苏州市七浦塘拓浚整治工程水泥搅拌桩的桩基检测

撰稿：陈新洋   顾迁

 

一、     工程概况

      苏州市七浦塘拓浚整治（常熟段）河道工程，位于常熟市支塘任阳集镇，工程投资约17987万元。工程中有钢筋砼直立式护岸和口门控制建筑物，其护岸和口门控制工程地基处理大多采用了水泥搅拌桩的方式。以其中之一口门建筑物——横塘节制闸为例，其地基处理采用水泥搅拌桩桩径为600mm，桩间距为1000mm，闸底板下桩长为8米，翼墙位置下桩长为6米到11米不等。水泥搅拌桩水泥掺量不小于15%,桩身水泥土28天龄期无侧限抗压强度不小于1.2MPa，设计单桩承载力特征值为 84.82 kN，复合地基承载力为 94.63 kPa。

二、水泥搅拌桩概述

       水泥搅拌桩是我国在20世纪80年代发展起来的地基处理技术，它是通过特制的深层搅拌机械就地将软土和水泥强制拌和，利用软土和水泥发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固体，从而提高地基土强度和增大变形模量。这种方法适用于软弱地基的处理，对于淤泥质土、粉质粘土及饱和性土等软土地基的处理效果显著。水泥搅拌桩的优点是布置灵活、施工速度快，处理后可以很快投入使用；在施工中无噪音、无振动，对环境无污染；造价低廉。水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。苏州市七浦塘拓浚整治工程（常熟段）沿线的地基处理采用湿法施工。

三、承载力计算

       查看苏州市七浦塘拓浚整治工程（常熟段）地质勘察资料，以南横塘闸室底板水泥搅拌桩为例，地基处理土层为3₁层，为灰色淤泥质粉质粘土，粘土、夹砂壤土薄层，标准贯入击数为3，土壤含水量为37%，允许承载力q_p（f_sk）为70kPa，搅拌桩土的侧阻力特征值q_s为8kPa。

1、水泥桩单桩承载力特征值计算

Ra₁=ηfcuAp=0.25*1.2*1000*3.1416*0.3*0.3=84.82KN

Ra₂=μ_pq_sl+αq_pAp=3.1416*0.6*8*8+0.4*70*3.14*0.3*0.3=129KN

Ra₁<Ra₂，取Ra₁=84.82kN

对于湿法施工的水泥搅拌桩，桩身强度折减系数η取0.25,桩端端阻力发挥系数α为0.4。

2、复合地基承载力计算

桩土置换率m=Ap/A=3.1416*0.3*0.3/1*1=0.2827

Fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk

=0.2827*84.82/(3.1416*0.3*0.3)+0.2*(1-0.2827)*70=94.84kPa

桩间土承载力发挥系数β取0.2。

四、原设计检测要求

      对于水泥搅拌桩的检测，工程设计要求如下：

1、无侧限抗压强度试验：对每块底板，按7天、28天分别取1组（3块）桩体水泥试块，测定无侧限抗压强度。

2、轻型（N10）动力触探：成桩3天内抽检已完成桩数的2%，且不少于3根，深度到桩底。如有明显不合要求的，加测2%。

3、动测（低应变）：成桩后28天内抽检已完成桩数的5%，以判定桩体的均匀性、连续性和长度，如有断桩或桩长短50cm以上，加测5%。

4、复合地基处理效果监测：为效验地基处理后的地基承载力是否满足设计要求，在成桩后28天，基坑封底前应完成复合地基承载力试验并提交报告。试验按JGJ79-2012(7.3.7.3)的要求进行。检验数量为总桩数的1%，且每项单体工程不少于3点。

5、同一块底板下水泥搅拌桩成桩时间不宜太长，在最后一根桩完成28天以后方可加载。

五、优化后检测方案

      为了优化检测内容，缩短检测周期，减少检测成本，苏州市水利局下发了苏市水（2014）10号文《关于七浦塘拓浚整治工程水泥搅拌桩质量检测办法的通知》，提出了桩身强度和地基承载力的检测方案（具体内容附后）。

六、优化方案分析

1、在水泥搅拌桩桩身强度检测时，为什么将原来设计的水泥土试块的检测方法优化为钻芯取样的检测方法？

      在进行水泥土试块制作前，首先要进行水泥土的取样工作，要求取样要有代表性，水泥的掺入量要满足15%的设计和施工要求。而在实际取样过程中，由于操作方便的原因，一般在桩身最上部进行，由于钻头和钻杆上行引导，水泥浆会出现上行溢出，造成桩头位置水泥浆富集，水泥浆含量往往超过设计值，造成检测结果偏大的情况。往下取样在操作中存在者很大的障碍，不便于操作。取样的局限性造成试样没有代表性。而钻芯取样可以在桩身的任何位置，是从实际桩身中取得，从而保证了取样的代表性。实际中，钻孔抽芯试验是检验桩身质量可靠的和最直观的方法。

2、为何取消轻型动力触探（N10）检测？

       轻型动力触探试验的全称应为轻型圆锥动力触探试验。它是用一定质量的重锤(10kg)，以一定高度的自由落距（50cm)，将标准规格的圆锥形探头贯入土中，根据探头入土一定距离(30cm)所需的锤击数来判定土的力学性能的一种原位测试方法。试验时还可利用其附带的钻头，取出桩体的水泥土，肉眼鉴定其颜色、均匀性及是否存在未被搅匀的团块等。

       轻型动力触探的检测方法设备简单，操作易行；缺点为技术含量低，无法进行数据的自动采集和存储，检测深度一般不超过4m，无法对深部强度与桩身完整性进行判断。而且对检测的时间的要求高，时间早会出现水泥浆强度不够造成锤击数不够而造成检测结果不合格，时间迟了会出现水泥浆强度高而打不下去的情况。一般要求为3天。

3、为何取消动测（小应变）检测？

       能否用动测法来检验水泥搅拌桩的桩身质量一直是个有争议的问题。近年来，通过试验研究，认为水泥土搅拌桩基本符合一维波动理论的假设条件，用反射波法来分析水泥搅拌桩的桩身质量具有一定可行性，动测波形能在一定程度上反映桩长、桩身的特性。但是由于水泥搅拌桩毕竟属于半刚性桩基，不同于钢桩或灌注桩等刚性桩基有明显的反射波，也不同于砂桩或碎石桩等柔性桩基无反射波，在小应变检测反射波的收集和处理上存在较大的波动性和干扰因素，影响了试验结果的准确性，实际上很少采用动测方法来进行水泥搅拌桩检测。

4、为何取消开挖检测？

成桩7d后，开挖0.5～1.0m深基坑，测量桩位、桩间距，检查桩数，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，通过目测群桩桩顶是否平齐，桩体是否圆匀，有无缩颈和凹陷现象，桩身有无水泥结块或夹泥层，颜色深浅是否一致，并用手感知桩身松散或硬结程度，来判断桩身水泥土的搅拌均匀程度。目测法是最常用、最基本也是最简便的检测方法，主要根据眼观、手摸等感觉，检查0.5～2.0m桩头质量的大致情况，不能反映有效桩长、桩身的状态信息，不能对桩身质量下完整结论。

 

 附：苏市水（2014）10号文

 

 

 

 

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