软土地基处理施工质量检测方法研究定稿.docx

1、软土地基处理施工质量检测方法研究定稿搅拌桩、砂桩处理软基检测方法研究技 术 报 告前 言我试验中心于2003年承担了软基处理试验段关于搅拌桩和砂桩质量试验检测方法的研究工作，本次试验研究同时采用了钻芯取样、静力触探、轻型动力触探、无侧限抗压强度试验、低应变、载荷试验、标贯等方法。通过对不同试验方法检测结果的统计分析研究，提出了软土地基处理不同检测方法的相关性，对于今后用于软基处理检测应用，具有积极的指导作用。本试验段工程地质概况：工程所在地区属亚热带海洋性季风气候。年平均降雨量1440mm左右，年平均气温14.516.3，全年以东南风为主，最大风力12级。属第四系全新统冲湖积层。地层分布自上而

2、下依次为： 黏土，灰黄色，软硬塑，层厚2.33.0m； 淤泥质粉质黏土，深灰色，流塑，含少量腐植物，局部夹有薄层粉砂，具有高压缩性、低强度、高触变性的特点，层厚2.54.2m；-3黏土，灰黄色，硬塑，层厚3.05.2m；-4粉土，褐黄色，软塑，层厚4.25.7m；-5粉质黏土夹薄层粉砂，软塑，层厚6.210.1m。根据地质钻探资料，各土层物理、力学特性指标如表1-1。该地区地震动峰值加速度0.05g。本试验段地基加固措施：本试验段地基处理分别采用了浆喷搅拌桩、粉喷搅拌桩和砂桩等地基加固措施（见表1-2）。表1-2 软基加固措施一览表地基加固类型间 距（m）深度（m）附注路肩边坡浆喷桩1.01.

3、217.518桩径0.5m，1.21.416.517.5粉喷桩1.21.414.516.5砂 桩2.015.0桩径0.4m,梅花形布置25.5桩径0.4m, 梅花形布置, 第一章 资料调研1.1粘性土地基加固机理和作用1、 搅拌桩作用机理水泥搅拌桩主要是置换作用。通过专用机械，在地基深层就地将水泥与原位土强制拌和，通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、炭酸化反应以及硬凝反应等一系列物理化学作用，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。水泥加固土的强度取决于被加固土的性质（含水量、有机质及烧失量等）和加固所使用的水泥品种、标号、掺入量以及外加剂等。根据其加固机

4、理，对软土地基路基工程来说，具有下述四方面的作用：桩体作用、垫层作用、挤密作用、加筋作用2、 砂桩作用机理砂桩主要有两个作用：置换作用和排水作用。国内经验验证，砂桩处理后的软弱黏性土地基在荷载作用下仍会发生较大的沉降，软弱黏性土的渗透性小，灵敏度大，成桩过程中土内产生的超孔隙水压力不能迅速消散，相反，却又破坏了地基土的天然结构，使土的抗剪强度降低，常需进行预压使较大的沉降预先完成。1.2 检测仪器调研与选型1、钻芯取样及标贯试验搅拌桩钻芯取样采用机械为地质钻机，钻头材质为金钢石、硬质合金钢，取芯管一般采用89mm、108mm两种型号。钻芯取样检测通过芯样的颜色、气味、手感硬度直观反映桩体的均匀

5、性，结合室内试验分析芯样的无侧限抗压强度、水泥土成份等指标。标准贯入试验设备主要有标准贯入器、触探杆、穿心锤、锤垫四部分组成。触探杆为直径42mm的金属管, 标贯锤重63.5Kg，锤垫外径100140mm并附有导向杆，锤垫和导向杆质量和不宜大于30Kg。利用标贯锤贯入30cm记录锤击数，一般每隔1m标贯一次。通过杆长、地下水位修正，计算土的标贯试验击数标准值，确定地基承载力。2、静力触探仪静力触探仪主要由加压装置、反力装置、探杆、探头、深度探测机构和量测记录系统组成，类型有单桥、双桥。静力触探试验用静力将探头压入土层中，利用探头内的阻力传感器，通过电子量测仪器将探头进入土中的贯入阻力反映和记录

