膠州灣地區(qū)水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

潘月雷 王志強(qiáng)

1 概況

我國地域遼闊，分布著各種成因的軟弱土層，其分布范圍廣、土層厚度大。軟土的特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、抗剪強(qiáng)度低、沉降穩(wěn)定時(shí)間長。近年來根據(jù)工業(yè)布局和城市發(fā)展規(guī)劃，經(jīng)常需要在軟土地基上進(jìn)行建筑施工。由于軟土地基不良的建筑性能，因此需要對(duì)天然地基進(jìn)行人工加固。常用的加固方法有排水、壓密、加筋、固化等幾類。在軟土地基中攪拌摻入的各類固化劑，使軟土固化是一種通用的地基加固方法。常用的固化劑主要有水泥和石灰。

國內(nèi)很多專業(yè)人士對(duì)水泥土的特性進(jìn)行了較多的研究，阮錦樓等[1]研究了水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期及水泥摻入比的變化關(guān)系;曹云等[2]通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入量、齡期、土的含水量、外加劑、水灰比之間的關(guān)系;曾慶軍等[3]針對(duì)珠三角地區(qū)特定的水泥土進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出正常養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，由淤泥形成的水泥土具有中壓縮性;本文針對(duì)膠州灣地區(qū)不同土層的原狀土形成的水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，并進(jìn)行了深入的分析研究。水泥土在施工過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，而影響水泥土的強(qiáng)度，針對(duì)這些問題我們進(jìn)行了水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，從而對(duì)水泥土攪拌法的設(shè)計(jì)和施工提供一些參考。

2 試驗(yàn)試樣及方案

2.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)的所有試樣均采自膠州灣地區(qū)的沖積平原，地層土性主要為淤泥和淤泥質(zhì)粘土，含水量較高，地下水位接近地表。在水泥土攪拌樁施工之前對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，查明了地基土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。該場地的各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1;本工程采用水泥為C30，其物理性質(zhì)指標(biāo)見表2。

表1 場地土層的物理力學(xué)性質(zhì)

表2 水泥的物理力學(xué)參數(shù)

2.2 試樣制備

本試驗(yàn)共抽取試樣417個(gè)，其中試樣破損27個(gè)，破損率為6.3%。所有試樣均在水泥土攪拌樁施工結(jié)束28 d后用鉆機(jī)取芯提取的。試樣經(jīng)過切石機(jī)制備出直徑9 cm，高度為10 cm的徑高比約為1∶1標(biāo)準(zhǔn)試樣。然后用磨石機(jī)把試樣兩端面磨平。

2.3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)嚴(yán)格根據(jù)CECS 03∶2007鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程和JTG 40-2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程。

表3 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)成果及分析

3.1 水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

本次試驗(yàn)共成功390個(gè)，其中水泥淤泥質(zhì)土179個(gè)，水泥粘土147個(gè)，水泥砂土64個(gè)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

圖1 應(yīng)力—應(yīng)變曲線

3.2 水泥土的應(yīng)力應(yīng)變曲線特征

無側(cè)限受壓條件下水泥土的應(yīng)力—應(yīng)變可簡化為如圖1所示形狀。從圖形中可以明顯看出水泥土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線可分為四個(gè)階段:

第一階段:彈性階段，隨著應(yīng)力的增長，水泥土的應(yīng)力—應(yīng)變近似相性關(guān)系。第二階段:在應(yīng)力接近峰值時(shí)，應(yīng)變隨應(yīng)力的增大而明顯增大，并出現(xiàn)峰值。此階段為塑性階段，試樣出現(xiàn)裂紋后，應(yīng)力保持不變，應(yīng)變明顯增加。第三階段:為應(yīng)力衰減階段，應(yīng)變快速增大，但應(yīng)力減小。第四階段:強(qiáng)化階段。試樣產(chǎn)生很大塑性變形，隨著應(yīng)變的增大應(yīng)力基本不變。此時(shí)的強(qiáng)度為水泥土的殘余強(qiáng)度，在水泥粘土中表現(xiàn)明顯。

圖2 水泥淤泥土的塑性破壞

圖3 水泥粘土的破壞模式

圖4 水泥砂土的脆性破壞

3.3 水泥土的幾種破壞形式

水泥土破壞后的照片見圖2～圖4。

水泥土的破壞形式隨著水泥摻入比的增加，破壞模式逐漸由塑性破壞變?yōu)榇嘈云茐摹＝?jīng)過本次試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在水泥摻入比相同的情況下，土體的性質(zhì)也對(duì)水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有較大影響。土體性質(zhì)由淤泥—粘土—砂變化時(shí)，水泥土強(qiáng)度提高，剛度增大，破壞模式逐漸由塑性破壞發(fā)展到脆性破壞。

4 結(jié)語

1)水泥土的強(qiáng)度隨水泥摻入量的增加而增加。2)不同水泥土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線大體走勢基本相同，但水泥摻入量越大，曲線中的脆性破壞現(xiàn)象越明顯。在低水泥摻入量的情況下，表現(xiàn)為塑性破壞，當(dāng)水泥摻入量達(dá)到一定程度后表現(xiàn)為脆性破壞。3)土體性質(zhì)由淤泥—粘土—砂變化時(shí)，水泥土強(qiáng)度提高，剛度增大，破壞模式逐漸由塑性破壞發(fā)展到脆性破壞。水泥土的強(qiáng)度不只與水泥摻入量有關(guān)，而且受摻合土的性質(zhì)影響較大。

[1]阮錦樓，阮 波.粉質(zhì)粘土水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)及工程學(xué)報(bào)，2009，6(3):56-60.

[2]曹 云，徐奮強(qiáng).水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)研究與分析[J].巖土工程界，2009，12(9):76-79.

[3]曾慶軍，莫海鴻.珠三角地區(qū)現(xiàn)場水泥土的力學(xué)性質(zhì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34(7):115-119.

[4]高亞成，鄧建青.水泥土的室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27(5):103-106.

[5]宮必寧，李淞泉.軟土地基水泥深層攪拌加固土物理力學(xué)特性研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(3):76-79.