海相軟黏土改性后的強(qiáng)度試驗(yàn)研究

王昊嵐 王鷹 尤靜霖

摘 要：采用水泥漿液多軸深層攪拌工藝，對湛江某企業(yè)廠房軟黏土地基進(jìn)行了塊狀加固。對經(jīng)室內(nèi)配比改性后的水泥土進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并和現(xiàn)場施工條件下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了對比分析，給出了用于工程設(shè)計分析時應(yīng)采用的水泥土強(qiáng)度折減率。

關(guān)鍵詞：軟黏土;海相沉積;深層攪拌法;無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

中圖分類號：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：In this study，the design strength of the deep cement mixing modifier and the unconfined compressive strength of the site modifier were compared and analyzed by the field application of deep cement mixing method.The strength reduction rate of modified marine soft clay should be used in engineering design analysis was given.

Keywords：soft clay;marine deposit;deep cement mixing method;unconfined compressive strength

1 概述

在沿海軟土地基的各種工程建設(shè)中，以水泥作為固化劑的主要材料，通過深層攪拌機(jī)械將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌的深層攪拌法有著廣泛的應(yīng)用。深層攪拌法是將軟土與固化劑充分?jǐn)嚢杌旌?，形成柱狀水泥土攪拌樁，在短時間內(nèi)即可獲得早期強(qiáng)度，提高軟土地基的承載能力。該工法具有施工噪聲和振動低，加固深度大，可以快速提高地基強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。目前，深層攪拌法已廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、港口防波堤及護(hù)岸、水庫防滲墻、沉管隧道、垃圾填埋場的護(hù)墻等領(lǐng)域[1-3]。深層攪拌法既適用于黏土，也適用于砂土。本文應(yīng)用深層攪拌法對海相沉積軟黏土地基進(jìn)行改性加固，對現(xiàn)場水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測試，并與同等配比條件下的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對比分析，試驗(yàn)研究成果對類似工程的設(shè)計與施工具有重要參考價值。

2 室內(nèi)配比試驗(yàn)

本研究依托廣東湛江某廠房軟土地基加固工程，該場地地基土為高塑性黏土，天然含水量為75.9%，黏土百分比為65.2%，砂土百分比為30.2%，沉泥百分比為4.6%，小于0.075mm的細(xì)粒含量為95.4%，液限含水量為68%，塑限含水量為25.2%，塑性指數(shù)為42.8，土粒比重為2968，濕重度為15.12kN/m3，原狀土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為27kPa。從現(xiàn)場取樣，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配比試驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)室配比試驗(yàn)中，水泥采用525#礦渣水泥，水分別采用淡水和海水。將水灰比和單位水泥用量分為3種情況進(jìn)行攪拌：水灰比W/C分別為80%、90%和100%;單位水泥質(zhì)量分別為250kg/m3、300kg/m3和350kg/m3時，測定不同硬化時間7天、28天和90天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)匯總見表1。

圖1為單位水泥質(zhì)量為250kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與水灰比W/C的關(guān)系曲線圖;圖2為單位水泥質(zhì)量為300kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與水灰比W/C的關(guān)系曲線圖;圖3為單位水泥質(zhì)量為350kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與水灰比W/C的關(guān)系曲線圖。

結(jié)果表明：室內(nèi)配比試驗(yàn)條件下，水泥土試樣的28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于3MPa;齡期90d的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于4MPa;使用海水比使用淡水對提高水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度更為有利一些。

3 施工現(xiàn)場試驗(yàn)

采用水泥漿液深層攪拌法對地基進(jìn)行塊狀加固處理，采用525#礦渣水泥，單位水泥質(zhì)量270kg/m3，水灰比為08∶1，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1.50MPa，加固深度17.5m。在工地進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，采用雙管單動取樣器于5個代表性試驗(yàn)點(diǎn)（D1～D5）鉆取芯樣，測試了水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。分別在施工后第7天、28天、90天，在現(xiàn)場不同試驗(yàn)點(diǎn)各進(jìn)行了3次無側(cè)限壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。硬化時間為28天時，現(xiàn)場水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.10～510MPa，除試驗(yàn)點(diǎn)位D5外，其強(qiáng)度均小于室內(nèi)配比試驗(yàn)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

