水泥土攪拌樁施工參數(shù)對樁體強度的影響研究

江 培 兵

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司地質(zhì)路基設(shè)計研究處，湖北 武漢 430063)

1 概述

水泥土攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過攪拌和輸漿設(shè)備，在地基土體內(nèi)將軟土和固化劑強制攪拌混合，利用固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的復(fù)合地基處理方法。該復(fù)合地基處理方法具有設(shè)備簡單、操作方便、施工速度快、成本低等優(yōu)點，可用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基[1]。水泥土攪拌樁已廣泛應(yīng)用于我國東南沿海和內(nèi)陸軟土地區(qū)，現(xiàn)有的研究主要關(guān)注于水泥土攪拌樁設(shè)計及檢測技術(shù)，而對于水泥土攪拌樁的施工工藝參數(shù)的積累較少，有必要研究工藝參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響，引起設(shè)計與施工的重視，以合理確定工藝參數(shù)、保證成樁質(zhì)量。

穿山港車站位于寧波市北侖區(qū)郭巨鎮(zhèn)華峙村，北側(cè)距海邊730 m，西側(cè)距海邊703 m，場地內(nèi)存在深厚淤泥質(zhì)黏土層，設(shè)計大面積采用水泥土攪拌樁處理軟土地基。本文根據(jù)穿山港站水泥土室內(nèi)配合比試驗與現(xiàn)場試樁檢測結(jié)果，主要分析了水泥漿水灰比、摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)四個施工參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響。

2 室內(nèi)配合比試驗結(jié)果分析

為掌握現(xiàn)場土質(zhì)情況，了解加固水泥品種、摻入量、水灰比對水泥強度的影響，求得齡期與強度的關(guān)系，從而為設(shè)計計算和施工工藝提供可靠的參數(shù)，工區(qū)委托中心實驗室在監(jiān)理見證下在工地現(xiàn)場取樣，利用施工現(xiàn)場的淤泥質(zhì)黏土進行了一系列室內(nèi)配合比試驗。進行了在水灰比分別為0.45,0.5,0.55時，在水泥摻入量55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m,70 kg/m,75 kg/m情況下試件的28 d齡期的無側(cè)限抗壓強度試驗，共15個試驗組，為了盡可能消除對比試驗的干擾因素，每試驗組均3個試樣，取每組試驗的立方體抗壓強度平均值分析，試驗的結(jié)果如表1所示。

根據(jù)室內(nèi)配合比試驗結(jié)果表1與圖1，本文做了攪拌樁每米水泥摻量、水灰比兩個因素對水泥土強度的影響分析。5種水泥摻入量下的28 d齡期的強度能達到1.57 MPa以上，在三種不同水灰比的情況下，試件的強度均隨每米水泥摻量的增加而增加，水灰比為0.45與0.55時試件強度隨水泥摻量增加而增長的趨勢較為明顯，且在這兩種水灰比的情況，增長趨勢較為相似。水灰比為0.45時各種水泥摻量下的強度始終大于水灰比為0.55時對應(yīng)水泥摻量下的強度，強25%～35%。水灰比為0.5的情況下試件強度隨水灰比的增加而增長的趨勢比較慢，但是其在55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m水泥摻量的情況下具有較高的強度。室內(nèi)配合比試驗結(jié)果說明穿山港地區(qū)的淤泥質(zhì)黏土在水灰比為0.5時可以在保證在水泥摻量在較小的情況下達到較高的強度，選用0.5水灰比可達到節(jié)約水泥用量的目的，為類似工程提供參考。

表1 水泥土試件立方體抗壓強度

3 現(xiàn)場檢測結(jié)果分析

利用室內(nèi)水泥土配比試驗結(jié)果進行現(xiàn)場成樁試驗，以確定滿足設(shè)計要求的施工工藝和施工參數(shù)，工區(qū)在穿山港站DK23+400～DK23+412走行軌J2股道附近進行了水泥土攪拌樁的現(xiàn)場成樁試驗，對應(yīng)里程試樁范圍地層情況為地面以下4 m深度為粉質(zhì)黏土層，粉質(zhì)黏土層以下分布層厚約30 m的淤泥質(zhì)黏土層。水泥土攪拌樁試樁樁徑0.5 m，樁間距1.4 m，正方形布置，樁長12 m，進入淤泥質(zhì)黏土層9 m左右，固化劑為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，部分試樁摻入SN201-A摻加劑，攪拌樁水泥摻入量不小于55 kg/m，水泥漿水灰比為0.5。施工單位進行水泥土攪拌樁施工時復(fù)攪遍數(shù)有兩攪兩噴、四攪兩噴、六攪兩噴三種類型，施工完成一段時間后，進行水泥攪拌樁強度及復(fù)合地基承載力試驗，本文選取共12根比較有代表性的水泥攪拌樁的鉆芯無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果進行分析[2]，分為3組，分別分析其樁體強度與摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)之間的關(guān)系。

