水泥土地下连续墙基础质量检测与结构安全评价方法研究

2017-11-01李海军

中国水运 2017年10期

关键词：评判泥土水泥

李海军

（山西省汾河流域管理局，山西太原 030002）

水泥土地下连续墙基础质量检测与结构安全评价方法研究

李海军

（山西省汾河流域管理局，山西太原 030002）

水泥土地下连续墙作为砂土地基，有其自身特点和关键技术难点，本文针对某流域大型河流上的水泥土地下连续墙基础结构的特点，提出其结构安全关键质量控制指标及相应的检测方法，同时提出基于模糊综合评判的地下连续墙结构安全评价方法，为该结构的示范和推广提供技术支撑。本文提出的模糊综合评价方法经过实际验证，具有可操作性。可在水库、大坝、堤防等结构安全评价中推广。

地下连续墙；水泥土；质量检测；模糊综合评价

1 引言

水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体件、水稳性和一定强度且防渗效果好的水泥加固土。该方法主要有以下特点：①最大限度地利用原土；②施工简单、效率高，搅拌时无振动；③土体加固后容重基本不变，不会引起下卧层的附加沉降，能够有效地减少和控制沉降量；④根据上部结构的需要，灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等型式。

水泥土地连墙的施工质量控制措施包括：①水泥土配合比试验；②施工机械的检查与管理；③现场工艺性试桩；④施工现场管理；⑤质量控制等，其中质量控制是最关键的一环。

水泥土地连墙施工中常见的问题有：

（1）水泥土搅拌难以均匀；

（2）水泥浆在桩体中分布不均匀，特别桩体下部水泥浆掺入量达不到设计要求；

（3）存在地面冒浆现象，影响水泥浆掺入量；

（4）桩土共同作用难以协调，需在桩顶部设置垫层或土工织物加筋层。

笔者针对某流域大型河流上的水泥土地下连续墙基础结构的特点，提出其结构安全关键质量控制指标及相应的检测方法，同时提出基于模糊综合评判的地下连续墙结构安全评价方法，为该结构的示范和推广提供技术支撑。

2 质量控制指标与检测方法

2.1 质量控制指标

水泥土连续墙作为基础，主要质量控制指标包括：①抗压强度；②渗透系数、成墙厚度、桩长、桩身连续性，均作为单排、双排或格栅式防渗体的渗流设计时的重要指标。

2.2 质量检测方法

2.2.1 外观质量

水泥土搅拌桩地下连续墙属重要的隐蔽工程，施工过程中如果质量控制不严，将会出现桩体接缝开叉、架空、蜂窝、离析、局部充泥等隐患，不能达到防渗目的，无法保证整个除险加固工程的安全。

2.2.2 成墙厚度

对于单排水泥土搅拌桩地下连续墙，这意味着每根桩以及每相邻两根桩的搭接部分都必须满足设计指标要求。所以地下连续墙的厚度指标是指其最小厚度，即相邻两根桩的搭接部分厚度。单桩呈圆柱状，当桩径一定时，搭接厚度越大则地下连续墙最小厚度越大。

2.2.3 深层墙体连续性检测

探地雷达技术以探测目标体与周围介质间存在的介电性差异为基础，利用发射天线向被检测介质发射高频脉冲电磁波，天线接收由被检测介质内不同介电性界面反射回的电磁反射波和直达波，利用介质内电磁波传播路径、电磁场强度和波形随所通过介质的电磁性质以及几何形态而变化的原理，通过研究反射波相对直达波的双程走时、振幅、频率和相位特征，达到确定被检测介质内隐蔽体的一种探测方法。探地雷达检测方法具有探测效率高，对场地和目标体无损，有较高的分辨率和抗干扰能力。

2.2.4 墙体钻孔取芯

采用现场钻孔取芯，对抽取的芯样完整性进行评价，然后将现场抽取的芯样经室内切削加工后进行室内试验，以检测搅拌桩地下连续墙水泥土的单轴抗压强度，渗透系数。

2.2.5 关键技术

桩长的判别。水泥土墙体与底层的原状土的含水量不同，使电磁波在二者界面反射系数增加数倍以上，来自桩底的反射波强度大大增加，波形和能量形成鲜明对比，从而达到识别墙底界面（桩长），同时通过钻芯验证。

连续性判别。地连墙连续密实时，电磁波在其内部传播时电磁波能量均匀衰减，反射波组序列一致性良好；当地连墙出现扰动或未搭接时，电磁波同相轴出现散射和绕射等杂波，杂乱无序列，能量相对周围密实区变强。表现为同相轴中断，波形紊乱，形成粗的反射波同相轴。

3 结构安全性评估

3.1 安全性判据的确定

该模型将现有的安全评估方法将确定型和非确定型模型的特点综合起来，模型中既有确定性因素（水泥土抗压强度、渗透系数、成墙厚度等），又有非确定性因素（外观质量、连续性、密实性等），并借鉴了工程类比法的原理，使安全评估更贴近实际。

