钻芯法在软土地层水泥搅拌桩质量检测中的应用

郭凯荣

（厦门合诚工程检测有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

钻芯法具有效率高、直观、准确、代表性强等优点，在水泥搅拌桩质量的检测中应用十分广泛。操作方法是：用液压操纵的高速工程地质钻机向桩体钻取芯样，采用无侧限抗压试验对芯样强度及桩体的性能进行测试，并汇总各项检测数据，然后根据这些数据对水泥搅拌桩的质量做出客观评价。本文结合实际案例工程，分析该方法的应用要点及检测效果。

1 工程概况

1.1 基本情况

某永久护岸工程，分北段护岸、南段护岸、西段护岸三段，长度分别为918.5m、3648.0m、3101.6m，总长7668.1m。护岸施工现场均存在软基，采用水泥搅拌桩施工工艺进行加固，设计桩身强度≥2.5MPa（90d），桩径统一为Ф700mm。

1.2 地质状况

该项目桩号K0+000~K7+668 段由北往南，境内地势低平，地表以人工填土及耕植土为主；地面标高一般在1.06～3.40m；场地内微地貌主要以人工开挖的鱼塘、耕地、水库、灌溉水渠、公路、沟垄为主，地表主要为人工填土及耕植土。

工程沿线地处海河下游，河流渠道纵横，坑塘洼淀广泛分布。根据地质勘察单位对沿线的地质勘察资料显示，本段路基浅层普遍存在厚度1.5~7.0m的软土层，力学性能差，对路基的承载力及稳定性影响较大，因此该段采用水泥搅拌桩进行施工。

2 试件取样操作要点

水泥搅拌桩到达龄期以后，为了能够反映其真实的强度，钻取试样过程中需要考虑以下几个因素：

（1）钻取芯样宜采用液压操纵的高速工程地质钻机，并配备相应的水泵、孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器及可捞取松软渣样的钻具。宜采用双管单动或更有利于提高芯样采取率的钻具，以减少对桩体芯样造成的扰动。同时钻杆应顺直，钻杆直径宜为50mm。

（2）钻机应根据桩身设计强度选用合适的薄壁合金钢钻头或金刚石钻头，钻头外径不宜小于91mm。

（3）芯样从取样器中推出时应平稳，严禁试样受拉、受弯。从钻具取出后应放在平坦的地面并顺序堆放，可考虑用固定长度的PVC 管或者芯样箱来保存。同时用塑料薄膜包封完整，避免水分蒸发。芯样在运送和保存过程中应避免压、震、晒、冻，并防止试样失水或吸水。

（4）锯切芯样试件用的锯切机应具有冷却系统和夹紧装置，且芯样试件端面的补平器和磨平机应满足芯样制作的要求。

3 芯样试件抗压强度的计算与分析

试件高径比取1∶1，直径不小于70mm，钻芯取样后对芯样做密封处理。按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106）的相关规定加工，使芯样具备检测的条件。芯样制作完成后，用高精度小型压力机做抗压强度试验，设备的额定压力不超过预估压力的5倍。

3.1 抗压强度的计算

芯样试件的抗压强度按照下式计算：

式中：fcu——芯样试件抗压强度，MPa；

d——芯样试件的平均直径，mm；

P——试验测得的破坏荷载，N。

3.2 平均强度、标准差和变异系数的计算

在评价桩身强度时，应取桩身芯样试件抗压强度代表值进行统计，并按下列公式分别计算平均强度、标准差和变异系数。计算方法如下：

3.3 检测数据的分析

（1）每组试验均有3 块试件，桩身芯样试件抗压强度代表值应按1组3块试件强度值的平均值确定，水泥土芯样试件抗压强度代表值应取各段水泥土芯样试件抗压强度代表值的最小值。

（2）综合考虑动力触探结果、芯样特征等信息，对桩底持力层的性状做出评价。

桩身均匀性主要根据芯样特征进行等级评定，通常分为良好、一般、差3个级别，具体如表1所示。

表1 桩身均匀性评价标准

4 水泥搅拌桩钻芯法检测质量评价

钻孔取芯法是一种直观可靠的水泥搅拌桩质量检测方法。该法在桩体上取芯，截取一定数量的水泥土芯样进行无侧限抗压强度试验，钻取持力层芯样对持力层性状进行验证，从而对成桩质量进行综合判定。

4.1 试验设计方案

为了探索在沿海地区特定的土质条件下水泥掺量和搅拌水平的高低对成桩质量的影响,本文选择标准试桩和缺陷试桩进行质量分析。

（1）土层分布。土层1：粉质黏土夹粉土，可塑状态，厚5.2m；土层2：淤泥质粉质黏土，软塑～可塑,厚2.2m；土层3：粉质黏土，可塑，厚度4.0m；土层4：粉质黏土，硬塑，厚度超过6.0m。

（2）试桩设计：本次试验的设计内容是在配合比试验和施工工艺试桩的基础上，对典型土层段施工的试桩进行钻芯检测。标准试桩T0，工艺性试桩设计5 种组合，编号分别为：T1、T2、T3、T4、T5。每组试桩设计2根，共12根，桩长均为12m。桩端进入持力层粉质黏土1m。水泥掺量在12%～18%之间,采用两搅两喷或者四搅两喷的施工工艺。标准试桩和工艺性试桩的施工严格按试验设计要求进行，试桩结果见表2。

表2 标准试桩和工艺性试桩的设计结果

（3）取芯检测：标准试桩和工艺性试桩检测龄期均选在90d 进行，取芯进尺每次不大于1.5m，抗压强度试件3 组，根据抗压强度结果代表值和取芯率对各试桩进行评分。

（4）评分方法：标准试桩的综合分为100 分，其余各组工艺性试桩按各层取芯率和强度代表值占标准试桩对应的百分比分别评定。

4.2 试验结果分析

现场对6 组试桩进行了取芯质量检测，根据上述评分办法分别对试桩进行质量分析，评分结果见表3。

表3 标准试桩和工艺性试桩综合评分结果

由表3分析可知，标准试桩T0采用两搅两喷施工工艺，水泥掺量按标准15%，取芯率和强度代表值评分结果均为100分。试桩T1水泥掺量不变，通过增加搅拌次数，采用四搅两喷施工工艺时，发现强度代表值和取芯率均略有所提高，结果评分分别为103分和106分。试桩T2搅拌喷浆次数不变，水泥掺量降低3%，评分结果显著下降，只有91分和89分。试桩T3水泥掺量降低3%，增加搅拌次数，评分结果有所下降，分别为95 分和93分。试桩T4水泥掺量增加3%，搅拌喷浆次数不变，强度代表值和取芯率均有明显提高。试桩T5水泥掺量提高和搅拌次数都增加，强度代表值和取芯率显著提高。通过以上研究结果表明，水泥搅拌桩施工过程中水泥与土是否搅拌均匀这一环节至关重要，有时还比单纯增加水泥掺量更加有利，施工中应尤其注意。

5 结束语

钻芯法是水泥搅拌桩质量检验中的重要方法，不仅效率高，而且能准确反映桩体完整性、桩长、搅拌均匀性、结构连续性、持力层性状等方面的情况。钻芯法涉及到的作业内容多，过程中需要试验人员严格按照钻芯法规范进行操作，取出的芯样才具有完整性和代表性。施工过程中，同时也可结合单桩抗压静载荷和复合地基静载荷试验检验桩身的承载力，最后才能对水泥搅拌桩的质量做出准确的、全面的评价分析。