3.1 摻加劑SN201-A與樁體強度的關(guān)系

選取編號B219-4,B219-8,B215-6,B215-8四根試樁分析不同摻加劑SN201-A劑量對水泥土攪拌樁樁體強度的影響。12 m長的水泥土攪拌樁高度分為三個區(qū)間，每一高度區(qū)間取三個試樣，抗壓試件均為圓柱體，標準直徑90 mm，高度為90 mm，根據(jù)樁體不同深度試件的鉆芯無側(cè)限抗壓強度試驗(試驗齡期37 d)結(jié)果分析，從圖2可以看出，在水灰比為0.5，水泥摻量為55 kg/m時，四根試樁的無側(cè)限抗壓強度均偏小，小于規(guī)定的1.0 MPa,且未摻入SN201-A的試樁與另外三根摻入SN201-A的試樁鉆芯無側(cè)限抗壓強度接近，隨著SN201-A摻入量的增加樁體強度并沒有明顯的提升，說明在水灰比0.5，水泥摻量55 kg/m的情況下，通過加入摻加劑SN201-A來提高樁體強度的效果并不明顯。通過不同深度試件的鉆芯無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果還可以看出，樁體0 m～3 m 范圍內(nèi)的強度明顯大于3 m以下范圍內(nèi)的強度，原因是上部土層為粉質(zhì)黏土層，下部為淤泥質(zhì)黏土層，粉質(zhì)黏土層土質(zhì)較好，成樁后質(zhì)量更好，淤泥質(zhì)黏土層土質(zhì)較差，成樁后質(zhì)量較差。

3.2 水泥摻量與樁體強度的關(guān)系

選取編號B218-9,ZDX-3,ZDX-6,ZDX-49,ZDX-53五根試樁分析不同水泥摻量對水泥土攪拌樁樁體強度的影響，水灰比為0.5，水泥摻入量分別為55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m,70 kg/m,75 kg/m，試驗齡期37 d，得到的鉆芯無側(cè)限抗壓強度曲線如圖3所示，從檢測結(jié)果來看，鉆芯無側(cè)限抗壓強度值具有一定的離散性[3]，但是能看出在水泥摻量為55 kg/m～70 kg/m時，隨著每米水泥摻量的增加，樁體的強度也相應(yīng)的增加，但是增加的幅度逐漸減小，水泥摻量為75 kg/m時樁體的強度小于65 kg/m和70 kg/m，與60 kg/m水泥摻量時的強度接近，分析其原因可能是由于水泥量加大以后可能會引起攪拌時水泥與土體未能充分攪拌，不能形成一個均勻硬化的整體。

3.3 復(fù)攪遍數(shù)與樁體強度的關(guān)系

選取編號ZDX-43,ZDX-47,ZDX-52,三根試樁分析不同復(fù)攪遍數(shù)對水泥土攪拌樁樁體強度的影響，水灰比為0.5，水泥摻入量分別為75 kg/m，試驗齡期37 d，得到的鉆芯無側(cè)限抗壓強度試驗強度曲線如圖4所示，從檢測結(jié)果來看，兩攪兩噴情況下的樁體強度明顯小于四攪兩噴和六攪兩噴的樁體強度，四攪兩噴和六攪兩噴的樁體強度較為接近，原因是因為在水泥摻量較大的情況下，通過增加復(fù)攪遍數(shù)可以使水泥漿與地基土充分攪拌均勻硬化成整體，從而使得樁體強度能得到一定程度的提高，但是通過提高復(fù)攪遍數(shù)來提高樁體強度具有一定的限度，在達到一定復(fù)攪遍數(shù)以后樁體強度將不再隨復(fù)攪遍數(shù)的增加而增大。

4 結(jié)語

本文針對穿山港站水泥土攪拌樁室內(nèi)配比試驗與現(xiàn)場試驗結(jié)果，主要分析了水泥漿水灰比、摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)這四個施工參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響，得出結(jié)論與建議如下：

1)穿山港地區(qū)的淤泥質(zhì)黏土在三種不同水灰比的情況下，試件的強度均隨每米水泥摻量的增加而增加，為0.5時可以在保證在水泥摻量在較小的情況下達到較高的強度，選用0.5水灰比可達到節(jié)約水泥用量的目的，為類似工程提供參考。

2)在水灰比0.5，水泥摻量55 kg/m的情況下，通過加入摻加劑SN201-A來提高樁體強度的效果并不明顯。通過增加水泥摻量可使樁體的強度得到較大幅度的增長，但是增加的幅度逐漸減小，水泥摻量為75 kg/m時樁體的強度小于65 kg/m和70 kg/m，與60 kg/m水泥摻量時的強度接近，分析其原因可能是由于水泥量加大以后會引起攪拌時水泥與土體未能充分攪拌，不能形成一個均勻硬化的整體。

3)通過增加復(fù)攪遍數(shù)可以使水泥漿與地基土充分攪拌均勻硬化成整體，從而使得樁體強度能得到一定程度的提高，但是通過提高復(fù)攪遍數(shù)來提高樁體強度具有一定的限度，在達到一定復(fù)攪遍數(shù)以后樁體強度將不再隨復(fù)攪遍數(shù)的增加而增大。