水泥搅拌桩检测的规范方法讨论及问题分析

2018-08-18黄志才

城市道桥与防洪 2018年8期

黄志才，潘丹

（湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北武汉 430051）

0 引言

水泥搅拌桩是一种常见且比较经济的软弱土地基处理方法，广泛应用于公路、铁路、港口、市政等工程软弱土地基处理工程中。但目前国内相关规程对检测方法的规定不尽相同，检测内容、频率、质量评定方法等也存在差异，使得各项目的质量评定尚未归于统一，给工程质量管理留下了一定的不确定因素。有的项目业主反映搅拌桩容易偷工减料，质量难以控制，以致考虑选用其他费用相对较高的地基处理方式如预制管桩等来规避这方面的风险，因此有必要针对水泥搅拌桩质量控制检测中存在的问题进行分析讨论。本文对目前常用的检测方法、容易出现的问题进行了探讨，并结合项目实践提出有益的建议，以期在搅拌桩的应用和质量检测工作中得以参考应用。

1 现有检测方法

1.1 现有规范的方法

建筑、公路、铁路行业现行规范[1-4]中关于水泥搅拌桩的主要检测内容如下所示。

1.1.1 《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）

（1）成桩3 d内采用轻型动力触探N10检测上部桩身的均匀性，检测频率为总桩数的1%。

（2）成桩7 d后采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度为停灰（浆）面以下0.5 m，检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检测频率为总桩数的5%。

（3）在成桩28 d后进行复合地基和单桩静载荷试验，检测频率为不少于总桩数的1%。

（4）对变形有严格要求的工程，在成桩28 d后应钻取芯样做无侧限抗压强度检验，检测频率为总桩数的0.5%，且不少于6个点。

1.1.2 《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/T D31-02—2013）

（1）成桩28 d后按总桩数的1%～2%的频率进行钻探取芯，代表性芯样做无侧限抗压强度测试。

（2）在成桩28 d或90 d后进行载荷试验，检测地基承载力（单桩、复合地基），频率为0.2%～0.5%，且不少于3处；

（3）需对桩距、桩径、桩长、垂直度、每米喷粉（浆）量进行检验。

1.1.3 《铁路工程地基处理技术规程》（TB 10106—2010）

（1）成桩7 d后采用浅部开挖桩头，深度超过停浆面下0.5 m，目测桩体均匀性并测量成桩直径，频率为0.2%。

（2）成桩28 d后在桩径方向的1/4处全桩长范围内垂直钻孔取芯，观察桩体完整性、均匀性，在不同深度取不少于3个试样进行无侧限抗压强度试验，频率为总桩数的0.2%。

（3）搅拌桩承载力（单桩或复合地基）检测宜在成桩28 d后进行，频率为总桩数的0.2%。

1.1.4 《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）

（1）钻芯法适用于检测水泥土桩的桩长、桩身强度和均匀性，钻芯法频率不少于0.5%，且不少于3根；桩长不小于10 m时，桩身强度抗压芯样每桩不少于9个，桩身三等分段各取3个；当桩长小于10 m时，桩身试样每桩不少于6个，桩体二等分段各取3个。

（2）桩身均匀性宜按单桩并根据现场芯样特征等进行综合评价，从芯样连续性、完整程度、外观形态等方面来判别。

1.2 检测指标的选取

从以上规范方法中可看出，检测指标主要包括两个方面：桩身芯样强度（从桩体本身的质量来评价）和地基承载力（从桩体成桩后的地基加固效果角度来评价）。

1.3 其他检测方法

还有瑞雷波法、应力波反射法[5-6]、预埋管法静力触探检测法[7]等方法在工程实践中也有些应用。

2 存在的主要问题

以下对上述规范检测方法中存在的主要问题进行分析。

2.1 桩体芯样检测频率不明确、代表性不足

搅拌桩桩身均匀性是质量控制的重点，设计一般要求在桩长在顶部1/2的范围内进行复搅，有的项目会要求全桩进行复搅甚至增加复搅次数，目的就是使水泥粉或水泥浆能与地基土均匀拌和。由于抽芯检测频率在规范、设计文件中要求一般比较笼统，不够具体，实际检测时一般由相关单位商量确定，有一定随意性，容易出现样品代表性不足，检测无法全面反映桩体的实际状况，相应的质量评定亦有所偏差。如桩身芯样的个数，以往很多项目对检测桩的芯样个数未明确或个数偏少，前述规范[1-2]也未明确要求，以致往往选取桩顶或刻意选择成桩完整性好的桩段来检测无侧限抗压强度，结果强度合格而且往往指标还很高；造成桩体质量较好的错觉，实际上桩身均匀性可能很差；即该强度只能作为芯样的强度，不能代表桩的强度，检测过程中易出现有选择性进行检测的情况。

