水泥土攪拌樁施工參數(shù)對(duì)樁體強(qiáng)度的影響研究

江 培 兵

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司地質(zhì)路基設(shè)計(jì)研究處，湖北 武漢 430063)

1 概述

水泥土攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過(guò)攪拌和輸漿設(shè)備，在地基土體內(nèi)將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌混合，利用固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的復(fù)合地基處理方法。該復(fù)合地基處理方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、施工速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基[1]。水泥土攪拌樁已廣泛應(yīng)用于我國(guó)東南沿海和內(nèi)陸軟土地區(qū)，現(xiàn)有的研究主要關(guān)注于水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)及檢測(cè)技術(shù)，而對(duì)于水泥土攪拌樁的施工工藝參數(shù)的積累較少，有必要研究工藝參數(shù)對(duì)成樁質(zhì)量的影響，引起設(shè)計(jì)與施工的重視，以合理確定工藝參數(shù)、保證成樁質(zhì)量。

穿山港車站位于寧波市北侖區(qū)郭巨鎮(zhèn)華峙村，北側(cè)距海邊730 m，西側(cè)距海邊703 m，場(chǎng)地內(nèi)存在深厚淤泥質(zhì)黏土層，設(shè)計(jì)大面積采用水泥土攪拌樁處理軟土地基。本文根據(jù)穿山港站水泥土室內(nèi)配合比試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試樁檢測(cè)結(jié)果，主要分析了水泥漿水灰比、摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)四個(gè)施工參數(shù)對(duì)成樁質(zhì)量的影響。

2 室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果分析

為掌握現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況，了解加固水泥品種、摻入量、水灰比對(duì)水泥強(qiáng)度的影響，求得齡期與強(qiáng)度的關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)計(jì)算和施工工藝提供可靠的參數(shù)，工區(qū)委托中心實(shí)驗(yàn)室在監(jiān)理見(jiàn)證下在工地現(xiàn)場(chǎng)取樣，利用施工現(xiàn)場(chǎng)的淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行了一系列室內(nèi)配合比試驗(yàn)。進(jìn)行了在水灰比分別為0.45,0.5,0.55時(shí)，在水泥摻入量55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m,70 kg/m,75 kg/m情況下試件的28 d齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，共15個(gè)試驗(yàn)組，為了盡可能消除對(duì)比試驗(yàn)的干擾因素，每試驗(yàn)組均3個(gè)試樣，取每組試驗(yàn)的立方體抗壓強(qiáng)度平均值分析，試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果表1與圖1，本文做了攪拌樁每米水泥摻量、水灰比兩個(gè)因素對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響分析。5種水泥摻入量下的28 d齡期的強(qiáng)度能達(dá)到1.57 MPa以上，在三種不同水灰比的情況下，試件的強(qiáng)度均隨每米水泥摻量的增加而增加，水灰比為0.45與0.55時(shí)試件強(qiáng)度隨水泥摻量增加而增長(zhǎng)的趨勢(shì)較為明顯，且在這兩種水灰比的情況，增長(zhǎng)趨勢(shì)較為相似。水灰比為0.45時(shí)各種水泥摻量下的強(qiáng)度始終大于水灰比為0.55時(shí)對(duì)應(yīng)水泥摻量下的強(qiáng)度，強(qiáng)25%～35%。水灰比為0.5的情況下試件強(qiáng)度隨水灰比的增加而增長(zhǎng)的趨勢(shì)比較慢，但是其在55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m水泥摻量的情況下具有較高的強(qiáng)度。室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明穿山港地區(qū)的淤泥質(zhì)黏土在水灰比為0.5時(shí)可以在保證在水泥摻量在較小的情況下達(dá)到較高的強(qiáng)度，選用0.5水灰比可達(dá)到節(jié)約水泥用量的目的，為類似工程提供參考。

表1 水泥土試件立方體抗壓強(qiáng)度

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果分析

利用室內(nèi)水泥土配比試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁試驗(yàn)，以確定滿足設(shè)計(jì)要求的施工工藝和施工參數(shù)，工區(qū)在穿山港站DK23+400～DK23+412走行軌J2股道附近進(jìn)行了水泥土攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)成樁試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)里程試樁范圍地層情況為地面以下4 m深度為粉質(zhì)黏土層，粉質(zhì)黏土層以下分布層厚約30 m的淤泥質(zhì)黏土層。水泥土攪拌樁試樁樁徑0.5 m，樁間距1.4 m，正方形布置，樁長(zhǎng)12 m，進(jìn)入淤泥質(zhì)黏土層9 m左右，固化劑為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，部分試樁摻入SN201-A摻加劑，攪拌樁水泥摻入量不小于55 kg/m，水泥漿水灰比為0.5。施工單位進(jìn)行水泥土攪拌樁施工時(shí)復(fù)攪遍數(shù)有兩攪兩噴、四攪兩噴、六攪兩噴三種類型，施工完成一段時(shí)間后，進(jìn)行水泥攪拌樁強(qiáng)度及復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，本文選取共12根比較有代表性的水泥攪拌樁的鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[2]，分為3組，分別分析其樁體強(qiáng)度與摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)之間的關(guān)系。

