上海交通建设总承包有限公司 200120
摘要：水泥土混合桩的设计标准与现场环境互动较大，导致成桩质量处于不稳定的状态。为保证隐蔽工程处理的效果，使水泥土混合桩管理全过程达到规范化、科学化，本文从质量评判流程着手，集合各行业中各种工艺的质量检测方案进行总结归纳，以达到引导一线人员认真学习技术规范，不断梳理总结质量控制成因的目的。
关键词：水泥土混合桩；质量评判；技术规范；控制成因
前言
成品质量检测在工程质量管理中必不可少，它的成果对指导施工有着关键作用，疏浚研发中心项目在地下结构隐蔽工程中采用了多种工艺，如水下砼灌注桩、PHC预制管桩、泥土混合桩，这些施工工艺不仅在水工行业运用较多，在公路市政建筑的基础处理中也是普遍存在。
水泥土混合桩是一种应用较广泛的地基加固方法，根据水泥水化的化学机理，其施工工艺主要有三种：第一种，先在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和，待其固化后，使地基土的物理力学性能得到加强；第二种，采用压缩空气把干燥，松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和，利用地基土中的孔隙水进行水化反应后，再行固结，达到改良地基的目的；第三种，利用高压射流装置喷出水泥浆液，土体被高压剥离后充分和射出的浆液混合而形成柱状（旋喷）圆断面桩。而我们在施工中会接触不同的说法，如粉喷桩、湿喷桩、高压旋喷桩等，只是施工采用的方式不同，可以统称为水泥土混合桩。
由于水泥土混合桩的设计标准与现场环境互动较大，导致成桩质量处于不稳定的状态，一直是质量检测的重点工序，关于水泥土成桩质量检测主要有开挖检查、取芯、标准贯入试验、静载试验等方法，开挖检查与取芯法的结果能够全面地落实质量评判工作，有利于起到指导施工改进工艺的结果，而开挖法受限制条件较多，不具备操作性，实际运用中以取芯法为主。
本文从取芯法质量评判着手，意在引起一线施工人员的质量意识，熟悉质量检测流程，从而对现场工序质量控制有着全新的认识和抓手。
1、工程概况
国家疏浚研究中心位于上海浦东新区，由疏浚过程与设备试验平台、多功能疏浚机具波浪水槽试验平台、泥舱模型试验平台及附属水库、等公用设施组成。平台分为两个部分分布，疏浚过程与设备试验平台、多功能疏浚机具波浪水槽试验平台及沉淀池储料池分布于基坑二中，泥舱模型试验平台及附属水库分布于基坑一中。
基坑一面积约为770 m2，围护总长度约130m，基坑施工中需保证临近的办公楼不受影响。基坑二面积约为6100 m2，围护总长度约360m，施工中需保证临近的厂房不受影响。本工程基坑的开挖深度5.2m。基坑一采用钢板桩围护，基坑一与两处箱涵接口围护采用高压旋喷桩结构，基坑二围护采用灌注桩+双轴搅拌桩（湿喷桩工艺）结构，主要利用了水泥土混合桩中的高压旋喷桩有较强的防渗性能、湿喷桩有防渗+土质加固性能，工程中高压旋喷桩设计数量48根、单长8米、设计水泥用量20%，双轴搅拌桩设计数量404幅、单长13米、设计水泥用量13%。
2、评判原则
2.1基本要求：评判工作必须认真、负责、公正、及时，做到过程规范、资料真实、评判准确、数据可靠。可分为三方面落实，一是现场工作(包括现场取芯和标准贯入试验)；二是室内工作；三是质量评判。
2.2参考依据：《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001 2009版）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）、《市政地下工程施工质量验收规范》（DG∕TJ08-236-2006）、《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）等
3、现场工作
3.1检测桩的确定
检测桩的成桩龄期一般应达到28天。在特殊情况下，施工单位可申请进行14天龄期的检测，经业主机构批准后进行检测。龄期小于28天的桩，所测强度值不换算为28天龄期强度，直接采用实测强度进行桩体质量判定。（根据施工单位及监理单位提供的桩位图和施工记录等资料，随机选定检测桩，任何单位和个人不得干预）
3.2钻探及取样
⑴检测孔位布置在水泥搅拌桩桩头，并偏离中心100mm左右。钻进采用直径91mm或108mm钻头。
