深層水泥攪拌樁水泥土試驗(yàn)淺析

王志勇

深層水泥攪拌樁工藝作為軟土地基處理的主要方法之一應(yīng)用很廣，適用于各類軟土層。在設(shè)計(jì)過程中一般都要求做水泥土實(shí)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)計(jì)算和施工工藝提供可靠參數(shù)。但因過程繁瑣且周期較長(zhǎng)，實(shí)際操作中多數(shù)情況都是根據(jù)勘察報(bào)告提供數(shù)據(jù)做相應(yīng)計(jì)算，以經(jīng)驗(yàn)替代試驗(yàn)。所以工程參與人員多數(shù)對(duì)具體試驗(yàn)方法和過程并不了解。施工過程中監(jiān)理單位、建設(shè)單位也經(jīng)常就此問題問詢施工方，因此覺得還是有必要就此問題做簡(jiǎn)要介紹和分析，以解各方疑惑。

1 水泥土的室內(nèi)配合比試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方法

1.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解水泥的品種、摻入量、水灰比，求得齡期與強(qiáng)度的關(guān)系，為設(shè)計(jì)計(jì)算和施工工藝提供可靠的參數(shù)。

1.1.2 制備土樣

原狀土樣:現(xiàn)場(chǎng)取土，立即封裝，保持天然含水量。烘干土樣:烘干、碾碎，過2 mm～5 mm篩。

1.1.3 水泥

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)擬處理的最弱層軟土的性質(zhì)，選擇合適的固化劑(水泥)。2)水泥宜選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥，為確保水泥合格有效，試驗(yàn)前進(jìn)行復(fù)檢。3)水泥摻入比:除塊狀加固時(shí)可用被加固濕土質(zhì)量的7%～12%外，其余宜為12%～20%，濕法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55。4)水泥摻入比αw=(摻加水泥重/被加固土濕重)×100%。

1.1.4 試件的制作和養(yǎng)護(hù)

根據(jù)配方要求分別稱量土、水泥和水，將粉狀土料和水泥放入攪拌器中拌合均勻，然后用噴水器將水噴灑在水泥土上進(jìn)行均勻拌合。在選定的試模內(nèi)裝入一半試料，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1 min，裝入其余試樣再振動(dòng)1 min，將試件表面刮平，以塑料布苫蓋，防止水分過快蒸發(fā)。視水泥土強(qiáng)度24 h～48 h內(nèi)拆模，將試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果整理及分析

1.2.1 水泥土的物理性質(zhì)

1)含水量:水泥土在硬凝過程中，由于水泥水化反應(yīng)，部分自由水以結(jié)晶水形式固定下來，故水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，且隨著水泥摻入比增加而減少。2)重度:由于水泥漿重度與軟土重度相近，所以水泥土的重度與天然土重相差不多。因此不會(huì)因本身自重給下層土體增加負(fù)荷。3)相對(duì)密度:水泥為3.1，比一般軟土的相對(duì)密度大，故水泥土的相對(duì)密度比天然土稍大，且隨著水泥摻入比增加而增加。4)滲透系數(shù):水泥土滲透系數(shù)隨水泥摻入比的增大和養(yǎng)護(hù)期增長(zhǎng)而減小。

1.2.2 水泥土的力學(xué)性質(zhì)

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素:水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為300 kPa～4000 kPa，理論上比天然土要大幾十到數(shù)百倍。

影響水泥土抗壓強(qiáng)度的因素主要有:

1)水泥摻入比αw:水泥土強(qiáng)度隨αw的增加而增大?？筛鶕?jù)強(qiáng)度要求，調(diào)整水泥摻入比來達(dá)到目的。2)齡期:強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而提高，一般在齡期超過28 d后仍有明顯增長(zhǎng)。超過3個(gè)月后，水泥土的強(qiáng)度增長(zhǎng)才減緩。因此水泥土適宜選3個(gè)月齡期強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。3)水泥標(biāo)號(hào):水泥土抗壓強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號(hào)的提高而增加。水泥標(biāo)號(hào)提高10號(hào)，水泥土強(qiáng)度約增大50%～90%，如要求達(dá)到相同強(qiáng)度，水泥標(biāo)號(hào)提高10號(hào)，可降低αw2%～3%。4)土樣含水量:水泥土抗壓強(qiáng)度隨土樣含水量的降低而增大，一般情況下，土樣含水量每降低10%，則強(qiáng)度可增加10%～50%。這就是為什么飽和淤泥質(zhì)土經(jīng)水泥攪拌樁處理后抽芯取樣，試件強(qiáng)度往往較低的主要原因之一。5)土樣有機(jī)質(zhì)含量:由于有機(jī)質(zhì)會(huì)一定程度上改變土體的物理和化學(xué)性質(zhì)，并可能阻礙和影響水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的軟土，單純用水泥加固效果較差。

2 水泥土攪拌樁的野外試驗(yàn)

以上室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果作為理論依據(jù)，還應(yīng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)，才更具可行性、可靠性，所以水泥土攪拌樁的野外試驗(yàn)也必不可少。

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)根據(jù)水泥土室內(nèi)配合比試驗(yàn)求得的最佳配方，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁工藝試驗(yàn)。2)在相同的水泥摻入比條件下，得到室內(nèi)試塊與現(xiàn)場(chǎng)樁身強(qiáng)度的關(guān)系。3)比較不同樁長(zhǎng)與不同樁身強(qiáng)度的單樁承載力。4)確定樁土共同作用的復(fù)合地基承載力。

2.2 試驗(yàn)方法

1)在樁身不同部位切取試件，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分割成與室內(nèi)試驗(yàn)同尺寸的現(xiàn)場(chǎng)試件，在相同齡期時(shí)比較室內(nèi)外試塊強(qiáng)度間關(guān)系。2)單樁與復(fù)合地基的承載力試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

1)一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)水泥土強(qiáng)度為室內(nèi)水泥土試塊強(qiáng)度的0.2倍～0.5倍。這和季節(jié)、氣候、溫度、土層、施工質(zhì)量控制等條件都有一定關(guān)系。2)單樁和復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值可根據(jù)荷載試驗(yàn)P—s曲線取s/b或s/d=0.01所對(duì)應(yīng)的荷載。3)水泥土攪拌樁可能在樁土間摩阻力與樁端承載力未充分發(fā)揮前，因樁身強(qiáng)度低而產(chǎn)生樁體本身破壞，此時(shí)樁的極限承載力往往不是由樁土間摩阻力和樁端承載力所控制，而是由樁體本身強(qiáng)度所控制。因此，樁身強(qiáng)度與承載力的匹配是保證加固質(zhì)量的關(guān)鍵。

另外，為改善水泥土的性能和提高強(qiáng)度，可根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件選用具有早強(qiáng)、緩凝、減水以及節(jié)省水泥等作用的材料作為外摻劑。例如木質(zhì)碳酸鈣、石膏、三乙醇胺、氯化鈉、氯化鈣、粉煤灰等，不做詳述。

[1]彭振斌.地基處理工程設(shè)計(jì)計(jì)算與施工[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

[2]郭討論.水泥深層攪拌樁施工技術(shù)[J].山西建筑，2010，36(16):100-101.