近几年,在处理淤泥、淤泥质土、粉土、粉质粘土等软弱地基时,经常采用深层搅拌桩进行复合地基加固处理。深层搅拌桩是一种加固软土地基的新方法,是用水泥及少量添加剂就地与地基土体充分混合而成的“水泥土桩”,其对施工工艺要求较高,掌握不好容易出现质量问题。常见的有水泥与土混合搅拌不均匀而导致局部水泥量少或无水泥;由于深层搅拌桩施工速度快,且属隐蔽性施工,不易监控,个别施工单位偷工减料,致使桩长不够;同时,由于固结速度较慢,上部施工截桩头时用力过猛,易使浅部桩身断裂。上述质量问题对复合地基承载力均有较大影响。
由于深层搅拌桩成桩工艺的特殊性,其施工质量及处理效果受到人们的普遍关注。规范规定的质量检测方法有开挖检查、钻孔取芯、标准贯入及静载试验等,但上述方法投入大,效率低,特别的桩身完整性检验针对性较差。近几年,在桩基检测实践中,采用低应变
反射波对深层搅拌桩进行桩身完整性检测,取得了较好的效果。以下就“水泥土桩”低应变反射波可行性测试条件及测试方法作一说明。
一、“水泥土桩”用动测方法进行完整性检测的可行性
水泥搅拌桩是将水泥固化剂(浆体或粉体)就地与软土充分搅拌而成,是水泥与土的硬化体,与土不同,属于有结构性的介质材料。结构的强弱与水泥的掺入比有关。在一定条件下,搅拌桩桩体可视为或近似为弹性体,其弹性模量与弹性波传播速度具有相关关系。
大量室内试验和现场取芯试验成果表明,水泥搅拌桩桩体介质与混凝土类似,其声波波速与强度的对应关系大致相同,其应力、应变关系也有一个线性段。在满足一定条件(例如龄期大于一个月,掺入比大于8%等)的情况下,可将水泥搅拌桩看作或近似看作弹性材料,应力波在其中的传播特性可描述为介质的连续性等性质。
大量的室内无侧限抗压强度试验及有关文献表明,当水泥搅拌桩达到30d龄期后,其桩身强度可达(1-n)Mpa,外观十分坚硬,其抗压强度远大于桩周土,显然,水泥搅拌桩的波阻抗远大于桩周土波阻抗。
因此,弹性波在搅拌桩介质及边界面上的反射与透明规律,在一定条件下可作为对其完整性判定的依据。另一方面,弹性波在搅拌中的传播速度与其介质抗压强度之间有着很强的相关关系,可以将波速作为测定搅拌水泥土强度的物理量。
显然,水泥搅拌桩满足反射波法基桩完整性检测所依托的基本理论为一维弹性中应力波(纵波或弹性波)波动理论:
(1)桩长远大于桩径。
(2)龄期一般大于30d,桩体介质连续基本呈弹性关系。
(3)桩体介质的波阻抗与桩周土波阻抗有明显异常。
基于以上分析,反射波法用于水泥搅拌桩质量检测在理论上有依据,实践上切实可行。
二、水泥搅拌桩测试条件
(1)水泥搅拌桩具有一定强度的情况下,才具有浅弹性特性,实践和资料证明,龄期在±30d能满足强度要求。
(2)桩长远大于桩径,即500mm桩径的桩桩长要不小于5m。
也就是说桩长大于5m,龄期在30d左右的水泥搅拌桩在理论上满足低应变反射波法检测要求。
三、测试方法
与混凝土相比,应力波在水泥土中传播时介质吸取产生的衰减较大。为了得到良好的检测效果,应当注意桩头处理、传感器的选择和安放位置、振源选择等问题。
桩头处理:由于成桩时上部压实不够,搅拌桩桩头通常比较松散、粗糙、不平整,桩头应予凿 除,并平整、清洁。
传感器安放:传感器安放点应避开疏松处,保证应力波接收质量。
振源选择:选择合适的振源,使激励击发脉冲具有最佳指向性和穿透能力。理论和实践说明,力锤所产生的瞬时冲击,其频谱宽度包括 桩--土体系振动响应频段,并能提供足够能量激励起检测对象。
反射波法是工程界应用广泛的桩基检测的较好方法,对满足一定条件的水泥搅拌桩进行反射波检测,可满足工程的大面积质量检测,其特点是快捷、高效、经济、无损伤,且保证足够的精度。