海相軟黏土改性后的強度試驗研究

王昊嵐 王鷹 尤靜霖

摘 要：采用水泥漿液多軸深層攪拌工藝，對湛江某企業廠房軟黏土地基進行了塊狀加固。對經室內配比改性后的水泥土進行了無側限抗壓強度試驗，并和現場施工條件下的無側限抗壓強度進行了對比分析，給出了用于工程設計分析時應采用的水泥土強度折減率。

關鍵詞：軟黏土;海相沉積;深層攪拌法;無側限抗壓強度

中圖分類號：TU472 文獻標識碼：A

Abstract：In this study，the design strength of the deep cement mixing modifier and the unconfined compressive strength of the site modifier were compared and analyzed by the field application of deep cement mixing method.The strength reduction rate of modified marine soft clay should be used in engineering design analysis was given.

Keywords：soft clay;marine deposit;deep cement mixing method;unconfined compressive strength

1 概述

在沿海軟土地基的各種工程建設中，以水泥作為固化劑的主要材料，通過深層攪拌機械將固化劑和地基土強制攪拌的深層攪拌法有著廣泛的應用。深層攪拌法是將軟土與固化劑充分攪拌混合，形成柱狀水泥土攪拌樁，在短時間內即可獲得早期強度，提高軟土地基的承載能力。該工法具有施工噪聲和振動低，加固深度大，可以快速提高地基強度等優點。目前，深層攪拌法已廣泛應用于基坑支護結構、港口防波堤及護岸、水庫防滲墻、沉管隧道、垃圾填埋場的護墻等領域[1-3]。深層攪拌法既適用于黏土，也適用于砂土。本文應用深層攪拌法對海相沉積軟黏土地基進行改性加固，對現場水泥土的無側限抗壓強度進行了測試，并與同等配比條件下的室內試驗結果對比分析，試驗研究成果對類似工程的設計與施工具有重要參考價值。

2 室內配比試驗

本研究依托廣東湛江某廠房軟土地基加固工程，該場地地基土為高塑性黏土，天然含水量為75.9%，黏土百分比為65.2%，砂土百分比為30.2%，沉泥百分比為4.6%，小于0.075mm的細粒含量為95.4%，液限含水量為68%，塑限含水量為25.2%，塑性指數為42.8，土粒比重為2968，濕重度為15.12kN/m3，原狀土樣的無側限抗壓強度為27kPa。從現場取樣，并進行實驗室配比試驗。

在實驗室配比試驗中，水泥采用525#礦渣水泥，水分別采用淡水和海水。將水灰比和單位水泥用量分為3種情況進行攪拌：水灰比W/C分別為80%、90%和100%;單位水泥質量分別為250kg/m3、300kg/m3和350kg/m3時，測定不同硬化時間7天、28天和90天的無側限抗壓強度。試驗結果數據匯總見表1。

圖1為單位水泥質量為250kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側限抗壓強度qu與水灰比W/C的關系曲線圖;圖2為單位水泥質量為300kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側限抗壓強度qu與水灰比W/C的關系曲線圖;圖3為單位水泥質量為350kg/m3時，不同齡期情況下，淡水和海水的無側限抗壓強度qu與水灰比W/C的關系曲線圖。

結果表明：室內配比試驗條件下，水泥土試樣的28d無側限抗壓強度均大于3MPa;齡期90d的水泥土無側限抗壓強度均大于4MPa;使用海水比使用淡水對提高水泥土的無側限抗壓強度更為有利一些。

3 施工現場試驗

采用水泥漿液深層攪拌法對地基進行塊狀加固處理，采用525#礦渣水泥，單位水泥質量270kg/m3，水灰比為08∶1，設計標準強度1.50MPa，加固深度17.5m。在工地進行了現場試驗，采用雙管單動取樣器于5個代表性試驗點（D1～D5）鉆取芯樣，測試了水泥土的無側限抗壓強度。分別在施工后第7天、28天、90天，在現場不同試驗點各進行了3次無側限壓縮試驗，試驗結果見表2。硬化時間為28天時，現場水泥土無側限抗壓強度為1.10～510MPa，除試驗點位D5外，其強度均小于室內配比試驗的無側限抗壓強度。