当然也有的项目桩身质量比较均匀，桩体总体强度均较高，在桩体上、中、下部的芯样强度偏差较小，这与地质条件、复搅次数等施工工艺有关。

《建筑地基检测技术规范》中对桩身强度抗压芯样规定得比较细致，要求每根桩不少于9个试样（桩长不小于10 m时），这方面利于了解整根检测桩的质量，但桩检频率为总桩数的0.5%，相比《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》中要求的1%～2%偏低。

2.2 承载力检测频率不足、荷载试验加载量偏小

承载力检测点位偏少，则与前述桩体芯样抗压强度检测类似也存在代表性不足的问题。

承载力检测时，往往从减小检测工作量角度考虑，检测单位在进行荷载试验的加载量范围偏小，仅仅满足设计要求后即不再继续加载，如仅加载至设计要求承载力的2倍即停止加载；则对实际处理后的承载力情况未能通过试验准确判别，不利于大范围路段的动态优化设计。而软土地基在设计阶段的勘察满足规范要求，对地质条件变化频繁的局部路段可能存在设计偏于保守的情况，公路铁路单个地基处理项目的搅拌桩处理数量往往很大，如能结合已完工的地基质量检测情况来对原设计尚未实施路段进行一定的优化，利于提高经济和节能环保效益。

2.3 桩体上部质量检测值的代表性有局限

前述规范提到成桩7d后采用浅部开挖桩头、轻型动力触探检测桩体上部的均匀性，受检测条件限制，该桩段仅限上部桩体（一般不超过4m长），而该部位是喷灰和复搅容易保证的桩段，成桩情况较好及强度较高，易满足要求；该指标用于反映桩身整体均匀性方面有其局限。

2.4 其他相关问题

对路基段的复合地基承载力要求偏高，设计时对普通路基段也参照一般按刚性地基提出相应承载力要求，普通路堤段可视为柔性基础并允许有一定变形，其承载力与变形性状与刚性基础也有所不同，目前承载力理论也是基于刚性基础得来，随着变形的发展地基相应压密，承载力也相应提高，即地基承载力随着路堤填筑的进程有一定程度增长，实际路基段地基承载力比荷载试验值要高；在满足稳定和工后沉降要求的情况下，一般路堤段地基承载力可在试验值的基础上乘以1.2～1.5的修正系数[3]。在工程中常出现某路基段的搅拌桩地基处理检测后地基承载力比设计要求低的情况，一概要求再进行加固的情况是值得探讨的，宜核查设计承载力要求并考虑对承载力检测特征值适当修正提高后再定。

钻孔取芯法对桩身质量进行直观的检测，能较好地反映桩体的整体质量，但存在检测耗时长、费用高的问题，考虑这方面因素，设计文件中一般也不宜大幅度增加取芯的频率。

3 综合评定法在江汉平原区公路项目中的应用

前述检测手段主要集中在钻芯强度检测、承载力检测这两方面，但受检测频率的限制，其检测结果都有其局限性。结合规范要求及前述存在的问题，近期在江汉平原区的公路建设项目中广泛采用了水泥搅拌桩质量检测综合评定法。综合评定法是指按不同检测指标的评价标准对各检测指标进行评分，然后采用加权相加求得总分的质量检测综合评分机制。主要检测内容是采用钻芯取样与标贯试验相结合，标贯试验与取芯同步进行，通过芯样的表观状态来评价成桩均匀性，对部分桩段截取试样进行抗压强度试验。

