深层搅拌桩在软土地基处理中的应用与质量检测

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摘 要：如今,深层搅拌桩的施工技术水平不断提高,施工工艺也得到进一步的完善,这大大提高了水泥土搅拌桩的搅拌均匀程度和桩身质量,由于其具备强度提高快、水稳定性好等特点,因此在我国沿海地区高速公路软土地基处理中得到了广泛应用.通常采用钻孔取芯法对其进行质量检测,由于该方法成本高、速度慢、易损伤桩身,因此笔者在实践中尝试了地震波探测技术,对其进行了仔细研究,结果表明检测效果良好,有效降低了成本、提高了速度,值得推广应用.

关 键 词：深层搅拌桩,软土地基,质量检测

1.前言

深层搅拌桩是一种软土地基加固方法,其固化剂为水泥浆液,借助深层搅拌机械,将固化剂和软土在地基深处强行搅拌,两者会发生一系列化学、物理反应,致使水泥土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的半刚性桩.该方法适用多种土质,并且具有易施工、工期短、造价低、处理效果好等优点,现已被广泛应用于我国建筑工程的软基加固工程中.

2.深层搅拌桩检测技术

应用较为广泛的是钻孔取芯法、静载试验法等.钻孔取芯法在钻进取芯时会对水泥试样造成扰动,而且对取样设备和技术都有较高的要求,因此人为误差不可避免,并且该方法测试周期长,成本也较高.

静载试验法包括单桩和复合地基试验.当桩体达到一定年限,对单桩或者复合地基进行静载试验,通过一定时间内沉降与荷载的关系得到地基的容许承载力,该检测方法费时费力.

钻孔取芯法和静载试验法的检测成本高、速度慢、易损伤桩基、费时费力,因此笔者在工程实践中开展了地震波法检测技术.

3.地震波法检测技术

3.1检测原理

工程中大部分桩其长度比直径大,因此可将桩体简化成一维问题.当弹性波以垂直于界面的方向从一种介质传播到另一种材质不同介质时,对两种介质都会引起扰动,分别向两种介质中传播.传回第一种介质的波称之为反射波,传入第二种介质的波称为透射波.利用弹性波在不同质地的介质中传播规律不同检测桩身质量即为地震波法检测.当波在桩身中传播时遇到不连续界面,就会有部分以反射波的形式往回发射,其余的继续向前传播,如图1所示.

3.2地震波法检测方法

地震波检测法工作过程如图2所示,检测设备包括地震仪、传感器、激振设备、数据采集处理设备等.检测前要确保桩头平整、洁净,不能有破损和杂质,选择密实平整的桩头进行检测.

地震波检测法以一维应力理论为基础,借助平面假定,但实际情况并不与假设相同,当桩顶受激发设备锤击时,不仅产生下行波,还会产生沿桩顶面传播的波,其中剪切波和瑞利波在桩顶面来回发射而形成两种高频波的耦合,即高频干扰波.该高频干扰波在很大程度上掩盖了缺陷发射波和桩底发射波,影响对桩身质量的判断.但高频干扰波的强度会随着桩头位置的变化而变化,在距桩形心2/3半径处高频干扰最小,即把传感器安装在距桩形心2/3半径处是最佳选择.

4.工程应用

4.1工程概况

某高速公路工程,全长52千米,沿线以海积平原为主,地势平坦,地面标高2.5-4m,地下水埋深较浅,一般在0.7-2.0m.经勘查,第四系滨海相松散沉积物在多个路段有分布,厚度10-45m不等,浅部以全新统滨海相软土为主,呈灰色和深灰色,厚度大,形成时代新,分布范围广,含有不同程度的盐分,地表水和浅层地下水中的含盐量在0.1%-1.8%,矿化度在1.36-9.35g/L.沉积物来源系淮河、黄河的冲积物于滨海或近海地段沉积,根据现场部分原状土试验得到的土体物理力学指标如表1所示.

由表可见,该路段软土具有高塑性、高含水率、强度低等特点,针对这类软土,主要是采用水泥土搅拌桩来对软土路基进行加固.但是滨海相软土含盐量和矿化度较高,在很大程度上影响了水泥土搅拌的固化和强度,成桩困难.因此对水泥土搅拌桩的成桩质量进行检测就显得尤为重要.

4.2现场检测方法

发射波法检测时需要一个合适的瞬时激振源,通常选用力锤,在锤击时选择适宜的锤击力度,力度过大容易造成二次冲击,引起信号失真.力度过小则应力波衰减变异大,不利于信号的分析.现场检测时采用铁锤或者木锤进行激振,为了抑制振点的横向振动,避免二次冲击,锤击时应尽量使锤头垂直作用于桩头.

4.3钻孔取芯法与地震波法的对比

为了验证地震波法检测技术的可靠性,取两种方法的检测结果进行对比,取6标段92号桩作为对比分析试样,钻孔取芯法结果见图3.

92号桩成桩30天,桩径500mm,水泥参量75kg/m,钻孔取芯法得到结果,0-1.5m：破碎成颗粒状,较坚硬；1.5-3m较完整,芯样长度10cm,灰黑色,3m处有软弱芯样,长度10cm,手捏易碎；3-6m：较完整,芯样长度10-20cm,较坚硬,6m处有软弱芯样,长度10cm,手捏易碎；6-10.5m：较完整,芯样长度10cm,较坚硬,9m处有软弱芯样,长度5cm手捏易碎.10.5-12m：较完整,芯样长度10cm,较坚硬；12-13.5m：较完整,芯样长度10cm左右,较坚硬；13.5-15m：可塑,灰黑色,芯样长度10cm.可见芯样中有3处软弱界面,搅拌桩长度约15m

由图可见,第二、三通道有明显桩底反射,第一、二通道上有1处缺陷反射,第三、四通道上有3处缺陷反射其中两处比较明显,一处不明显.3个软弱面位置分别为2.8、5.7、8.4m.与钻孔取芯的结果一致.说明地震波法检测技术具有一定的可靠性.图4中4个通道的检测结果中,第一、二通道的检测结果与实际情况相差较大,第三、四通道的检测结果与实际情况比较接近,由此可见,在运用地震波法检测时采用多通道的必要性.在几个通道中选择可靠性较大的作为评价依据.

5.结语

由工程实际可以看出,用水泥土搅拌处理软土路基具有良好的效果,同时,采用地震波法进行质量检测能够测出桩体的缺陷位置和桩体长度,具有一定的可靠性.在运用地震波法检测技术测桩时,为了确保数据的说服力,应采用多通道、多频率的方法.