4 試驗結果的比較與分析

為比較室內與現場的無側限壓縮試驗結果，在單位水泥質量為250kg/m3和300kg/m3時，水灰比平均值為80%的條件下，實驗室測得的水泥土無側限抗壓強度：養護7天后的平均值為2.68MPa，養護28天的為4.36MPa，養護90天的為5.094MPa。現場試驗測得的水泥土無側限抗壓強度平均值：7天為1.56MPa，28天為2.92MPa，90天為334MPa。結果表明，現場強度僅為同期室內試驗結果的58.2%、67.0%和65.6%。因此，現場施工的水泥土強度比實驗室的測試結果要低，其強度降低率為33.0%～418%，強度差隨養護時間的延長而減小。

國內外的相關報道均表明[6]，室內和現場條件下水泥土的強度試驗結果會存在客觀差異，究其原因主要有：

（1）兩種條件下的攪拌均勻程度不同。工程施工現場條件下的水泥土攪拌均勻程度對其無側限抗壓強度影響顯著，水泥土攪拌不勻將顯著降低其無側限抗壓強度，顯而易見，室內試樣拌和的均勻程度要遠高于現場試樣的均勻程度。現場施工過程中，受機械設備、施工工藝等因素的影響，可能會存在機械攪拌、切削水泥土不夠充分，導致水泥與未被切削的黏土團形成包裹土團的水泥漿，而土團內部沒有水泥漿或土團內實際水泥摻入比小于設計值，這樣就會使得現場水泥土強度低于室內試驗強度。

（2）水泥摻入比不一致。施工過程中的冒漿現象，會使部分水泥漿冒出地表，造成現場施工的實際水泥摻入比小于室內試驗摻入比，水泥土的無側限抗壓強度必然降低。

（3）試驗方法的局限性。室內與現場試驗的制樣方法、養護條件等不盡相同，室內試驗制樣多采用立方體試件，而現場鉆芯取樣試塊多為圓柱體，水泥土試樣形狀及尺寸效應對其強度也是有影響的;室內養護條件一般選擇標準養護，而現場水泥土的養護條件與室內水養相似，與標準養護存在一定差異，室內養護的溫度、濕度及與空氣的接觸程度較現場更有利于水泥土的碳酸化程度和強度的提高。

（4）土樣的代表性。受限于取土深度和采樣數量的影響，有些土樣代表性差，和現場土質條件不一致，也是引起室內外水泥土強度差異的原因之一。

結語

對室內配比試驗和深層攪拌法施工現場試驗獲得的水泥土無側限抗壓強度進行了比較與分析。試驗結果表明：

（1）現場施工水泥土的無側限抗壓強度和室內試驗的強度值相比，其降比高達41.8%;

（2）現場試驗測試的水泥土無側限抗壓強度為室內試驗值的0.58～0.66倍，考慮室內試驗與現場強度差隨養護期的延長而減小，建議工程設計分析時，將水泥土的無側限抗壓強度取為室內試驗值的0.6倍。

參考文獻：

[1]梁志榮，李忠誠，劉江.水泥土攪拌樁取芯與取漿兩種強度檢測分析[J].巖土工程學報，2010，32（S1）：435-439.

[2]楊宏程.水泥土攪拌樁在沿海變電站中的實際應用[J].中國新技術新產品，2012（6）：63-64.

[3]陳俊華.水工建筑地基處理中深層攪拌法的應用[J].工程技術與應用，2019（5）：52-53.

[4]范利頻.深層攪拌法在軟土地區工程中的應用[D].天津大學，2010.

[5]祝啟峰.淺談水泥攪拌樁施工質量控制[J].價值工程，2017（8）：137-139.

[6]艾志偉，羅嗣海，曾勇，等.水泥土強度室內外試驗對比研究[J].江西理工大學學報，2013，34（3）：47-53.

作者簡介：王昊嵐（1997— ），女，漢族，河北邢臺人，在讀碩士，研究方向：巖土工程;尤靜霖（1997— ），女，漢族，河北衡水人，在讀碩士，研究方向：巖土工程。

*通訊作者：王鷹（1989— ），男，滿族，河北承德人，碩士，工程師，項目經理，研究方向：巖土工程。