石首长江公路大桥是位于江汉平原区的高速公路项目，北起江陵县普济镇西侧，与潜石高速公路潜江至江陵段对接，向南跨越长江北干堤后进入石首境内，穿上人民大垸分蓄洪区，在碾子湾跨越长江及长江南干堤，项目止于石首市高基庙镇西侧，与岳阳至宜昌高速公路石首至松滋段对接。路基宽度为26 m、33.5 m，路线全长39.2 km。该项目软土分布范围广，地基土层以流塑状淤泥、淤泥质土为主且多夹薄层粉土、黏性土及砂，软土层天然含水量为39.5%～86.8%，孔隙比为1.072～2.482，比贯入阻力为0.32～0.74，软土地基处理设计采用水泥搅拌桩、CFG桩方案为主，水泥搅拌桩最大桩长为15m，水泥搅拌桩累计桩长约340万延米。该项目水泥搅拌桩质量综合评定体系如下所示。

3.1 评定方法

（1）水泥搅拌桩施工质量评判。采用百分制，各检测桩根据综合得分定为四级：大于67.5分为合格，67.5～79分为合格，80～89分为良，90～100分为优。桩距、桩径、水泥单位用量、桩长、倾斜度等常规指标应满足设计要求，否则直接判为不合格桩。

（2）水泥搅拌桩加固处理实效评判。地基承载力（单桩或复合）满足设计要求，则判为合格。

以上两方面均合格，则判别该处水泥搅拌桩质量合格。

3.2 评定项目及标准

评定项目包括芯样描述、桩体试样无侧限抗压强度、标准贯入击数等。

3.2.1 芯样描述

现场通过钻芯和标准贯入试验判定桩身强度及桩体连续性，同时观察标贯器中水泥土的均匀程度、成桩情况，并检定桩长。描述内容包括：

（1）芯样性质：土、水泥土、水泥。

（2）颜色：灰色、灰黑色、黄色等。

（3）状态：流塑、软塑、可塑、硬塑、坚硬。

（4）搅拌均匀性（见表 1）。

表1 水泥土芯样描述

3.2.2 标准贯入试验和无侧限抗压强度试验

（1）检测孔位布置在水泥搅拌桩桩头，并偏离中心100 mm左右。钻进采用108 mm钻头。用芯样管回转钻进方法，回次进尺每回次不超过1.5 m，钻芯时要保持芯样连续完整，以利于制备强度试验所用试件。一般情况下每根桩应取不少于3个芯样（上部、中部、下部）进行抗压强度测试。

（2）取芯后立即进行标贯试验，沿桩长方向每隔1.2～1.5 m进行一次（记录每打入100 mm的锤击数，标准贯入击数即为贯入器累计打入土300 mm的锤击数）。取芯及标贯的检测频率为2%。

（3）桩长不大于6 m时，全桩按上部评分标准评定；桩长大于6 m的，0～6 m范围按上部评分标准评定，6 m以下部分按下部评分标准评定。

（4）标贯击数、无侧限抗压强度按线性内插进行评分。

3.3 可完善改进的方面

（1）综合评定法中通过标准贯入原位试验解决了抽芯检测强度试验样本普遍偏少而代表性不足的问题，利于对检测桩全桩长范围质量的掌握，下一步可结合统计资料建立标贯击数与无侧限抗压强度的统计线性关系则更利于直观了解成桩质量。

（2）上述方法中对上部、下部分别进行评分，随着施工机具的发展，搅拌桩用于地基处理的适用长度也在不断发展，对长度较大的搅拌桩，可考虑分上、中、下桩段分别进行评价。

（3）参与评分的项目类别在不同项目中也有差异，如有的项目将承载力也作为一个评分项参与评分。

（4）各评分项目的权重在不同项目中也有差异，权重值分配不同，综合评分结果也有显著差异，如有的项目将桩体无侧限抗压强度指标的权重为50%，各评分项目的权重取值还需在工程实践中不断总结。

（5）搅拌桩检测结果与软土地基处理设计之间还未实现动态关联，随着质量检测的不断细化，以后地基处理设计可结合先期质量检测的反馈信息更好地开展动态设计。

4 结语

本文对水泥搅拌桩的质量检测规范方法进行了综述，分析了存在的主要问题，结合江汉平原区某项目实践，针对传统水泥搅拌桩检测工作中试验指标代表性不佳、桩身质量均匀性不足等问题，讨论通过控制检测频率、增加标贯试验等针对性措施，以原位检测各项目（钻芯强度检测、标贯试验、表观质量评价、承载力检测等）为主要权重或指标对水泥搅拌桩质量进行综合评定，该方法可较好地反映水泥搅拌桩的整体质量。