胶州湾地区水泥土的无侧限抗压强度试验研究

潘月雷 王志强

1 概况

我国地域辽阔，分布着各种成因的软弱土层，其分布范围广、土层厚度大。软土的特点是含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差、抗剪强度低、沉降稳定时间长。近年来根据工业布局和城市发展规划，经常需要在软土地基上进行建筑施工。由于软土地基不良的建筑性能，因此需要对天然地基进行人工加固。常用的加固方法有排水、压密、加筋、固化等几类。在软土地基中搅拌掺入的各类固化剂，使软土固化是一种通用的地基加固方法。常用的固化剂主要有水泥和石灰。

国内很多专业人士对水泥土的特性进行了较多的研究，阮锦楼等[1]研究了水泥土无侧限抗压强度与龄期及水泥掺入比的变化关系;曹云等[2]通过室内试验研究了水泥土无侧限抗压强度与水泥掺入量、龄期、土的含水量、外加剂、水灰比之间的关系;曾庆军等[3]针对珠三角地区特定的水泥土进行了试验研究，得出正常养护环境下，由淤泥形成的水泥土具有中压缩性;本文针对胶州湾地区不同土层的原状土形成的水泥土的无侧限抗压强度进行了室内试验，并进行了深入的分析研究。水泥土在施工过程中会遇到各种各样的问题，而影响水泥土的强度，针对这些问题我们进行了水泥土的无侧限抗压强度试验，从而对水泥土搅拌法的设计和施工提供一些参考。

2 试验试样及方案

2.1 试验材料

本试验的所有试样均采自胶州湾地区的冲积平原，地层土性主要为淤泥和淤泥质粘土，含水量较高，地下水位接近地表。在水泥土搅拌桩施工之前对该地区的地质情况进行了详细的勘察，查明了地基土的物理、力学性质指标。该场地的各土层的物理力学性质指标见表1;本工程采用水泥为C30，其物理性质指标见表2。

表1 场地土层的物理力学性质

表2 水泥的物理力学参数

2.2 试样制备

本试验共抽取试样417个，其中试样破损27个，破损率为6.3%。所有试样均在水泥土搅拌桩施工结束28 d后用钻机取芯提取的。试样经过切石机制备出直径9 cm，高度为10 cm的径高比约为1∶1标准试样。然后用磨石机把试样两端面磨平。

2.3 试验方案

本试验严格根据CECS 03∶2007钻芯法检测混凝土强度技术规程和JTG 40-2007公路土工试验规程。

表3 试验统计结果

3 实验成果及分析

3.1 水泥土的无侧限抗压强度

本次试验共成功390个，其中水泥淤泥质土179个，水泥粘土147个，水泥砂土64个，其统计结果见表3。

图1 应力—应变曲线

3.2 水泥土的应力应变曲线特征

无侧限受压条件下水泥土的应力—应变可简化为如图1所示形状。从图形中可以明显看出水泥土的应力—应变曲线可分为四个阶段:

第一阶段:弹性阶段，随着应力的增长，水泥土的应力—应变近似相性关系。第二阶段:在应力接近峰值时，应变随应力的增大而明显增大，并出现峰值。此阶段为塑性阶段，试样出现裂纹后，应力保持不变，应变明显增加。第三阶段:为应力衰减阶段，应变快速增大，但应力减小。第四阶段:强化阶段。试样产生很大塑性变形，随着应变的增大应力基本不变。此时的强度为水泥土的残余强度，在水泥粘土中表现明显。

图2 水泥淤泥土的塑性破坏

图3 水泥粘土的破坏模式

图4 水泥砂土的脆性破坏

3.3 水泥土的几种破坏形式

水泥土破坏后的照片见图2～图4。

水泥土的破坏形式随着水泥掺入比的增加，破坏模式逐渐由塑性破坏变为脆性破坏。经过本次试验研究发现在水泥掺入比相同的情况下，土体的性质也对水泥土的无侧限抗压强度有较大影响。土体性质由淤泥—粘土—砂变化时，水泥土强度提高，刚度增大，破坏模式逐渐由塑性破坏发展到脆性破坏。

4 结语

1)水泥土的强度随水泥掺入量的增加而增加。2)不同水泥土的应力—应变曲线大体走势基本相同，但水泥掺入量越大，曲线中的脆性破坏现象越明显。在低水泥掺入量的情况下，表现为塑性破坏，当水泥掺入量达到一定程度后表现为脆性破坏。3)土体性质由淤泥—粘土—砂变化时，水泥土强度提高，刚度增大，破坏模式逐渐由塑性破坏发展到脆性破坏。水泥土的强度不只与水泥掺入量有关，而且受掺合土的性质影响较大。

[1]阮锦楼，阮 波.粉质粘土水泥土无侧限抗压强度试验研究[J].铁道科学及工程学报，2009，6(3):56-60.

[2]曹 云，徐奋强.水泥土无侧限抗压强度室内试验研究与分析[J].岩土工程界，2009，12(9):76-79.

[3]曾庆军，莫海鸿.珠三角地区现场水泥土的力学性质[J].华南理工大学学报，2006，34(7):115-119.

[4]高亚成，邓建青.水泥土的室内试验研究[J].河海大学学报，1999，27(5):103-106.

[5]宫必宁，李淞泉.软土地基水泥深层搅拌加固土物理力学特性研究[J].河海大学学报，2000(3):76-79.