型鋼水泥土復合攪拌樁用新型水泥土研究

2024-03-04 03:58:40申曉明高春蕾姚云飛張琳娜

建材世界 2024年1期

申曉明,高春蕾,孫佳,姚云飛,池帥,張琳娜

(1.中交路橋華東工程有限公司,上海 201203;2.中國建筑科學研究院有限公司,北京 100013; 3.建筑安全與環境國家重點實驗室,北京 100013;4.國家建筑工程技術研究中心,北京 100013)

型鋼水泥土復合攪拌樁支護結構,也稱為SMW(Soil Mixing wall)工法。SMW工法的基本原理是在水泥土深層攪拌樁中插入型鋼形成一種新穎的樁排式地下連續墻?；谲浲粱拥膹碗s性和特殊性,型鋼水泥攪拌樁作為一種新型的施工技術在深基坑支護設計施工中已被推廣應用,尤其在土質松軟、含水量較大等地質環境差的工程中,型鋼水泥攪拌樁具有支護性能好、施工便捷、止水效果好、造價低、型鋼可回收利用等特點,其應用越來越廣泛。水泥土攪拌樁將水泥粉末或水泥漿通過動力泵送到地下,采用攪拌葉將其與軟弱土體進行充分攪拌使之形成樁體。型鋼水泥土攪拌樁中水泥土不僅起到基坑隔水作用,更重要的是還承擔著對型鋼的包裹嵌固作用。型鋼水泥土攪拌樁的設計施工參數,例如水泥和土用量比例,目前多憑借經驗施工法開展相關工作,施工質量難以得到保證。

隨著國家雙碳戰略發展的要求,固廢綜合利用的不斷推進,國內外學者從水泥土配比各項影響因素出發進行的相關技術研究也不斷增多。魏建平[1]通過進行水泥土攪拌樁室內配合比試驗發現抗壓強度隨水泥摻量提高而增加、隨齡期增長而增大,不同地基土,水灰比的選擇也會有所不同。阮波等[2]對淤泥質粉質黏土水泥土進行室內配比試驗,研究發現水泥標號對水泥土無側限抗壓強度的影響最大,其次是水泥摻入比,影響最小的是含水率。沈建國等[3]研究發現使用大摻量摻合料可以保證水泥土的力學性能,也可以提高復合地基水泥土的防腐蝕性能。徐威等[4]研究發現石粉作為一種外摻劑能大幅提高水泥土的強度。綜上可以看出通過調整相應的水泥土配比摻加一定量摻合料可以改善相應的力學、防腐等性能。

論文以阜寧縣棚戶區改造(湖畔景苑)EPC工程總承包項目為依托,通過對該項目攪拌支護樁涉及的填土、粉質粘土、灰色淤泥質粉質粘土進行相關試驗,得到了相應的無側限抗壓強度影響規律。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗用土為阜寧縣棚戶區改造(湖畔景苑)EPC工程總承包項目現場土樣,三層土樣勘探結果數據如下:1層素填土:雜色,結構松散,濕-很濕,主要成分為粉質黏土,夾少量碎磚、石子等建筑垃圾,上部含大量植物根莖,土質不均勻。場區普遍分布,為人工填土。2層粉質黏土:灰黃色,可塑向下漸變軟塑,飽和,含少量鐵錳質氧化物,土質欠均勻。3層淤泥質粉質黏土:灰黃-灰色,流塑,飽和,不均勻夾少量粉性土或粉砂薄層(單層厚度2～5 mm),具微層理,土質欠均勻。其中,粉質粘土、淤泥質粉質黏土指標見表1。

表1 現場土樣物理力學指標

試驗用水泥選用江蘇八菱形海螺水泥生產的普通硅酸鹽水泥PO42.5,相關指標見表2。

表2 水泥化學成分

試驗用土固化劑采用雙組分,組分1與組分2相關指標,見表3。

表3 固化劑主材化學成分 /%

1.2 試驗方案與試樣制備

依據該項目設計圖紙相關規定,工程基坑總體采用雙軸水泥土攪拌樁壩體(內插H500×300×11×18型鋼)、放坡相結合的圍護形式。采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥,要求水泥應新鮮、干燥、無結塊現象。

采用膠凝材料純水泥和固化劑摻加土樣進行相關試驗,摻加比例為膠凝材料/(土樣+膠凝材料),具體見表4,土流動度控制在(170±10)mm。

表4 膠凝材料摻加比例

1.3 無側限抗壓強度試驗

依據JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設計規程》附錄B.2的相關試驗方法進行相關試驗和結果計算。

2 結果與分析

2.1 抗壓強度結果

分別測試試塊7 d、14 d、28 d抗壓強度結果,具體見表5、圖1。

表5 試件抗壓強度檢測結果

依據試驗結果可以看出:1)隨著固化劑的摻量增加,素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土抗壓強度均增加;2)素填土與粉質黏土在固化劑摻量10%、淤泥質粉質黏土在固化劑摻量12%即可達到設計要求的0.8 MPa;3)素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土在固化劑摻量14%時的試件抗壓強度均高于摻加水泥15%的試件抗壓強度;4)摻加水泥和固化劑的試件,隨著齡期的增長,抗壓強度均增長。