3.2 安全评估的理论基础

3.2.1 确定评价指标集

设一级评判因素集U，简记为；对因素的权重分配为U上的模糊子集A，简记为，式中ai为第i个因素对应的权重，并有这里的权重根据安全子单元的类型而不同，并不是一个固定的赋值。

3.2.2 确定评判指标

水泥土地下连续墙结构安全评价主要子单元包括：强度、渗透性、成墙质量等。子单元按构件类别可分成若干基本单元。

据此，本文设立的评判指标集V是根据安全评估判据的类型，分别采用不同的评判形式。

（1）对于表面现状的评判采用专家打分法。每位专家按表面现状给每项指标打分，但打分范围在区间[0，1]之内。

（2）对于安全稳定系数、可靠度分析的评判建立评判集，采用一个分段函数来评判样本中的因素Ui。分段函数为

式中，Pj，j=1,2,...,m，表示Ui上的有m个样本的因素指标值；P0，表示在以往工程经验中与该结构相同或极为类似并在实际效果评判最好的指标值。

首先对因素Ui进行筛选，为了避免在实际检测中可能出现的较大偏差值，将Ui进行排序，把最高(或最低)指标值高于(或低于)次高(或次低)指标值的15%者剔除，重新排列。这将得区间[p下，p上]。用分段函数来代替传统的专家评分法，计算出各组数据计算值的评价指标与最优指标的贴近度，进而定量地分析出各组数据之间在勘测上的差异，一定程度削减了人为因素的影响。

（3）如果对每一个评价指标Ui又有二级评判因素，重复以上步骤进行单指标评价，得出单指标评价矩阵

（4）给出Ui中各评价指标的权重，应有，这里权重的确定是根据安全评估模型中的规定赋值。

（5）得出Ui的评语向量，即

（6）将Ui视为一个单独元素，用Bi作为Ui的单指标评价向量，可构成U到V的模糊评价矩阵

R与U中元素Ui的权重相复合，得出U的最终评语向量

（7）安全等级是否稳定的最终确定。根据以往资料数据管理数据库里的资料，建立安全程度评判集。用以上模糊综合评判方法计算出的值与评判集比较，判断安全等级。

4 工程案例

4.1 工程简介

某流域河流的水工建筑物地下连续墙采用多轴搅拌水泥土地下连续墙，桩径450mm，桩距400mm，设计成墙厚度20cm，伸入坝基相对不透水层1.0m，主槽成墙深度12.0m；地连墙渗透系数应小于A×10-6cm/s（1

抽检项目共包括以下内容：

（1）现场开挖探坑对地下连续墙外观质量进行检查；

（2）现场检测成墙最小厚度；

（3）钻孔取芯检测地下连续墙水泥土抗压强度、渗透系数；

（4）探地雷达检测地下连续墙连续性和密实性；

（5）采用模糊综合评判其结构安全性。

4.2 检测结果与分析

（1）探坑长度6.0m，深度0.5m，墙体搅拌均匀且连续，桩间搭接良好，接缝未开叉，未发现墙体有蜂窝、孔洞等质量缺陷，地下连续墙沿坝轴线方向较为平顺。

（2）地下连续墙成墙厚度为20cm。现场两个探坑墙体平均最小厚度检测结果表明：探坑1平均厚度检测法测得成墙厚度平均值为34.4cm，相邻两桩检测法测得成墙厚度平均值为34.0cm；探坑2平均厚度检测法测得成墙厚度平均值为35.1cm，相邻两桩检测法测得成墙厚度平均值为34.7cm，故所检测部位地下连续墙在无缺陷部位成墙厚度满足设计要求。

（3）通过对水泥土搅拌桩现场钻孔取芯，水泥土芯样总长约16.20m，除2.0～3.0m、9.0～10.0m较破碎外，其余芯样完整，搅拌较均匀，连续性好；试验结果表明，钻孔芯样单轴抗压强度在0.21～0.80MPa之间，平均值为0.52MPa，且水泥土强度随龄期增长而逐渐增加；水平渗透系数为9.6×10-6cm/s，满足设计要求。

（4）采用探地雷达法对水泥土地下连续墙进行深层墙体连续性检测。经过对资料的判别和解释可知，所检测部位多头小直径水泥土大部分地下连续墙均匀、连续，墙身及墙体接头处未见明显的松散、孔洞等工程质量缺陷。

4.3 结构安全评价

依据现场质量检测结果，对各子单元中的基本单元进行赋分。根据表1结果,得出强度、渗透性评判指标值分别为0.8,1.0。成墙质量表面现状隶属度采用专家打分法：成墙厚度满足设计要求，专家打分1.0；密实性有局部不密实，专家打分0.5；连续性有局部分叉，专家打分0.5。成墙质量判据的3项基本单元的权重定义为A=(0.6 0.2 0.2),其成墙质量评判指标值为0.8。

由上述结果得出U的隶属度函数矩阵R=(0.8,1.0,0.8)T，即安全判据评价指标集为U=(U1 U2 U3)，Ui权重定义为A=(0.4，0.3，0.3)。

那么,U的综合评价矩阵,即:C=R*A=(0.4，0.3，0.3)*(0.8,1.0,0.8)T=0.86