水泥加固软土的室内试验研究

・７４・　第３２卷第ｌ６期　２　０　０　６年８月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣ　ＵＲＥ　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．１６　Ａｕｇ．　２００６　文章编号：１００９．６８２５｛２００６）１６—００７４．０３　水泥加固软土的室内试验研究　张会荣摘储诚富　要：以某工程的软土为原料，进行了一系列水泥土的物理、强度试验，分析了含水量、水泥用量和龄期对水泥土强度　的影响，提出了水泥加固该种软土的最小水泥用量值，该结论对我国其他地区软土的加固具有重要的借鉴意义。　关键词：软土，水泥用量，水泥土，龄期　中图分类号：ＴＵ４１１　文献标识码：Ａ　１概述　木工程中得到广泛的应用，并且取得了良好的社会经济效益【１，２Ｊ。　搅拌桩在处理含水量较高的深厚软基时，不断出现　采用石灰、水泥作为固化剂，通过专用的搅拌机械形成搅拌　但是近年来，桩加固软土地基的方法是瑞典岩土工程研究所（Ｓｗｅｄｉｓｈ　Ｇｅｏｔｅｈ—　了工程质量问题。因此，对影响水泥土强度因素的研究是一个重　　ｎｉｅａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）和日本运输省港湾技术研究所（Ｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｒｅ—　要的研究课题。ｓｅａｒｃｈ　Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ）分别独自于２０世纪６０年代中期首先提出的，并　２室内试验　分别在１９６７年～１９７４年进行了室内试验和现场试验研究。这一　本试验土样取白某工程中的软土，分别做不同含水量、龄期、　加固方法称为深层搅拌法（ｄｅｅｐ　ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ），７０年代中期以后　不同掺人比的水泥土试件。试件采用机械搅拌、人工振捣，试件　在许多国家得到了广泛的应用。水泥土搅拌桩是深层搅拌法的　制作为７．０７　ｃｒｎ×７．０７　ｃｒｎ×７．０７　ｃｒｎ的标准立方试模中，成型１　ｄ　一种，我国白２０世纪８０年代水泥系搅拌桩引进以来，由于其具　后放人标准养护室中养护，标准养护室的温度为２０±３℃，相对　有无污染和加固费用低等显著优点，在水利工程、交通工程和土　湿度１００％。试样养护到龄期后进行无侧限抗压试验，取三个平　效果较好、经济性好，在土质较好地区应积极推广。缺点是分层　作为一个结构体系，应满足稳定和变形的要求，即通常规范所说　施工工期较长。　的两种极限状态要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状　态。　１．９水泥土加筋法　水泥土加筋法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插　因此，基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全　不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要　入钢筋或型钢等（多数为Ｈ型钢，亦有插入钢板桩、钢管、钢筋　系数，等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与　控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。因而，作为设计　不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变　抗渗两种功能的支护结构的围护墙。水泥土加筋法支护结构的　的计算理论，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。　支护特点主要是施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强　形，度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合　一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移　于以粘土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设　较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就　挡水帷幕；可以配合多道支撑应用于较深的基坑；此工法在一定　是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分，对于基坑周边有较重　条件下可代替作为地下围护的地下连续墙，在费用上如果能够采　要构筑物需要保护的，则应控制小变形，即为通常的一级基坑的　对于周边空旷无构筑物需保护的，则位移量可大一些，　取一定施工措施成功回收型钢等受拉材料；则大大低于地下连续　位移要求；理论上只要保证稳定即可，即为通常所说的三级基坑的位移要　墙，因而具有较广的发展前景。　