6、下来，贯入阻力的大小与土层的性质有关，通过贯入阻力的变化情况，达到了解土层的工程性质的目的。3、动力触探仪动力触探仪主要由圆锥头、触探杆、穿心锤三部分组成，类型有轻型N10、中型N28、重型N63.5、超重型N120(即圆锥动力触探)。利用一定的落锤能量，将一定尺寸、定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度(贯入度)来确定土的性质的一种现场测试方法。应用动力触探可以定性地划分不同性质的土层和定量地确定土的物理力学性质。轻便动力触探仪触探杆用直径25mm的金属管，每根长1.0m,穿心锤重10Kg。通过搅拌桩的轻型动力触探，判定桩身4m范围之内桩的强度，通过取样器取水泥土样进一步判定桩头一定范围内

7、的成桩情况及搅拌桩的水泥大体用量和土层的颜色等一些表观现象。4、开挖检查及足尺qu检测足尺开挖可以目测检测桩体搅拌均匀性、直径；无侧限抗压强度试验，按下列步骤计算按下式计算试样平均断面积：Aa=Ao/(1-)，1=h/ho，Aa：校正后试样面积 Ao：试验前的试样面积1：轴向应变。按下式计算无侧限抗压强度 qu=N/Aa； 5、桩的动力测试验证桩身的结构完整性，即有无离析、断裂、蜂窝、桩径变化等缺陷，并推断所在位置和严重程度；预估单桩承载力。按激振方法分：稳态、瞬间、随机激振；按桩身与周围土的相对位移量分大应变法（预估承载力）、低应变法（桩身完整性）。6、竖向静载试验载荷试验能直观、综合反映水

8、泥搅拌桩处理软土地基的效果，在搅拌桩检验中得到大量的应用。沉降观测用百分表或位移传感器，人工记录或全自动检测，用千斤顶加压。表1-1 本试验段主要仪器设备检测方法仪器名称备注钻芯取样钻芯取样设备XY-1型钻机，钻头=89mm、=108mm静力触探静力触探仪15t液压式静力触探设备，探头为双桥探头锥尖面积：10cm2，侧壁面积：200cm2。自动采集仪JYC-3型自动采集仪， 轻便动力触探轻便动力触探仪N10低应变无损检测基桩无损检测仪PIT-（美国）频响22KHz（-3dB） 线形频率范围5-4000Hz，量程100g，分辨率为 0.004g）标准贯入试验标贯设备N63.5静载试验静载试验设备

9、人工观测记录第二章 软土地基处理质量检测技术要点2.1搅拌桩钻探取芯试验检测2.1.1检测内容1、检测搅拌桩连续性、桩身水泥含量、水泥土均匀程度检测。2、全桩长取芯试样室内无侧限抗压强度试验、抗剪强度试验、压缩试验。2.1.2取芯检测技术要点1、钻机就位首先将被测桩桩头的水平圆周面用铁铲剥离出来，然后钻机平稳地放置在钻头之上，利用水平尺从四个方向标定立轴水平，孔口、立轴、天车保持三点一线，最后使钻头在桩顶四分之一半径处相接触。要点是钻机场地要整平碾实，钻机稳固,确保钻机稳定、钻杆垂直，从钻探工艺上完善，避免对桩体产生破坏，保证芯样采取率及完整性。 2、芯样钻取首先根据水泥桩不同龄期（不同水泥掺

10、量）估计芯样的软硬程度，选择立轴的转动速度，芯样越硬转速越高。一般钻机立轴转速有61、163、338、654转/分，无侧限抗压强度在0.5-2.0MPa范围内的桩体常选用338转/分；钻进前先启动泥浆泵进行供水，后开动钻机。水钻结合干钻进行取芯，芯样强度低水钻无法提取完整芯样时，可停泵干钻。3、提取芯样在芯样长度接近取样筒长度时，先切断水源、主轴转速调到低档（约63转/min）、油压泵给一定压力，下钻10-20cm，使芯样被挤碎烧干后将取样筒下口封住（保证在提起钻杆时芯样不从取样筒脱落出来），再提起钻头。钻头提出后水平放置，利用泥浆泵水压（可调节）冲出芯样，并用木锤轻轻击打钻头边缘，使芯样完整