⑵用芯样管回转钻进方法，严格控制回次进尺，每回次不超过1.5m，要采取正确的钻探及取样方法，尽量保持芯样的连续完整性，使芯样采取率能大于等于60%，使质量评判有可靠的依据。
⑶当孔底有残留芯样或浮泥时，要进行清孔，保证标贯试验顺利进行。孔内残留浮土厚度应不大于取土器废土段长度。
⑷芯样取出后，依次摆放整齐，及时填写回次芯样牌，一般每回次均应选取有代表性芯样样品进行无侧限抗压强度检测，如芯样不成型，无法取得样品时，应在记录表内说明。芯样应及时密封保存，保证天然含水量和原状结构，送交试验室做无侧限抗压强度试验。
⑸桩长较短时，每根桩至少应取三个芯样(上、中、下)。
⑹遇加固效果较差土层时，可采用取土器取样，但应注意优先采用静压方式，下放提升取土器过程必须平稳，避免戳坏孔壁引起土样扰动。
⑺原状芯样必须立即进行芯样描述并编号，必须注明时间、地点、检测孔号、深度、取样人姓名等。每根桩钻探完成后，对所取芯样进行拍照。
⑻芯样描述内容：外观特征、气味、密实程度、均匀性、含灰量、硬度和状态等。
⑼桩体分层以回次为基础。现场记录人员根据桩体土质变化情况提出评分过程中桩体分层的建议，每层应至少具有芯样描述、标准贯入试验的资料。
⑽钻进深度应超过施工桩长0.5m，并取出桩底土样进行描述记录，据此确定实际桩长和端承情况。
⑾芯样应在3天内送现场或室内试验室，进行抗压强度试验。搬运和送样时应采取措施防止试样受到扰动和挤压。
3.3标准贯入试验
取芯后应立即进行标准贯入试验。沿桩体深度方向每隔1.5m进行一次标准贯入试验。当标贯击数<10击时，应减小回次进尺，增加取芯。
⑴为了保证标准贯入试验用钻孔的质量，要求采用回转钻进，当钻进至试验标高以上150mm 处，应停止钻进，清除孔底残土。
⑵下钻具时缓慢下放，避免松动孔底土。
（3）标准贯入试验所用的钻杆应定期检查，钻杆相对弯曲应小于1/1000，接头应牢固，防止受锤击后钻杆侧向晃动。
（4）标准贯入试验应采用自动脱钩的自由落锤法，并减少导向杆与锤间的摩阻力，以保持锤击能量恒定。
（5）标准贯入试验时，先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底。标贯试验分两段进行：预打阶段（先将贯入器打入土中150mm，如锤击已达30击，贯入度未达150mm，记录实际贯入度）与试验阶段（将贯入器再入土300mm，记录每打入100mm的锤击数，累计打入300mm的锤击数即为标准贯入击数。当累计击数已达30击，而贯入度未达300mm，应终止试验，记录实际贯入度△S及累计锤击n，按下式计算贯入300mm的锤击数N）
N=300n/△S，△S——对应锤击数n的贯入度(mm)。
（6）提出贯入器，取贯入器的土样进行签别，描述记录。
3.4芯样描述
现场技术人员要通过钻进过程和标准贯入试验判断桩身强度及桩体连续性，同时观察标贯器中水泥土混合的均匀程度、成桩状态以及端承情况，并判断桩长。描述内容包括：
芯样性质（土/水泥土/水泥）、颜色（灰色/灰黑色/黄色等）、状态（流塑/软塑/可塑/硬塑/坚硬）、搅拌均匀性(分级标准见表1)
4、室内工作
4.1开样切样
开样前检查芯样密封情况，标签完整、标签字迹清楚情况。开样时不得撕坏标签。切样时两端面应平整，试样两端面不平整度误差不得大于0.5mm。两端面应垂直于试样轴线，最大偏差不得大于1°。试件高度与直径之比宜为1.0-2.0(根据试样软硬程度作适当调整)。
记录人详细记录原始标签上的如下内容：工程名称、标段里程号、试样野外编号、芯样 采集深度、采样日期、芯样状态(坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑)。在准备过程中应确保试样含水量无变化。
4.2试验
将试件置于试验机承压板中心，调整球形座使试件两端面均匀接触。以每秒0.2～0.5MPa的速度加荷(对软弱土样可适当降低加荷速度)，直至试样破坏，记录破坏荷载，精确到0.1N。有条件时应尽可能在现场进行试验，以免运输过程中对芯样强度造成影响。
4.3成果整理
1）计算试件无侧限抗压强度：R=P/A
R——试件无侧限抗压强度(MPa)。
P——试件破坏荷载(N)。
A——试件截面积(mm2)