２基坑支护的设计要求　求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。　所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破　３结语　基坑支护结构设计是一项复杂的工程，既要挡土又要挡水，　坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的　一个工程中选择哪一种形式的挡土结构形式，　设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用　而且要控制变形，在安全这个大前　极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产　需要根据不同的水文地质条件和建筑环境条件，进行综合经济比较才能选择出一个优秀的方案。　生的变形过大，影响正常使用，但未造成结构的失稳。基坑支护　提下，Ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ＹＵＡＮ　Ｋｏｎｇ－ｑｕｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｇ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｎｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ（ｘ）ｒｉｌｉｎｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｎｏｗａｄａｙｓ　ｆｏｕｎｄａｔｉｎｏｎ　ｐｉｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇ，ｉｎｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—　ｔｉｃｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｐｈｅｒｅｏｆ　ｅａｃｈ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｇ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓｅｃｕｒｉｎｔｙ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔ—　ｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｎｅ，ｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔ　收稿日期：２００６．０２．１８　作者简介：张会荣（１９７６．），男，硕士，助工，广东省冶金建筑设计研究院，广东广州５１００８０　储诚富（１９７５．），男，助教，合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥２３０００９　维普资讯 http://www.cqvip.com

２　０　０　６年８月　第３２卷第１６期　张会荣等：水泥加固软土的室内试验研究　・７５　・　行试样的算术平均值作为该小组试样的无侧限抗压强度值。试　范围内，水泥土的无侧限抗压强度与水泥用量两者可视为直线关　样的测值与平均值之差超过平均值的±１５％时，则该试样的测值　系。因此，如图３所示强度与水泥用量之间的关系可视为直线关　剔除，按余下试样的测值计算平均值。如一组试样不足两个，则该　系，用公式（１）表示。公式（１）表明对于某一原料土，最低水泥用　组试样结果无效，重做直至满足要求，试块压试速率为１　ｍｍ／ｍｉｎ。　量ｃ０可视为常量。当水泥土的水泥含量低于这个数值时，则水　试验结果见表１。　泥的加固效果就不明显。　表１水泥土室内试验结果　原状土含　掺入比　龄期　ｑｎ　原状土含　掺入比　龄期　ｑｎ　水量／％　％　ｄ　水量／％　％　ｄ　６０　９　３　０．５６３　６０　２０　２８　３．５７　６０　９　７　０　６６２　７５　２０　３　０．４８０　６０　９　１４　１　０３０　７５　２０　７　１　０７６　６０　９　２８　１　３１７　７５　２０　１４　１．６０　６０　１２．５　３　０．８１６　７５　２０　２８　６０　１２．５　７　１．５６７　７５　２０　６０　２．８７　６０　１２．５　１４　１．６２４　６０　２５　３　１．５８７　６０　１２．