11、取出。芯样按钻探深度顺序摆放，芯样力求完好、整齐、有序，送往试验室的芯样要防水保湿。4、芯样描述现场描述要尽量详细（取芯率、色泽变化、夹泥状况、手感硬度、破碎程度、搅拌均匀性及异常情况等），措辞恰当，力求第一手资料完整准确。2.1.3芯样室内强度试验技术要点1、芯样加工对现场取回的芯样进行修整，保证样品直径与高度相同，在修整过程中除个别处进行修补外，不得破坏芯样的原始密实度和含水量，剪切、固结试件加工按照铁路土工试验规程TBJ102-96中剪切、固结试验所要求的试件加工方法进行芯样的加工。2、芯样尺寸量取用游标卡尺量取试件的直径和高度，直径在试件的两端各量一次、中间相垂直的方向各量一次，以4个

12、数的平均值作为该试样的直径大小，高度在端面垂直的方向量2个值，以2个数的平均值作为该试样的高度大小。3、强度试验参照水泥土室内配比无侧限抗压强度试验方法及铁路土工试验规程TBJ102-96中剪切、固结试验试验方法进行试验，并对芯样破坏后进行描述（与钻芯取样描述的项目相同）。以破坏的最大压力除以试件的横截面积作为该试件的无侧限抗压强度，固结、剪切试验结果按试验规程进行。2.2 搅拌桩及砂桩静力触探试验检测2.2.1 检测内容1、桩长、桩体连续性、均匀程度检测；粉喷桩及浆喷桩分别进行3d、5d、7d龄期的检测，砂桩在施工完未固结时检测。2.2.2 静力触探检测技术要点1、确定检测孔位当附近有其它勘

13、探孔时，应将触探孔布置在距原勘探孔30倍探头直径以外的范围。搅拌桩检测孔位在桩径1/4处，砂桩检测孔位在桩径2/3处。2、组装及调平设置反力装置，安装好压入和量测设备，使用水准尺校准调平机座，贯入支架必须与地面垂直并与反力装置锁定。3、数据采集探头贯入土中50-100cm，然后提升5-10cm，进行锥尖调零和侧壁调零，地面以上1-6m，每贯入1-2m提升探头5-10cm记录调零。每分钟0.8-1.2m(20mm/s)的速度匀速贯入，每隔10cm记录仪自动采集数据一次。贯入过程中，一般每隔2m或贯入读数变化较大时，提升探杆约5-10cm,测定探头不受力时进行仪器调零，每贯入3-4m校核一次。贯入

14、过程中发生异常，如地锚拔起、探杆打滑、仪表读数很小而手摇份量很大或相反、贯入砂层或碰到石头等情况，应记录说明并排查问题。4、终止试验当贯入到预定深度或出现下列情况之一时，可终止试验：触探机的负荷达到额定荷载的120%时。探头贯入阻力达到额定荷载的120%时，探杆螺纹部分的应力超过允许强度时。反力装置失效时。5、注意事项防止强烈撞击检测仪器。角机转动轮严禁倒转。探头与探杆连接时，转动探杆拧紧，切勿转动探头，以免电缆断裂。检查连接电缆是否漏水，打开数据采集仪开关，检查仪表是否正常，检查探头外套及锥头是否灵活。数据采集前，确认仪器工作是否正常，内存是否满足要求，所需参数是否正确输入，特别要检查率定系

15、数是否正确。因地表与地下温度差别较大，探头存在温漂，根据以前的试验总结，一般在地表6m范围内，温差较大，6m以下地温较稳定。具体到静探试验中，要求6m以内，1-2m调一次零，6m以下，可根据异常点情况进行调零。分析时要剔除个别异常值。2.3 搅拌桩轻便动力触探（N10）及取样试验检测2.3.1检测内容1、采用附带的勺钻取样检查桩芯水泥含量、均匀程度2、通过击数N10确定桩顶下4m范围内桩身强度，检测频度每1次/0.3m2.3.2轻型动力触探检测技术要点1、对所需试验水泥土层连续进行触探.试验时，从测试土层的顶层，对该土层连续贯入,贯入时穿心锤落距为50cm,使其自由下落，使探头竖直打入土层中,