4 試驗(yàn)結(jié)果的比較與分析

為比較室內(nèi)與現(xiàn)場的無側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)果，在單位水泥質(zhì)量為250kg/m3和300kg/m3時，水灰比平均值為80%的條件下，實(shí)驗(yàn)室測得的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度：養(yǎng)護(hù)7天后的平均值為2.68MPa，養(yǎng)護(hù)28天的為4.36MPa，養(yǎng)護(hù)90天的為5.094MPa?，F(xiàn)場試驗(yàn)測得的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值：7天為1.56MPa，28天為2.92MPa，90天為334MPa。結(jié)果表明，現(xiàn)場強(qiáng)度僅為同期室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的58.2%、67.0%和65.6%。因此，現(xiàn)場施工的水泥土強(qiáng)度比實(shí)驗(yàn)室的測試結(jié)果要低，其強(qiáng)度降低率為33.0%～418%，強(qiáng)度差隨養(yǎng)護(hù)時間的延長而減小。

國內(nèi)外的相關(guān)報道均表明[6]，室內(nèi)和現(xiàn)場條件下水泥土的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果會存在客觀差異，究其原因主要有：

（1）兩種條件下的攪拌均勻程度不同。工程施工現(xiàn)場條件下的水泥土攪拌均勻程度對其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響顯著，水泥土攪拌不勻?qū)@著降低其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，顯而易見，室內(nèi)試樣拌和的均勻程度要遠(yuǎn)高于現(xiàn)場試樣的均勻程度?，F(xiàn)場施工過程中，受機(jī)械設(shè)備、施工工藝等因素的影響，可能會存在機(jī)械攪拌、切削水泥土不夠充分，導(dǎo)致水泥與未被切削的黏土團(tuán)形成包裹土團(tuán)的水泥漿，而土團(tuán)內(nèi)部沒有水泥漿或土團(tuán)內(nèi)實(shí)際水泥摻入比小于設(shè)計值，這樣就會使得現(xiàn)場水泥土強(qiáng)度低于室內(nèi)試驗(yàn)強(qiáng)度。

（2）水泥摻入比不一致。施工過程中的冒漿現(xiàn)象，會使部分水泥漿冒出地表，造成現(xiàn)場施工的實(shí)際水泥摻入比小于室內(nèi)試驗(yàn)摻入比，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度必然降低。

（3）試驗(yàn)方法的局限性。室內(nèi)與現(xiàn)場試驗(yàn)的制樣方法、養(yǎng)護(hù)條件等不盡相同，室內(nèi)試驗(yàn)制樣多采用立方體試件，而現(xiàn)場鉆芯取樣試塊多為圓柱體，水泥土試樣形狀及尺寸效應(yīng)對其強(qiáng)度也是有影響的;室內(nèi)養(yǎng)護(hù)條件一般選擇標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，而現(xiàn)場水泥土的養(yǎng)護(hù)條件與室內(nèi)水養(yǎng)相似，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)存在一定差異，室內(nèi)養(yǎng)護(hù)的溫度、濕度及與空氣的接觸程度較現(xiàn)場更有利于水泥土的碳酸化程度和強(qiáng)度的提高。

（4）土樣的代表性。受限于取土深度和采樣數(shù)量的影響，有些土樣代表性差，和現(xiàn)場土質(zhì)條件不一致，也是引起室內(nèi)外水泥土強(qiáng)度差異的原因之一。

結(jié)語

對室內(nèi)配比試驗(yàn)和深層攪拌法施工現(xiàn)場試驗(yàn)獲得的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了比較與分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）現(xiàn)場施工水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和室內(nèi)試驗(yàn)的強(qiáng)度值相比，其降比高達(dá)41.8%;

（2）現(xiàn)場試驗(yàn)測試的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為室內(nèi)試驗(yàn)值的0.58～0.66倍，考慮室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場強(qiáng)度差隨養(yǎng)護(hù)期的延長而減小，建議工程設(shè)計分析時，將水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度取為室內(nèi)試驗(yàn)值的0.6倍。

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作者簡介：王昊嵐（1997— ），女，漢族，河北邢臺人，在讀碩士，研究方向：巖土工程;尤靜霖（1997— ），女，漢族，河北衡水人，在讀碩士，研究方向：巖土工程。

*通訊作者：王鷹（1989— ），男，滿族，河北承德人，碩士，工程師，項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向：巖土工程。