抗壓強(qiáng)度Qu測(cè)試結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法可得出以下統(tǒng)計(jì)關(guān)系：
　　(1)靜力觸探比貫入阻力Ps與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Qu之間關(guān)系
　　　　Qu=39.3+4.17P?　　　　　　　　　　　　　(7d齡期)
　　(2)標(biāo)貫擊數(shù)N63.5與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Qu之間關(guān)系
　　　　Qu=17.85+6.8N63.5?　　2≤N63.5≤18 　　　(7d齡期)?
　　　　Qu=268.4+10.6N63.5?　 16≤N63.5?≤30　　(28d齡期)

圖8?圖9

4　結(jié)論

　　分析圖1～9曲線及以上相關(guān)關(guān)系，可以得出以下幾個(gè)有價(jià)值的結(jié)論：
　　(1)CPT法能較好地反映噴粉樁成樁后前期強(qiáng)度的情況，對(duì)不同摻灰量、不同齡期的噴粉樁強(qiáng)度以及復(fù)攪和不復(fù)攪的情況都有明顯的反映，復(fù)攪和不復(fù)攪相比，其強(qiáng)度可提高60%以上，空攪不噴灰CPT測(cè)試結(jié)果與原地基土區(qū)別不大。因此，CPT法測(cè)試曲線也能較好地反映摻灰量的情況。
　　(2)SPT法能較好地反映不同齡期、不同摻灰量對(duì)噴粉樁強(qiáng)度的影響，N63.5與Qu之
間有良好的線性關(guān)系，采用這一關(guān)系能較好地確定噴粉樁28d的強(qiáng)度，以作為設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　(3)在目前尚沒有公認(rèn)的有效且經(jīng)濟(jì)的噴粉樁質(zhì)量檢測(cè)方法的情況下，建議采用CPT法結(jié)合SPT法對(duì)噴粉樁工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和控制，在施工過程中采用CPT法，以對(duì)噴粉樁質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，防止秋后算賬；而在工程完工驗(yàn)收時(shí)，進(jìn)行28d齡期的標(biāo)貫試驗(yàn)。這樣可以較好地保證噴粉樁施工質(zhì)量在有效的控制之中，確保噴粉樁處理軟基的效果。