16、每打入土层30cm的锤击数即为N10。2、描述土层的情况时，将触探杆拔出，取下探头。换取轻便钻头，进行取样。3、注意事项试验仅适用于贯入深度在4m范围之内.当贯入30cm的击数超过90击或贯入15cm超过45击时，可停止作业，针对搅拌桩触探可根据具体情况，进行操作并详细记录现场问题。动力触探机具必须稳固，在作业中支架不得偏移。动力触探作业前必须对机具设备进行检查，确认正常后方可使用.如见磨损及变形超过以下规定者，应予以修复或更换。a、径磨损不得大于2mm，端尖高度磨损不得大于5mm。b、每节探杆非直线偏差不得大于0.6%。c、所有部件连接处丝扣应完好，连接紧固。2.4 搅拌桩开挖检查及足尺qu

17、试验检测2.4.1检测内容1、检查桩体直径、搅拌均匀程度。2、对桩顶上部桩体（0.5m、1.0m、1.5m）进行现场足尺无侧限抗压强度试验，并与钻芯取样的无侧限抗压强度试验进行比较（龄期为28d）。2.4.2开挖检查及足尺qu试验技术要点1、试样选取及加工在施工桩中任选龄期为28d的浆喷桩和粉喷桩。在选定桩停灰面以下（约0.5m、1.0m、1.5m）处依次各采取一个试样，浆、粉喷桩在淤泥质粘土层内成桩质量是关键，为了保证在该层内的足尺无侧限抗压强度与室内试验进行对比分析（室内试验土样取在淤泥质粘土层内），具体采样方法为：先将桩体一侧剥离至淤泥质粘土层内1-2m，然后用挖机依次分断取样（每段长约

18、70100cm），保证最后一段样全部处在淤泥质粘土层内。对开挖出的芯样进行直径和端面修整，试件上、下两面用水泥砂浆抺平，并尽量保证平行，水泥砂浆凝固后（约8h）方可进行足尺抗压试样，试验前应保持试件的含水量，采用塑料薄膜包覆。 2、桩体搅拌均匀性、直径检查首先目测外观，进行详细描述，并作好记录，然后用皮尺进行桩体直径检查，每个试样在上中下各量2次（中间量周长后换算为直径），取其平均值作为该试样桩体直径。3、试样无侧限抗压强度试验用两块大于试样尺寸的钢板作为上下承压板，下压板（约1201202cm）置于150150150cm，C25现浇钢筋砼基座上，上压板（606020cm）直接放在试样上，试样

19、两端用细砂找平，以确保接触良好，千斤顶置于上压板与反力架之间，3只百分表相隔120角均匀安放在试样周围；先施加0.5MPa左右的预载荷，观察百分表走向，若出现振颤、反转等现象，应查明原因并消除不合理因素，最后解除预载荷，调整百分表读数至2040mm范围内，开始试验。用千斤顶手柄控制施压过程，先估计最大破坏荷载，并据此平均分成510级加压。加载级差根据桩体预计强度确定，一般应在0.51MPa范围内。根据有关规范和部分国内外相关研究资料及现场实际情况，采用快速加载法。待变形稳定（上下压板间垂直间距的变化速率小于0.5mm/min）后加下一级荷载直到试件破坏，记录每级荷载下的垂直变形量和压力表数值（

20、压力表数值与压力值对应关系由计量部门出据的千斤顶方程确定）。终止试验的条件：桩体呈脆性破坏、加载时压力不上升、百分表读数不稳定。所用千斤顶、百分表等装置均应经计量部门的检定，试件上下平面须平行，必要时使用加荷扁球。2.5 搅拌桩低应变动测法检验2.5.1 检测内容研究波反射信息及波速判定桩体长度、连续性、桩截面变化、水泥土均匀性、桩体强度的对应关系及可靠性。粉喷桩及浆喷桩分别进行7d及28d龄期检测。2.5.2 搅拌桩低应变动测技术要点低应变动测包括现场搅拌桩桩头表面处理、现场信号采集、室内检测信号分析及检测结论。1、现场处理：人工挖出被检测桩，清理出桩头轮廓，打磨水平检测区域，桩检测点布置如

