某加固工程水泥攪拌樁配合比試驗研究

宋建華

近年來,深層攪拌注漿制樁工藝在基礎設施、水利設施、堤防工程及公路等工程建設方面已獲得日益廣泛的運用。深層攪拌注漿工藝是利用深層注漿攪拌的原理,向土壤中注入水泥漿(或石灰等其他化學摻加劑)作為主固化劑,通過特制的深層攪拌機械設備在地基深處,將固化劑和原軟土層強制加以攪拌,使之固化成墻的方式來加固軟弱壩基及基礎防滲,其顯著的加固效果、低廉的工程造價、廣泛的適用地層等優點使得該種化學加固工藝日益受到設計者的青睞。2003年新疆水利水電科學研究院將該施工技術引進新疆地區,由于沒有施工技術規范參考,我院展開了攪拌樁水泥配合比的研究。

1 概述

水泥土攪拌樁防滲墻是將連續的樁連接成墻的形式,使軟土地基補強,同時連續的墻又有防滲效果,在壩基處理中,主要是要求墻體的防滲性能,同時考慮墻體的強度。為了滿足設計的防滲要求,必須進行水泥加固土的室內配合比試驗及野外試驗。本文根據呼圖壁縣大海子水庫除險加固工程壩基防滲設計要求對水泥土室內配合比進行試驗,通過不同水灰比進行試驗對比,分析影響水泥土強度、滲透系數的各因素。

2 試驗方法

在呼圖壁大海子水庫除險加固工程工地取樣進行室內試驗,分析在同種土質情況下,水泥摻量分別為 10%,15%,20%,粉煤灰摻量分別為水泥用量的 50%,100%時,水泥土滲透系數的變化,選出滲透系數最小,水泥用量最佳的水泥土。將最佳的室內試驗結果應用到工程施工中,在實際施工中取樣分析,驗證試驗結論。

3 試驗內容與結果

3.1 試驗過程

研究內容分為兩部分進行：室內試驗和野外試驗。

1 )室內試驗。

在室內進行了砂土、粘土、細砂三種土質的水灰比試驗,試驗結果如表1所示,從表1中可以看出,對粘土而言,編號 2的水泥土試樣的滲透系數最小,值為6.3×10-8cm/s,90 d強度最大,值為4.67MPa;水灰比為2.23∶1∶0;編號12的水泥土試樣的滲透系數為4.5×10-7cm/s,90 d強度為1.90MPa;水灰比為4.37∶1∶1。綜合水灰比和滲透系數兩個指標考慮,最終確定粘土的水灰比的編號為 12。對細砂而言,編號 8為最優的水泥土試件,其滲透系數為1.9×10-7cm/s,水灰比為 3.73∶1∶1。對砂土而言,只做了一組試驗,其滲透系數滿足抗滲要求。

2 )野外試驗。

通過室內試驗確定了水泥土的最優配合比,將其與野外試驗相結合,進行現場深層攪拌試驗,取出水泥土芯樣,進行抗壓強度試驗和抗滲試驗,與其室內試驗指標相比較。水泥土芯樣(自然狀態)抗壓強度試驗數據如表2所示。

3.2 研究內容

1 )根據呼圖壁大海子水庫深攪工地取樣,進行室內試驗,分析在同種土質中,水泥摻量分別為 10%,15%,20%,粉煤灰摻量分別為水泥用量的 50%,100%時,水泥土滲透系數的變化。通過分析,探明同種土質時,摻入同樣比例的水泥和粉煤灰,水泥土的強度和滲透系數之間的關系。

2 )根據室內試驗的研究結果,設計野外試驗方案,進行不同水灰比的試驗研究,取出攪拌樁內的水泥土試塊研制一種方便可行的樁內取樣器,每根樁取三組不同深度。

4 結語

1 )分別在粘土和細砂中,摻入同樣比例的水泥和粉煤灰,細砂水泥土的強度高于粘土水泥土強度,從表1中可以看出 90 d強度試驗編號 14高于編號 13的 46.8%,滲透系數在同一數量級,差異不大。

2)無論是砂土、細砂或粘土,從同一配合比的水泥土的后期強度明顯可以看出,90 d的強度將高于 28 d強度的 50%～100%。

3 )在粘土中,相同的水泥摻量 10%,加入不同摻量的粉煤灰(5%和 10%),從表1編號 11和 12中可以看出,28 d強度基本相同,90 d強度增長 26%,但滲透系數增長一個數量級。

4 )在細砂中,相同的水泥摻量 10%,不同的粉煤灰摻量 0%, 5%,10%,從表1中編號 3,7,8中可以看出,90 d強度分別為0.97MPa,2.6MPa,4.2MPa,其強度隨粉煤灰摻量的增加而明顯增加。

5 )水泥土的強度與水泥摻量成正比,在粘土中,水泥摻量10%的90 d最高強度為1.9MPa,表1中編號5,11,12平均90 d強度1.4MPa,這說明在粘土水泥土中水泥摻量10%強度值大于3MPa是不可能的。

6 )在粘土中,水泥摻量為 15%時,表1中編號 2,9,13的90 d平均強度為3.78MPa。

7 )在細砂中,水泥摻量為 15%時,表1中編號 4,14的 90 d平均強度為3.88MPa,而摻入一定量的粉煤灰強度明顯增加。

8 )水泥土不具備抗凍能力。

9 )無論是粘土水泥土還是細砂水泥土,當水泥摻量為 20%時,90 d的抗壓強度能達到4MPa以上。

表1 水泥土試驗結果表

表2 水泥土芯樣(自然狀態)試驗報告

從以上研究結果可以分析得到一些設計建議：

1 )當水泥摻量為10%時,強度指標宜采用1MPa～1.2MPa,滲透系數為10-6cm/s。

2 )當水泥摻量為15%時,強度指標宜采用3 MPa,滲透系數為10-6cm/s。

3 )當水泥摻量為20%時,強度指標宜采用4 MPa,滲透系數為10-6cm/s。

4 )為提高水泥土的后期強度和防滲效果,建議同時摻入5%～10%的二級粉煤灰。

[1] YBJ 255-91,軟土地基深層攪拌加固法技術規程[S].

[2] JGJ 79-91,建筑地基處理技術規范[S].

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