某工程淤泥質軟弱地基的改性試驗和改性效果

竇康超

(安徽省水利水電工程檢測有限公司,安徽 合肥230022)

1 工程概述

安徽省懷洪新河水系洼地治理某工程位于澮河洼地固鎮縣內界溝以西澮河以北。擬建排澇站位于固鎮縣城西北部,澮河左岸,化家溝出口化家溝閘附近。主要功能為排澇,設計排澇流量66.77m3/s。根據泵站設計流量,確定其工程等別為Ⅱ等,主要建筑物級別為2 級。

2 試驗目的

本工程地基土層比較復雜,土層變化較大,部分建筑物持力層在淤泥質土層,承載力較低,不滿足設計地基承載力要求。為改善淤泥質土層,承載力較低及砂壤土液化問題,提高地基承載力,擬采用水泥土攪拌樁對各建筑物進行軟基加固,形成復合地基的處理方法。本次試驗目的是研究摻入不同的固化劑、不同摻量情況下,改性土強度的變化情況,為地基處理設計提供技術數據。

3 試驗方法

現場采用漿液攪拌法施工,水灰比取0.5,室內試驗按《水泥土配合比設計規程》JGJ/T233-2011 進行。

攪拌機制：風干土、水泥先均勻混合。

早強劑加水攪拌至均勻,一次加入,拌合時間1min。

攪拌機調節轉速,先使用攪拌機的慢轉使材料均勻混合,再使轉速改為快轉,使粘在攪拌棒上的水泥土回落到攪拌器中。慢轉與快轉交替進行使試驗材料均勻混合,攪拌時間10min-20min。

試件制作：

成型試驗室的環境溫度在(20±5)℃,相對濕度不低于50%。

本次試驗無側限抗壓強度采用尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方體試模,在試件成型前,試模內表面應涂一薄層礦物油或其他不與水泥土發生反應的脫模劑。

水泥土成型時間在25min 之內。

試件成型步驟如下：

水泥土拌合物分兩層裝入并插搗,每層裝料高度近似相等。

每層按螺旋方向從邊緣中心均勻插搗15 次,并在插搗底層水泥土拌合物時,使搗棒達到試模底部,在插搗上層時,搗棒貫穿該層后插入下一層5mm～15mm,插搗時搗棒保持豎直狀態,插搗以后再使用油灰刀沿試模內壁插拔了數次。

裝好試模后,使試模附著在振動臺上振實,振實時間為2min 以上,振實后拌合物略高于試模上沿口；

刮除試模頂部多余的水泥土,抹平后加蓋上塑料薄膜。

試件養護：

本次試驗試件在(20±5)℃的環境條件下靜置48h 后方才拆模。

拆模后檢查過試件外觀,不存在肉眼可見的裂紋、缺棱掉角、傾斜及變形。

試驗前稱取試件養護前的質量,并根據試件的公稱尺寸計算拆模后水泥土的重度。同組試件重度的最大值或最小值與平均值之差沒有超過3%,并且該組試件重度平均值沒有小于天然土重度。

將稱量后的試件應放在(20±1)℃水中養護,試件間的間隔均不小于10mm,水面高于試件表面也不小于20mm。

固化劑采用安徽珍珠水泥集團股份有限公司生產的P·O 42.5 水泥,試驗土樣來源于現場取土,早強劑選用無錫市展望化工試劑有限公司生產的氯化鈣(分析純)。

對室內試驗結束后所得出結論進行現場施工,并采用高密度電阻率法來檢測改性的連續性和均勻性。高密度電阻率法勘探是以地下介質的導電性為基礎,通過觀測分析電場分布變化規律來解決和分析地質問題的一種地球物理勘探方法。高密度電阻率法和常規電阻率法一樣(如圖1),它通過A、B 電極向地下供入電流I,然后在M、N 極間測量電位差ΔU,從而求得該記錄點的視電阻率值,隨之AB 距離越來越大,所記錄點深度越來越大。

根據實測的視電阻率剖面,進行計算、處理、分析,便可獲得地層中的電阻率分布情況, 從而可以劃分地層、圈閉異常等特點。高密度電阻率法集測深和剖面法于一體的一種多裝置、多極距的組合方法,它具有一次布極即可進行多裝置數據采集以及通過求取比值參數而能突出異常信息的特點。

在淤泥質土中,改性土相對于周圍介質為高阻,當改性土出現不連續或不均勻現象,在視電阻率斷面圖上就會出現相對低阻區域,這樣就可以有針對性的在相對低阻區域布置鉆孔,做注水試驗和取芯做抗壓強度試驗,進一步確認低阻異常的影響大小。

圖1 半空間局部不均勻體對正常地電場的擾動及其產生的視電阻率異常示意圖

4 試驗成果

水泥常規的物理指標檢驗結果見表1。

試驗土樣來源于現場取土,土樣密封保存送回試驗室進行土的物理指標試驗(含水率、顆粒分析試驗、液塑限等),土樣為淤泥質土,灰色,平均含水率41.8%；試驗結果見表2。

表1 水泥物理力學性能試驗結果

表2 淤泥質土的試驗結果

圖2 改性土水泥摻入量- 早強劑摻量- 無側限抗壓強度關系曲線

影響淤泥質土改性效果的重要因素是水泥摻量, 水泥摻量越多,改性淤泥強度越高,壓縮性越小,但造價也越高。為了確定合理經濟的水泥摻量,本次水泥土配合比試驗按《水泥土配合比設計規程》JGJ/T233-2011 進行,研究水泥摻入量為8%、12%、15%、18%、20%時,不同早強劑摻量(0.8%、1.0%、1.2%)對無側限抗壓強度的影響。

改性土水泥摻入量- 早強劑摻量- 無側限抗壓強度關系曲線見圖2,通過對比可發現早強劑最佳摻量為1.0%,當早強劑摻量為1.0%時,改性土效果能夠達到預期效果。

5 結論

通過室內試驗研究各齡期下不同水泥摻入量對水泥改性淤泥土的無側限抗壓強度的影響,結合工程現場工藝試驗情況,主要結論如下：

5.1 通過摻加早強劑提供改性土的前期強度,早強劑最佳摻量為1.0%。

5.2 隨著水泥摻量的增大,水泥改性淤泥土的無側限抗壓強度增大。

5.3 水泥摻量小于12%時,難以形成水泥膠結骨架,對本工程的淤泥質土改性效果不顯著。

通過現場檢驗得出的電阻率等值線圖可以看出,該段處理后的淤泥質土介質電阻率基本成水平向分布,橫向變化均勻,未發現有明顯電阻率異常和明顯滲漏通道,說明該段淤泥質土改性效果良好。