21、图21。 图21 搅拌桩检测点布置2、现场检测：传感器用黄油作耦合剂粘结搅拌桩表面，搅拌桩表面细心打磨水平光滑，粘结要紧密，粘结层要薄。激发点要水平。激振用力均匀，激振锤竖直起落。尽可能避免桩侧周壁信号干扰。3、用于本试验段主要检测仪器：Pile Integrity TesterTM(P.I.T)Collector （美国PDA）； Serial Number:2324高灵敏度加速度传感器 （美国PDA）；Serial Number:17432Software for Pile Integrity Tester(Pentium 1G笔记本电脑)2.6 搅拌桩及砂桩复合地基静载试验2.6.1试验

22、内容采用模拟柔性基础工作性状的复合地基试验方法（采用碎石垫层及砂垫层）与常规方法进行对比试验，对两种方法的检验效果进行评价。2.6.2 复合地基静载试验技术要点1、复合地基平板静载试验试验方法试验采用堆载反力梁装置，按慢速维持荷载法逐级加压，规范执行建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）附录A 复合地基载荷试验要点。a.加、卸载与沉降观测加荷等级分为10级，每级加载前后各测读一次，以后每隔30min读一次。在一小时内小于0.1mm时可视为稳定，即可加下一级。b.终止加荷条件：出现下列现象之一时可终止加荷： 沉降急骤增大、土被挤出或压板周围出现明显的裂缝； 累计沉降量已大于压板宽度或直径的

23、6%； 当达不到极限荷载，而最大加载力已大于设计要求压力的2倍。c.卸载观测：卸载级数为加载级数的一半，等量进行，每卸一级，间隔半小时，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。复合地基承载力特征值的确定：a.当Q-s曲线上极限荷载能确定，且其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限； 当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半； b.当Q-s曲线为平缓光滑的曲线时，按相对变形确定：取s/d=0.006所对应的荷载。 2、单桩竖向静载荷试验试验方法试验采用堆载反力梁装置，按慢速维持荷载法逐级加压，规范执行建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）附录Q。a.加、卸载与

24、沉降观测每级加载为预估极限荷载的1/10，每级加载后，每第5、10、15min时各测读一次，以后每隔15min读一次，累计一小时后每隔半小时读一次；在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定。b.终止加荷条件：符合下列条件之一时可终止加荷：当荷载沉降（Q-s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm； sn+1/sn2，且经24小时未达到稳定； 结合其它条件综合判定。c.卸载观测：每级卸载值为加载值的两倍。卸载后隔15min测读一次，读两次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸完后，隔34小时再测读一次。单桩竖向极限承载力的确定： a.

25、作荷载沉降（Q-s）曲线和其他辅助分析所需的曲线；b.当陡降段明显时，取相应陡降段起点的荷载值； c.当试验做到破坏时，取破坏前一级荷载值； d.Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值。3、成果整理对于单桩竖向静载荷试验绘制出Q-s、s-lgt、s-lgQ等曲线，提供单桩竖向极限承载力；对于复合地基平板载荷试验绘制出p-s、s-lgt、s-lgp等曲线，提供复合地基承载力特征值。参加统计的试桩当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向极限承载力或复合地基承载力特征值。 2.7 搅拌桩标准贯入试验检测2.7.1检测内容1、评定搅拌桩承载力,判定水泥土均匀程度

26、。2.7.2 标准贯入试验检测技术要点先用钻具钻至试验土层标高15cm清除残土，避免试验土层被扰动。试验前，应拧紧探杆接头，将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度。孔内宜加导向器，保证穿心锤中心施力。将贯入器竖直打入土层中15cm后，应以小于30击的锤击频率开始记录每打入10cm的击数，累计打入30cm的击数，定为实测击数N。拔出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别，描述记录。4、注意事项试验前必须对所用仪器进行校正。在试验时，先打入15cm不计击数，继续贯入30cm记录锤击数。若砂土比较密实，贯入击数较大时，也可记录小于30cm的锤击数，这时需换算成贯入30cm

