水泥深層攪拌樁(濕法）室內試驗研究

李鳳云

（珠海交通工程技術有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

水泥深層攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過攪拌機械在地基深處將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間的物理及化學反應，使軟土固結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基或地下擋土構筑物[1]。深層水泥攪拌樁適用于加固淤泥、淤泥質土、黏土、粉質黏土、粉土等地基，特別適用于含水量大于30%的各類軟土地基，最大加固深度可達20 m。

水泥深層攪拌樁具有無振動、無噪聲、無環境污染和費用低廉等優點，被廣泛應用于工業與民用建筑、市政、道路、港口以及地下擋土構筑物中。20世紀70年代中期，國外（日本、瑞士）開始在加固工程中實際應用水泥深層攪拌樁技術，我國于80年代在工程領域正式采用。

水泥深層攪拌樁施工前，必須進行室內試驗，針對被加固土的性質，選擇合適的固化劑和外摻劑，并確定合適的室內配合比，為現場試樁提供可靠的數據，并為攪拌樁施工提供依據。

室內試驗前，首先要進行現場調查，查明加固區域內最軟土層的天然含水量、酸堿度（pH）、主要礦物成分、腐殖質及有機質的含量等。當采用水下深層水泥攪拌法處理偏酸性軟土、泥炭土和腐殖質或有機質含量較高的軟土、地下水具有侵蝕性的軟基時，應在工程建設前通過試驗分析其加固效果。

水泥土的抗壓強度宜取28 d或90 d齡期的立方體抗壓強度，影響水泥土強度的因素主要有土質、水泥品種及強度等級、外摻劑、齡期、水泥摻加量等。

2 室內配合比設計

2.1 原材

1）水泥：選用江門海螺水泥有限公司生產的P·O52.5R、P·O42.5R、P·C32.5R水泥，按照相關規范分別對其物理力學性能進行了檢測，檢測結果如下：

P·O52.5R水泥標準稠度用水量為27.4%；初凝時間為140 min，終凝時間為172 min；3 d抗折強度為6.7 MPa，3 d抗壓強度為35.2 MPa；28 d抗折強度為8.4 MPa，28 d抗壓強度為54.7 MPa；P·O42.5R水泥標準稠度用水量為26.9%；初凝時間為152 min，終凝時間為189 min；3 d抗折強度為5.8 MPa，3 d抗壓強度為31.8 MPa；28 d抗折強度為7.8 MPa，28 d抗壓強度為49.1 MPa；P·C32.5R水泥標準稠度用水量為26.7%；初凝時間為163 min，終凝時間為195 min；3d抗折強度為5.0 MPa，3d抗壓強度為22.9 MPa；28 d抗折強度為6.7 MPa，28 d抗壓強度為38.9 MPa。

2）土樣：珠海大道擴建工程1標段現場原狀土，經檢測，pH值為7.10，有機質含量為2.30%，硫酸根含量為1.02 g/kg，天然含水率為63.2%，天然密度為1.62 g/cm3，風干土的含水率為2.1%；

3）水：現場施工用水，pH值為7.12（與現場土樣pH值相符），其他指標經檢測滿足混凝土拌和用水技術要求。

2.2 配合比設計依據

JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設計規程》中要求，水泥土的每種配合比宜進行7 d、28 d和90 d三種齡期的試驗。無特殊要求的工程，水泥土的性能指標宜以90 d齡期的試驗結果為準；有特殊要求的工程，水泥土的性能指標可按設計要求執行[2]。

2.3 試驗數據分析

2.3.1 水泥摻量與強度的關系分析

設定水灰比為0.60；水泥摻量按10%、12%、14%、16%、18%分別配制；檢測其7 d、28 d、90 d抗壓強度。

采用P·C32.5R水泥，水泥摻量與抗壓強度關系如圖1所示；采用P·O42.5R水泥，水泥摻量與抗壓強度關系如圖2所示。

圖1 水泥摻量與抗壓強度關系圖（P·C32.5R）

圖2 水泥摻量與抗壓強度關系圖（P·O42.5R）

從圖1、圖2可看出，無論采用哪個規格的水泥，水泥土試件立方體抗壓強度均隨著水泥摻量的增加而呈線性增大，與水泥品種無關?？梢?，水泥作為一種固化劑，摻加量越大，加固效果就會越好。

