宋建华

近年来,深层搅拌注浆制桩工艺在基础设施、水利设施、堤防工程及公路等工程建设方面已获得日益广泛的运用。深层搅拌注浆工艺是利用深层注浆搅拌的原理,向土壤中注入水泥浆(或石灰等其他化学掺加剂)作为主固化剂,通过特制的深层搅拌机械设备在地基深处,将固化剂和原软土层强制加以搅拌,使之固化成墙的方式来加固软弱坝基及基础防渗,其显著的加固效果、低廉的工程造价、广泛的适用地层等优点使得该种化学加固工艺日益受到设计者的青睐。2003年新疆水利水电科学研究院将该施工技术引进新疆地区,由于没有施工技术规范参考,我院展开了搅拌桩水泥配合比的研究。

1 概述

水泥土搅拌桩防渗墙是将连续的桩连接成墙的形式,使软土地基补强,同时连续的墙又有防渗效果,在坝基处理中,主要是要求墙体的防渗性能,同时考虑墙体的强度。为了满足设计的防渗要求,必须进行水泥加固土的室内配合比试验及野外试验。本文根据呼图壁县大海子水库除险加固工程坝基防渗设计要求对水泥土室内配合比进行试验,通过不同水灰比进行试验对比,分析影响水泥土强度、渗透系数的各因素。

2 试验方法

在呼图壁大海子水库除险加固工程工地取样进行室内试验,分析在同种土质情况下,水泥掺量分别为 10%,15%,20%,粉煤灰掺量分别为水泥用量的 50%,100%时,水泥土渗透系数的变化,选出渗透系数最小,水泥用量最佳的水泥土。将最佳的室内试验结果应用到工程施工中,在实际施工中取样分析,验证试验结论。

3 试验内容与结果

3.1 试验过程

研究内容分为两部分进行：室内试验和野外试验。

1 )室内试验。

在室内进行了砂土、粘土、细砂三种土质的水灰比试验,试验结果如表1所示,从表1中可以看出,对粘土而言,编号 2的水泥土试样的渗透系数最小,值为6.3×10-8cm/s,90 d强度最大,值为4.67MPa;水灰比为2.23∶1∶0;编号12的水泥土试样的渗透系数为4.5×10-7cm/s,90 d强度为1.90MPa;水灰比为4.37∶1∶1。综合水灰比和渗透系数两个指标考虑,最终确定粘土的水灰比的编号为 12。对细砂而言,编号 8为最优的水泥土试件,其渗透系数为1.9×10-7cm/s,水灰比为 3.73∶1∶1。对砂土而言,只做了一组试验,其渗透系数满足抗渗要求。

2 )野外试验。

通过室内试验确定了水泥土的最优配合比,将其与野外试验相结合,进行现场深层搅拌试验,取出水泥土芯样,进行抗压强度试验和抗渗试验,与其室内试验指标相比较。水泥土芯样(自然状态)抗压强度试验数据如表2所示。

3.2 研究内容

1 )根据呼图壁大海子水库深搅工地取样,进行室内试验,分析在同种土质中,水泥掺量分别为 10%,15%,20%,粉煤灰掺量分别为水泥用量的 50%,100%时,水泥土渗透系数的变化。通过分析,探明同种土质时,掺入同样比例的水泥和粉煤灰,水泥土的强度和渗透系数之间的关系。

2 )根据室内试验的研究结果,设计野外试验方案,进行不同水灰比的试验研究,取出搅拌桩内的水泥土试块研制一种方便可行的桩内取样器,每根桩取三组不同深度。

4 结语

1 )分别在粘土和细砂中,掺入同样比例的水泥和粉煤灰,细砂水泥土的强度高于粘土水泥土强度,从表1中可以看出 90 d强度试验编号 14高于编号 13的 46.8%,渗透系数在同一数量级,差异不大。

2)无论是砂土、细砂或粘土,从同一配合比的水泥土的后期强度明显可以看出,90 d的强度将高于 28 d强度的 50%～100%。

3 )在粘土中,相同的水泥掺量 10%,加入不同掺量的粉煤灰(5%和 10%),从表1编号 11和 12中可以看出,28 d强度基本相同,90 d强度增长 26%,但渗透系数增长一个数量级。

4 )在细砂中,相同的水泥掺量 10%,不同的粉煤灰掺量 0%, 5%,10%,从表1中编号 3,7,8中可以看出,90 d强度分别为0.97MPa,2.6MPa,4.2MPa,其强度随粉煤灰掺量的增加而明显增加。

5 )水泥土的强度与水泥掺量成正比,在粘土中,水泥掺量10%的90 d最高强度为1.9MPa,表1中编号5,11,12平均90 d强度1.4MPa,这说明在粘土水泥土中水泥掺量10%强度值大于3MPa是不可能的。

6 )在粘土中,水泥掺量为 15%时,表1中编号 2,9,13的90 d平均强度为3.78MPa。

7 )在细砂中,水泥掺量为 15%时,表1中编号 4,14的 90 d平均强度为3.88MPa,而掺入一定量的粉煤灰强度明显增加。

8 )水泥土不具备抗冻能力。

9 )无论是粘土水泥土还是细砂水泥土,当水泥掺量为 20%时,90 d的抗压强度能达到4MPa以上。

表1 水泥土试验结果表

表2 水泥土芯样(自然状态)试验报告

从以上研究结果可以分析得到一些设计建议：

1 )当水泥掺量为10%时,强度指标宜采用1MPa～1.2MPa,渗透系数为10-6cm/s。

2 )当水泥掺量为15%时,强度指标宜采用3 MPa,渗透系数为10-6cm/s。

3 )当水泥掺量为20%时,强度指标宜采用4 MPa,渗透系数为10-6cm/s。

4 )为提高水泥土的后期强度和防渗效果,建议同时掺入5%～10%的二级粉煤灰。

[1] YBJ 255-91,软土地基深层搅拌加固法技术规程[S].

[2] JGJ 79-91,建筑地基处理技术规范[S].

[3] 郭讨论.水泥深层搅拌桩施工技术[J].山西建筑,2010,36 (16)：100-101.