水泥土搅拌桩的试验及研究

张军 陈红梅

摘 要：水泥搅拌桩作为一种地基加固新技术，具有许多优点.随着大量基础工程的建造，搅拌桩的应用也越来越广泛。本文通过某工程的水泥土室内抗压强度试验，定量的分析了影响水泥土搅拌桩承载力的主要因素，得出水泥掺量与水泥土抗压强度之间的关系及规律，为工程应用中水泥的最优掺量提供参考。通过对比试验，发现外加剂（三乙醇胺）对水泥土抗压强度有显著效果。

关键词： 水泥搅拌桩、室内试验、抗压强度、外加剂

一 引言

软土通常是指天然含水量大，压缩性高，承载力低的一类软塑到流塑状态的粘性土。常见的软土主要有淤泥和淤泥质土。软土是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积并经生物化学作用形成的。在软土地区建建筑物需要解决的最主要的问题是如何提高软土的承载力，减少软土的压缩性。

这些年来各地在软土地区进行工程建设时，广泛地采用了水泥搅拌法加固软土地基。水泥土搅拌桩既可以作为止水结构，也可以作为土体加固措施。水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就将软土和固化剂（液浆或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列的物理化学反应，使软土硬结成具有整体性，水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。这种方法在许多地方对加固软土地基确实起到了很好作用。

本文主要通过室内试验，分析水泥水泥掺量与水泥土抗压强度之间的关系及规律，为工程应用中水泥的最优掺量提供依据。

二 室内试验内容及结果

2.1 试验准备

（1）土样取自某工程的场地，该区域内第①2层为吹填土，深度约为6m，以淤泥质粉土粘土和粘质粉土为主，由于吹填土形成时间短，属欠固结土，土含水量高，孔隙比大，强度低等不良特性，土性较差。第②3-1层砂质粉土夹有多量薄层粘性土，成因内型为河口～滨海相沉积，以粉性土为主，含石英，文母，稍密～中密状，土性较好。

（2）试剂：普通硅酸盐水泥32.5级（425#）

（3）外加剂：三乙醇胺

2.2 室内试验配合比试验方案

試验中所选用的水泥土均为普通硅酸盐水泥32.5级（425#），水灰比0.55。土样为现场土，水为自来水。由于现场采用湿法施工，故实验室先将水泥按水灰比0.55配合搅拌后再与土混合，每组做三个平行试验，养护条件为普通水中养护。

注：①水泥掺入比是指水泥重量与湿土重量之比；

②所用外加剂为三乙醇胺，其掺入比为外加机与水泥质量之比

2.3 试样的制备

试块模具尺寸为 。按照上面的试验方案，根据配方分别称取土，水泥，外加剂（需要时）和水，先把湿土放入小型面粉机内搅拌1min，然后把配好水的水泥浆掺入湿土，继续搅拌1min，然后在选定的试验模内先装入一半试料，放在振动台上振动1min，再装入其余的试料后振动1min。最后将试件表面刮平，盖上塑料布防止挥发过快。试件成型后，一天后拆模，放入水中养护。

2.4 无侧限抗压强度试验及试验结果

采用WE-10B型压力试验机，以1.38mm/min的加荷速率进行水泥土的无侧限抗压强度试验，取三个试件的测试值的算术平均值作为该试件的无侧限抗压强度值，如单个试件的测试值与平均值的差值超过平均值的 15%时，该试件的测试值予以剔除，其余两个试件的测试值平均值的算术平均值作为改组试件的无侧限抗压强度值，如提出后的某组试件的测试值不足两个，改组试验结果视为无效。

根据试验结果，整理后的试验成果如表2-3，表2-4。

三 室内试验结果分析

3.1 水泥掺入量对水泥土强度影响

由于在工程中，掺量过小时水泥与土的固化反应过弱，水泥的固化程度低，强度的离散性大，加固效果不明显，故一般在研究及实际应用中，宜使水泥掺量大于7%，一般都大于10%。

从图3-1～3-4可以看出，不论何种土层，水泥土的抗压强度的总趋势是随着水泥掺入量的增加而增加。在水泥掺入量为10%～20%之间，水泥土的抗压强度随着水泥的掺量增加并非简单线性增长的关系。

从可以看出，除了①2层吹填土的7天无外加剂的水泥土外，其他的强度在水泥掺量从15%增大到17%时，其强度的增量都较小于水泥掺量15%同样水泥掺量增加而增加的强度小，这说明，当水泥掺量在15%～17%之间，水泥增加对强度的影响会降低，故在工程应用中，对设计水泥掺入量在这一范围内的情况要仔细研究，以避免不必要的浪费。

对龄期为28天的水泥土，当水泥掺入比在15%～17%时，水泥土中水泥掺量每提高1%时其抗压强度值增加值较小，为80.41kPa。而当水泥掺量在13%～15%，17%～20%时，水泥土中水泥掺量每提高1%时其抗压强度值增加较大。特别是17%～20%范围内，水泥掺量每提高1%水泥土抗压强度平均的提高126.95kPa，掺量增加的优势明显体现出来。

3.2 外加剂三乙醇胺在水泥土中作用研究

3.2.1 外加剂三乙醇胺对水泥土抗压强度影响结果与分析

外加剂三乙醇胺对混凝土性能影响的对比实验结果见表3-3、3-4。当加有外加剂时，对龄期同为28天的情况，在相同的水泥掺入量条件下，①2层吹填土水泥土和②3-1层砂质粉土水泥土的强度差值比无外加剂时要明显偏大，如掺量为10%时，无外加剂两层土的水泥土强度相差232.84kP，而有外加剂时相差为344.11kP，掺量为17%时，无外加剂两层土的水泥土强度相差317.43kP，而有外加剂时相差为464.64kP。

从试验结果对照可知，三乙醇胺对水泥土的强度有显著的增强作用，①2层吹填土7天抗压强度平均的提高了1.61倍，28天抗压强度提高了1.63倍。②3-1层砂质粉土7天抗压强度提高了1.48倍，28天的强度提高了1.47倍。从此也可以看出，外加剂对①2层吹填土的水泥土影响要比②3-1层砂质粉土水泥土大。这主要是这两层土的成因不同，其中所含的有机物等成分有很大的差别。

四 结论

1、在含水量一定的条件下， 水泥土的抗压强度的总趋势是随着水泥掺入量的增加而增加。在水泥掺入量为10%～20%之间，水泥土的抗压强度随着水泥的掺量增加并非线性增长的关系。水泥土抗压强度在水泥掺量从15%增大到17%时，其强度的增量都比较小于水泥掺量15%同样水泥掺量增加而增加的强度小，这说明，当水泥掺量在15%～17%之间，水泥掺量增加对强度的影响会降低，所以本工程以水泥掺量15%为最优的掺入比。

2、在水泥土中掺入三乙醇胺作为外加剂，能显著提高水泥土28天内的抗压强度。室内试验中，①2层吹填土7天抗压强度平均的提高了1.61倍，28天抗压强度提高了1.63倍。②3-1层砂质粉土7天抗压强度提高了1.48倍，28天的强度提高了1.47倍。

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