27、的锤击数N63.5。在试验时，一般可每隔1m进行一次试验。在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时，可用泥浆或套管护壁。第三章 搅拌桩质量检验方法研究3.1 搅拌桩质量检验基本要求搅拌桩检测包括桩体深度、桩径大小、桩体搅拌均匀程度、桩体连续性、桩体水泥土强度及均匀性等方面。检测方法及数量见表3-1。表3-1 搅拌桩各检测方法及数量表检测方法浆喷桩(根)粉喷桩(根)主要试验方法及目的钻探取芯及qu室内试验40401.桩长、桩体连续性、桩身水泥含量、水泥土均匀程度2.试块室内无侧限抗压强度试验、抗剪强度试验静力触探50501.桩长、桩体连续性、桩体水泥土均匀程度检测；2.桩体强度检测轻便触探（N10）

28、及取样50501.取样检查桩芯水泥含量、均匀程度2.通过击数N10确定桩身强度，检测频度每1m一次开挖检查及足尺qu试验221.检查桩体直径、搅拌均匀程度；2.对桩顶桩体(0.5m,1.0m,1.5m)进行足尺无侧限抗压试验小应变动测法5050研究波反射信息及波速判定桩体长度、连续性、桩截面变化、水泥土均匀性、桩体强度的对应关系及可靠性单桩及复合地基荷载试验12121.单桩及复合地基承载力研究3.荷载试验方法及尺寸效应研究龄期试验钻探取芯66龄期分7天、28天、90天静力触探66龄期分1天、3天、5天、7天各种检测、试验方法的适用性、效果、检测合适深度、检测合适龄期钻探取芯为全桩长检验，粉喷桩

29、及浆喷桩分别进行7d及28d龄期检测。静力触探为全桩长检验，粉喷桩及浆喷桩分别进行3d、5d、7d龄期的检测；轻便动力触探N10采用附带的勺钻取样目测搅拌均匀程度及成桩状态，强度分别进行3d、5d、7d龄期的N10检验，检测深度在桩顶下5m内。小应变动测法为全桩长检验，粉喷桩及浆喷桩分别进行7d及28d龄期检测；单桩及复合地基荷载试验、开挖检查及足尺无侧限抗压强度试验龄期为28d。无侧限抗压强度qu N10 、qu Ps对应相关关系及各种方法的检测精度及各种检测方法的参数控制范围研究。选取30根桩进行平行对比检测试验，每根桩都进行静力触探、动力触探N10、钻探取芯qu对比，对检测数据进行相关性

30、分析。测点布置及检测顺序见图3-1。图3-1搅拌桩测点布置及检测顺序荷载试验的试验方法及尺寸效应研究。试验中采用模拟柔性基础工作性状的复合地基试验方法（采用碎石垫层）与常规砂垫层法进行对比试验，对碎石垫层法的可行性及两种方法的检验效果进行评价。通过不同尺寸荷载板与不同深度桩长的试验，对荷载试验合适检测深度提出建议，试验桩采用粉喷桩，布置在路堤范围之外。表3-2 搅拌桩载荷试验试验类型试验方法尺寸效应板下垫砂板下垫碎石桩长5m桩长8m桩长10m桩长15m单桩载荷试验33333复合地基载荷试验431111板下垫砂复合地基载荷试验分别做单、双桩各二组，其余复合地基荷载试验均做单桩载荷试验。搅拌桩各检测方法的质量控制效果、合理组合及检测频度研究。通过对比试验，对以上各种检测方法的质量控制效果进行综合评价，以满足搅拌桩整体施工质量控制为前提，提出快速、简便的检测方法组合及检测频度。3.2搅拌桩检测情况及数据整理分析 搅拌桩检测数量汇总见表3-3表3-3 检测数量汇总表序号项目粉喷桩（根）浆喷桩（根）备注.3d5d7d28d3d5d7d28d1静