2）针对试件的高径比，对试样的无侧限抗压强度进行修正。
R’=R×a
式中R’—修正后的无侧限抗压强度值(MPa)。
R——试验测得的无侧限抗压强度值(MPa)。
a——修正系数
5.2水泥土混合桩施工质量的具体要求
1）施工记录齐全，记录正确。
2）桩距、桩径、水泥掺入量、桩长、倾斜度等指标达到设计和规范要求，否则判定为不合格桩。
3）沿深度方向0.3m长度范围内桩身水泥含量过少，且芯样为软～流塑状态的软土或松散砂土时，判定该桩为断桩，属不合格桩。
4）实测桩长比施工桩长(施工、监理单位在附表3中确认的长度)短0.5m以上时，判定该桩为短桩，属不合格桩。
5）加固淤泥质粘土时，当标贯击数小于4击，且芯样无侧限抗压强度R<0.03MPa，或无法取得芯样，则判定为不合格桩。
6）检测过程应对原状土进行适当勘测，取得原状土的标贯击数、芯样无侧限抗压强度，若桩身某层土平均标贯击数低于相应软土层平均标贯击数的1.5倍时可判为不合格桩。
5.3水泥土混合桩钻孔取芯、标贯质量评分标准
1）评分标准
根据芯样的硬度或状态、无侧限抗压强度和标准贯入击数，按以下原则以及表3和表4的规定对每层的各个指标分别计分。
⑴上、下部以5米划分：桩长在5米以内的，全桩均按上部标准评判；桩长大于5米的，0～5 米范围按上部标准评判，5米以下部分按下部标准评判。
⑵标贯击数、无侧限抗压强度得分按照线性内插。
⑶当硬度或状态描述为两种状态之间时，取中值。
2）计分方法
⑴计算各层得分时，标贯击数按70%计，无侧限抗压强度按15%计，硬度或状态描述按15%计 。
⑵当某层缺无侧限抗压强度的检测数据时，则不计该检测项目，按标贯击数80%、硬度或状态描述20%计算该层分数。
⑶根据各层得分，采用层厚加权平均分别得出上、下部得分。
⑷上、下部的平均值为该桩综合得分。
3）总体评价
⑴上部应达到75分以上，下部应达到60分以上，否则判为不合格桩。
⑵各检测桩根据综合得分按以下标准分为四级：100-90分为优，89-80分为良，79-67.5分为合格，<67.5分为不合格。
5.4不合格桩的处理办法
1)判定
对于一个工点，一次抽检的合格率如大于90%，则该工点检测结果为合格。对于抽检的不合格桩，按一根补十根的要求，在不合格桩周围均匀补打。
一次抽检合格率如低于90%（含90%），大于60%，则在每一根不合格桩周围随机选取两根进行增检，如果增检的桩全部合格，则该工点检测结果为合格。对于抽检的不合格桩，按一根补十根的要求，在不合格桩周围均匀补打。如果增检的桩有一根不合格，则该工点检测结果为不合格。
一次抽检合格率如低于60%（含60%），则该工点检测结果为不合格。
2)补桩
判定为不合格的工点应进行补桩。补桩数按如下公式计算：
补桩数=总根数×抽检的不合格桩数/抽检的总桩数
补桩时要求重新绘制该工点的补桩布置图，合理布设补桩位置。
6、结论
水泥土混合桩通过特制的机械在地基深部就地将软土和固化剂混合在一起，使软土硬结而改善土质力学性能。近几年中随着城镇化进程的推进，水泥土混合桩的改良土质、防渗止水、成本低工期短的优越性能被人们所关注，已经作为城市建筑物基础处理和地下结构防护的重要力量，应用前景十分广阔。
笔者以水泥土混合桩取芯检测方案为例，汇总各类规范标准的上限指标形成检测工艺样本，以此作为水泥土混合桩质量控制的理论基础，期望技术管理人员在水泥土混合桩作业过程中，对于如何实施有效的质量管理工作作出客观公正准确的分析。疏浚研发中心项目管理人员将水泥土混合桩检测理论与施工实践相结合，水泥土混合桩质量按此质量评判方法执行后均为优良桩(优率77%、良率23%），得到了业主监理及检测单位的一致好评。
参考文献：
[1]陈凡 徐天平等，建筑基桩检测试验规范.北京；中国建筑工业出版社，2003：32-34；
作者简介：杨生朋（1981－）男，工程师，主要从事公路桥梁工程、市政建筑工程管理工作。
论文作者:杨生朋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/15
标签：抗压强度论文; 水泥论文; 不合格论文; 标准论文; 基坑论文; 试样论文; 质量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;