５　２８　２．２０９　６０　２５　７　２．２５１　６０　２０　３　１．３７８　６０　２５　１４　３．３３　６０　２０　１４　２．４１　３试验结果分析　３．１　水泥土无侧限抗压强度与龄期的增长规律　试验表明，水泥土在相同的掺入比和含水量的情况下，水泥　与土之间发生的化学反应是随着时间的增加而进行的，时间越　长，反应就进行得越彻底，说明水泥土的强度随时间的延长而不　断增长。从整体上看，水泥土的无侧限抗压强度随时间的增加而　不断增长，甚至在６０　ｄ以后强度还在增加，这与有关资料的报道　是一致的　３。从无侧限抗压强度与时间的关系曲线图（见图１）可　以看出，１４　ｄ前曲线的斜率较大，以后曲线变得越来越缓和，这说　明水泥土无侧限抗压强度随时间的增加而增长，其前期强度增长　较快，后期强度较慢。　是　譬　龄期／ｄ　图１　水泥土无侧限抗压强度随龄期增长关系　３．２无侧限抗压强度与掺入比的增长规律　水泥土在相同的龄期和含水量的条件下，掺入比的大小对无　侧限抗压强度的高低有明显的影响。一般情况下，水泥加固土的　强度随水泥掺入比的增长而增大，如图２所示。　掺入比／％　图２　无侧限抗压强度与掺入比的关系　水泥土搅拌桩在实际工程施工和设计中，通常用水泥用量这　一指标，水泥用量通常指的是桩径５０　ｃｍ的搅拌桩中水泥的用　量。汤怡新等［　］（２０００）通过大量的试验研究表明，在工程实用的　鼍　墨　水泥用量ｃ／ｋｇ・ｍ　图３　水泥土抗压强度与水泥用量之间的关系　ｑ　＝ｋ（ｃ—ＣＯ）　（１）　其中，ｋ为强度系数；ｃ为水泥用量；ｆ０为最低水泥用量。在　该种软土中，通过回归方程可计算得ｆｎ＝３．７９　ｋｇ／ｍ。也就是说，　对于该工程的软土，当水泥用量低于３．７９　ｋｇ／ｍ时，水泥的加固　效率不明显。　３．３无侧限抗压强度与含水量之间的变化规律　水泥水化需要一定的水，为使水泥土的无侧限抗压强度达到　最佳，必须考虑水泥水化水的用量，而且水泥品种不同，其水化水　用量不同。试验表明，在某一掺入比的情况下，含水量过大会在　水泥与土之间的化学反应充分进行后，还有过量的水存在，由于　这些水量过大一方面会使水泥有效成分流失，另一方面也很难形　成稳定、均匀的水泥土，从而也大大减小其无侧限抗压强度。但　是，含水量过小且低于该种土的液　时，水泥拌和困难、土样不饱　和、水泥有效成分的利用率降低，从而也会影响水泥土的无侧限　抗压强度。　通过试验表明，当水泥用量相同时，抗压强度随含水量＂ＬＵ　（％）的增大而降低，含水量超过阈值时，抗压强度很小，见图４。　含水量／％　图４　无侧限抗压强度随含水量变化的关系（Ｔ＝１４　ｄ）　４结语　通过大量的室内试验，得到了以下的结论：　１）水泥土的无侧限抗压强度随时间的增加而不断增长，但其　前期强度增长较快，后期强度较慢。　２）得到了该种软土水泥加固时的最小水泥用量，其数值为　３．７９　ｋｇ／ｍ。当水泥土的水泥含量低于这个数值时，则水泥的加　固效果就不明显，对水泥土搅拌桩的水泥用量的设计具有重要的　意义。　３）通过试验得到，当水泥用量相同时，抗压强度随含水量＂ＬＵ　（％）的增大而降低，含水量超过一定的阈值时，水泥加固效果也　不明显。　参考文献：　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３２卷第１６期　Ｖ０Ｉ＿３２　Ｎｏ．１６　・７６・　２　０　０　６年８月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ａｕｇ．２００６　文章编号：１００９．６８２５（２００６）１６—００７６．０２　粉喷桩在公路拓宽工程中软基加固处理的应用　叶鸿斌　摘要：介绍了在公路拓宽工程中新老路堤差异沉降中粉喷桩的设计及施工，总结了粉喷桩施工中疑难问题的处理措　施，对类似公路拓宽工程具有借鉴意义。　关键词：粉喷桩，拓宽工程，差异沉降　・　中图分类号：ＴＵ４７２．３６　文献标识码：Ａ　随着社会经济的快速发展，公路担负着各经济带问的繁重运　路段，虽然老路荷载作用下沉降固结已基本完成，但是拼接路基的　输任务，交通流量急剧增长，局部高峰时段交通量已经达到通行　二次加载还会产生较大的新沉降。因此，为协调新老路基问的沉　能力的上限。而且由于重载、超载交通日益严重，促使路面形成　降，可以选择工后沉降不大的粉喷桩进行软基处理，见图１。　病害，服务水平逐渐降低，影响了公路通行能力的正常发挥，严重　踅丝　查　．！　塑塞　．Ｉ　制约了当地经济的进一步发展。因此，对原有公路的拓宽改造是　２％　２％　３％　迫切需要的。但是，在公路拓宽工程中，新老路基差异沉降将是　Ｉ－４　＼／　我国公路建设亟待解决和必须解决的重要问题。由于粉喷桩具　边坡开挖线／、　、、、　布０．；　ｒ＼土工格　有施工简单、施工效率高、噪音低、费用低、不会对加固地基的下　砂垫层　＼、　＂－．／℃＝————　＿—１：＝＝２　－－　－３　卧层增加附加沉降，并且由粉喷桩加固而形成的复合地基具有沉　降小、承载力高等特点＿１．２　Ｊ。