3.1 摻加劑SN201-A與樁體強(qiáng)度的關(guān)系

選取編號(hào)B219-4,B219-8,B215-6,B215-8四根試樁分析不同摻加劑SN201-A劑量對(duì)水泥土攪拌樁樁體強(qiáng)度的影響。12 m長(zhǎng)的水泥土攪拌樁高度分為三個(gè)區(qū)間，每一高度區(qū)間取三個(gè)試樣，抗壓試件均為圓柱體，標(biāo)準(zhǔn)直徑90 mm，高度為90 mm，根據(jù)樁體不同深度試件的鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn)齡期37 d)結(jié)果分析，從圖2可以看出，在水灰比為0.5，水泥摻量為55 kg/m時(shí)，四根試樁的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均偏小，小于規(guī)定的1.0 MPa,且未摻入SN201-A的試樁與另外三根摻入SN201-A的試樁鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度接近，隨著SN201-A摻入量的增加樁體強(qiáng)度并沒(méi)有明顯的提升，說(shuō)明在水灰比0.5，水泥摻量55 kg/m的情況下，通過(guò)加入摻加劑SN201-A來(lái)提高樁體強(qiáng)度的效果并不明顯。通過(guò)不同深度試件的鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，樁體0 m～3 m 范圍內(nèi)的強(qiáng)度明顯大于3 m以下范圍內(nèi)的強(qiáng)度，原因是上部土層為粉質(zhì)黏土層，下部為淤泥質(zhì)黏土層，粉質(zhì)黏土層土質(zhì)較好，成樁后質(zhì)量更好，淤泥質(zhì)黏土層土質(zhì)較差，成樁后質(zhì)量較差。

3.2 水泥摻量與樁體強(qiáng)度的關(guān)系

選取編號(hào)B218-9,ZDX-3,ZDX-6,ZDX-49,ZDX-53五根試樁分析不同水泥摻量對(duì)水泥土攪拌樁樁體強(qiáng)度的影響，水灰比為0.5，水泥摻入量分別為55 kg/m,60 kg/m,65 kg/m,70 kg/m,75 kg/m，試驗(yàn)齡期37 d，得到的鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線如圖3所示，從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值具有一定的離散性[3]，但是能看出在水泥摻量為55 kg/m～70 kg/m時(shí)，隨著每米水泥摻量的增加，樁體的強(qiáng)度也相應(yīng)的增加，但是增加的幅度逐漸減小，水泥摻量為75 kg/m時(shí)樁體的強(qiáng)度小于65 kg/m和70 kg/m，與60 kg/m水泥摻量時(shí)的強(qiáng)度接近，分析其原因可能是由于水泥量加大以后可能會(huì)引起攪拌時(shí)水泥與土體未能充分?jǐn)嚢?，不能形成一個(gè)均勻硬化的整體。

3.3 復(fù)攪遍數(shù)與樁體強(qiáng)度的關(guān)系

選取編號(hào)ZDX-43,ZDX-47,ZDX-52,三根試樁分析不同復(fù)攪遍數(shù)對(duì)水泥土攪拌樁樁體強(qiáng)度的影響，水灰比為0.5，水泥摻入量分別為75 kg/m，試驗(yàn)齡期37 d，得到的鉆芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度曲線如圖4所示，從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，兩攪兩噴情況下的樁體強(qiáng)度明顯小于四攪兩噴和六攪兩噴的樁體強(qiáng)度，四攪兩噴和六攪兩噴的樁體強(qiáng)度較為接近，原因是因?yàn)樵谒鄵搅枯^大的情況下，通過(guò)增加復(fù)攪遍數(shù)可以使水泥漿與地基土充分?jǐn)嚢杈鶆蛴不烧w，從而使得樁體強(qiáng)度能得到一定程度的提高，但是通過(guò)提高復(fù)攪遍數(shù)來(lái)提高樁體強(qiáng)度具有一定的限度，在達(dá)到一定復(fù)攪遍數(shù)以后樁體強(qiáng)度將不再隨復(fù)攪遍數(shù)的增加而增大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)穿山港站水泥土攪拌樁室內(nèi)配比試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，主要分析了水泥漿水灰比、摻加劑SN201-A、水泥摻入量、復(fù)攪遍數(shù)這四個(gè)施工參數(shù)對(duì)成樁質(zhì)量的影響，得出結(jié)論與建議如下：

1)穿山港地區(qū)的淤泥質(zhì)黏土在三種不同水灰比的情況下，試件的強(qiáng)度均隨每米水泥摻量的增加而增加，為0.5時(shí)可以在保證在水泥摻量在較小的情況下達(dá)到較高的強(qiáng)度，選用0.5水灰比可達(dá)到節(jié)約水泥用量的目的，為類似工程提供參考。

2)在水灰比0.5，水泥摻量55 kg/m的情況下，通過(guò)加入摻加劑SN201-A來(lái)提高樁體強(qiáng)度的效果并不明顯。通過(guò)增加水泥摻量可使樁體的強(qiáng)度得到較大幅度的增長(zhǎng)，但是增加的幅度逐漸減小，水泥摻量為75 kg/m時(shí)樁體的強(qiáng)度小于65 kg/m和70 kg/m，與60 kg/m水泥摻量時(shí)的強(qiáng)度接近，分析其原因可能是由于水泥量加大以后會(huì)引起攪拌時(shí)水泥與土體未能充分?jǐn)嚢?，不能形成一個(gè)均勻硬化的整體。

3)通過(guò)增加復(fù)攪遍數(shù)可以使水泥漿與地基土充分?jǐn)嚢杈鶆蛴不烧w，從而使得樁體強(qiáng)度能得到一定程度的提高，但是通過(guò)提高復(fù)攪遍數(shù)來(lái)提高樁體強(qiáng)度具有一定的限度，在達(dá)到一定復(fù)攪遍數(shù)以后樁體強(qiáng)度將不再隨復(fù)攪遍數(shù)的增加而增大。