2.3.2 水泥強度等級與水泥土立方體抗壓強度的關系

水灰比設定為0.60，水泥摻量設定為16%。同一環境條件下，分別用P·O52.5R、P·O42.5R、P·C32.5R水泥制作立方體抗壓強度試件，檢測其7 d、28 d、90 d抗壓強度。水泥強度等級與水泥土立方體抗壓強度的關系如圖3所示。

圖3 水泥強度等級與水泥土立方體抗壓強度的關系圖

從圖3可看出，在水泥摻量和水灰比一定的情況下，水泥強度等級越高，水泥土的立方體抗壓強度就越高，水泥土加固效果就越好。

沿海地區深層淤泥土的含水量和有機質含量較大，而有機質使土層具有較大的水容量和塑性、較大的膨脹性和低滲透性，且土層具有一定的酸性，這些都阻礙了水泥水化反應的進行，造成加固后的土質強度一般較低。選用強度等級低的水泥，通過加大水泥用量進行施工時，樁身強度和質量往往不能滿足設計要求，而強度高的水泥單價又高，因此，綜合經濟因素考慮，宜優先選用P·O42.5R及以上強度等級的水泥。

可見水泥強度等級的選擇，除考慮滿足設計要求外，還需與經濟要素相結合。

2.3 .3齡期與立方體抗壓強度的關系分析

水泥摻量14%、18%；成型7 d、14 d、28 d、56 d、90 d立方體抗壓強度試件。

P·C32.5R水泥，齡期與立方體抗壓強度關系見圖4；P·O42.5R水泥，齡期與立方體抗壓強度關系如圖5所示。

圖4 齡期與立方體抗壓強度關系圖（P·C32.5R）

圖5 齡期與立方體抗壓強度關系圖（P·O42.5R）

從圖4、圖5可看出，水泥土的抗壓強度隨著齡期的增大而增大，呈對數關系。因水泥攪拌樁中水泥的摻量較小，水泥的硬化速度緩慢，故水泥土的強度增長較緩慢，室內試驗只檢測至90 d齡期的抗壓強度，實際強度在90 d后仍在不斷增長。

2.3.4 水灰比與強度的關系

水泥摻量選用14%；水灰比分別選用0.50、0.55、0.60；分別測其不同齡期的抗壓強度。

水泥選用P·C32.5R時，水灰比與強度的關系如圖6所示；水泥選用P·O42.5R時，水灰比與強度的關系如圖7所示。

圖6 水灰比與強度的關系圖

圖7 水灰比與強度的關系圖

從圖6、圖7可看出，水灰比和強度存在一定的相關性，水灰比越小強度越大。但在實際施工中水灰比太小，會造成土層攪拌不勻，漿液無法壓進。雖然水灰比大容易攪拌均勻，但是水灰比過大時強度和成樁質量不能保證。

2.4 地下水中硫酸鹽含量高的情況

珠海為沿海地區，部分地區地下水中含有大量的硫酸鹽，為提高水泥土的抗侵蝕性，分別選用普通水泥和高抗硫酸鹽水泥成型水泥土試塊進行抗硫酸鹽侵蝕試驗（水泥經檢測均滿足相應的標準規范要求，按同一配合比制作水泥土試塊，浸泡在1.5%的硫酸鈉溶液中）。

江門海螺P·C32.5R、P·O42.5R水泥成型試塊，在28 d和34 d內全部開裂、膨脹和破壞；英德海螺P·C32.5R、P·O42.5R水泥成型試塊，在26 d和35 d內全部開裂、膨脹和破壞；英德海螺42.5高抗硫酸鹽水泥成型試塊，在90 d內未出現任何破壞跡象。

從試驗結果可以看出來，使用普通水泥拌制的水泥土試件受硫酸鹽侵蝕時容易發生開裂、膨脹、崩壞，喪失強度；選用抗硫酸鹽侵蝕的水泥，可以使水泥土產生的結晶膨脹物控制在一定范圍之內，則可大大提高水泥土的抗侵蝕性。

3 結語

因為水泥土的強度與水泥的摻量、水泥的強度等級、齡期、水灰比密切相關，所以，施工前必須進行室內配合比設計等相關試驗，根據室內配合比設計資料進行現場試樁，以取得滿足設計和施工要求、滿足現場實際使用的機械設備、經濟實用的施工配合比。對海水滲入的沿海地區，應選用抗硫酸鹽水泥，以提高水泥深層攪拌樁的抗侵蝕性。