因此，文中针对粉喷桩在解决公路拓　粉喷桩　宽工程中新老路堤差异沉降中应用的设计、施工以及在施工过程　（直径５００ｒａｍ）　中可能出现的若干问题进行了系统的探讨，对我国其他的公路拓　老路袋装砂井的处理范围　宽工程具有重要的借鉴意义。　图１　某公路拓宽工程水泥粉喷桩软基处理示意图　表１软土的物理力学性质　土层名称　土层厚　含水曼　液性　塑性　孔隙此　承载力标　桩设计参数　２粉喷桩设计　度／ｍ　％　指数　指数　准值／ｋＰａ　／ｋＰａ　ｑｐ／ｋＰａ　粉喷桩复合地基设计主要确定四个参数，即桩长、桩径、桩的　①亚粘土　０．５０　２６．５　０．１０　１５．４　０　７３２　平面布置及桩间距和水泥用量。　②．１粘土　２．００　３４．０　０．２４　２７．９　０．８４０　８５　３２　２．１　桩长Ｚ　②．２淤泥　３．９０　６５．５　１．５３　２７．１　１．７８０　５５　１３　根据已施工的拓宽改造工程的实践表明，在新老路堤的交界　②．３淤泥质土　２．１０　６０．０　１．９８　２０．１　１．３６１　６０　１５　处极易产生差异沉降和纵向裂缝，严重影响道路的使用功能。因　③．１亚粘土　４．５０　４９．５　０．７３　３１．０　１．５１３　９５　２８　９ｏ０　此，公路拓宽工程中的软基处理要以差异沉降作为控制标准：对　１工程地质概况　凡计算总沉降量大于１５　ｃｍ的路段必须进行地基处理，要求处理　某公路拓宽工程中软土的物理力学指标见表１。由于老道基　后的加宽路基工后沉降量小于５　ｃｍ，且路拱横坡不得出现反坡。　采用袋装砂井处理软土地基，根据公路拓宽工程中的软基加固技　故要求桩穿过软土层并深入持力层５０　ｃｍ，即桩长取９．０　ｍ。　术要以减小新老路基的差异沉降或新老路基横纵向沉降变形协　２，２桩径Ｄ　调以及软土地基沉降控制标准的要求，对于拼接段的横向差异沉　根据施工机械，选定桩径为０．５　ｍ。　降可以采取比老路路基软基处理沉降控制要求更高的一种地基　２，３桩的平面布置及桩间距Ｓ　处理方法。如老路基采用插塑料排水板预压或铺砂垫层预压处理　单桩竖向承载力标准值磔按公式（１）和公式（２）计算：　［１］储诚富．水泥土搅拌法加固特殊软土的试验与应用研究（硕士　［３］马　涛．水泥搅拌复合地基的静、动力特性研究（博士学位论　学位论文）［Ｄ］．南京：东南大学岩土工程研究所，２００５．　文）［Ｄ］．杭州：浙江大学岩土工程研究所，２０００．　［２］叶观宝．地基加固新技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．　［４］汤怡新，刘汉龙，朱伟．水泥固化土工程特性试验研究［Ｊ］．　１２４—１５３．　岩土工程学报，２０００，２２（５）：５４９—５５４．　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ－ｍｉｘｅｄ　ｓｏｆｔ　ｃｌａｙｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉ－ｒｏｎｇ　ＣＨＵ　Ｃｈｅｎｇ－ｆｕ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｓｅｒｉｅｓｏｆ　ｐｈｙｓｉｃａｌｔｅｓｔｓ　ａｎｄ　ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｈｅａｒｔｅｓｔｓｗｅｒｅ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎ　ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄ　ｓｏｆｔ　ｃｌａｙｓｍｉｘｅｄｗｉｔｈ　ｃｅｍｅｎｔｔｏｉｎ—　ｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｕｒｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｃｌａｙｓ．Ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍａｌ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎ．　ｔｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃａｒｌ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｃｅｍｅｎｔｄｅ—ｉｍｘｅｄ　ｓｏｆｔ　ｃｌａｙｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ　ｃｌａｙｓ，ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ，ｃｕｒｉｎｇ　ｔｉｍｅ　收稿日期：２００６—０２—２１　作者简介：叶鸿斌（１９７５一），男，助工，广州增城市公路管理局，广东广州５１１３００