水泥土配合比设计有关参数的理解与应用

李萼雄 宾武

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司）

1 水泥土的工程用途

水泥土采用水泥作为固化剂加固土体，将水泥和土以及其它组分（如外加剂）按适当比例混合、拌制并经硬化而成混合体，常用于道路路面基层、地基加固、基础夯土和铺垫、护坡修筑、衬砌灌注等工程，具有经济耐久、就地取材、施工简便等优点，并以其施工期短、可加固深度大、处理效果好等特点广泛应用在软弱地基加固处理工程中。

2 水泥土配合比设计的意义

水泥土配合比设计是根据原材料性能及确定的水泥掺入比计算各材料用量，并经试验室内试配、调整，确定水泥土各材料质量比的过程。随着水泥土在工程中的广泛使用，水泥土配合比设计试验在工程中的作用越显重要，在一定程度上决定了处理方案的经济性、合理性。《水泥土配合比设计规程》（JGJ/T 233-2011）在试验研究的基础上，参考相关技术资料和标准规范，统一了水泥土配合比设计中常用的水泥土相关参数的室内试验方法。按照该规程开展配合比设计及相关物理力学性能试验，可论证设计的合理性，并为工程建设寻求更加经济、合理的材料组成配方及合理的施工参数提供理论依据。

3 水泥土配合比设计有关参数的理解

《水泥土配合比设计规程》（JGJ/T 233-2011）明确了水泥土配合比设计的基本原理，即在室内应采用风干土样（既非原状土，也非烘干土）进行拌制和相关性能试验，在此基础上，确定配合比设计参数。室内试验中的一项基础工作就是要确定风干土样所需的水泥用量和加水量。依据该规程，水泥用量和加水量计算公式如下：

式中：

mc——水泥用量（㎏）；

mw——加水量（㎏）；

w——土的天然含水率（%）；

w0——风干土的含水率（%）；

αw——水泥掺入比（%）；

m0——风干土质量（㎏）；

μ——水泥浆水灰比。

其中涉及到两个基本参数，即水泥掺入比和水泥浆水灰比。水泥掺入比指掺入的水泥质量与被加固土的湿质量之比；水泥浆水灰比指用于加固土体的水泥浆中水与水泥的质量比。需要注意的是，水泥掺入比是针对天然土体（而非室内风干土样）的水泥掺入量而言；水灰比则是针对加固用的水泥浆中的水分（不含土体中的水分）与水泥的比例而言。显然，这种表达便于现场施工时针对天然土体使用。基于这些参数的含义，在计算风干土样的水泥用量和加水量时，必须考虑风干土样与天然土体含水量的差异。

上述计算公式看似较为复杂，特别是初次接触时可能不易理解。为便于掌握水泥土配合比设计中各参数的内在逻辑关系，笔者依据前述公式进行了推导，可得出水泥掺入比和水泥浆水灰比的显性表达式：

式中，

mw1——湿土中的水质量（㎏）；

mw2——风干土中的水质量（㎏）。

mw1、mw2对应同一份土不同状态（天然状态、风干状态）的含水量。

根据该公式可以进一步理解为，室内风干土试验计算加水量时，需多加一部分水，用以补偿风干土样与天然土体含水量的差值，即室内配合比设计是模拟“水泥浆（水:水泥=μ）+天然土（风干土样+ 补偿水）”状态下，进行试件制作和物理力学性能试验。

4 水泥土配合比设计应用实例

4.1 水泥土配合比设计试验结果

某工程地基采用水泥土搅拌桩处理，开展水泥土配合比试验，其设计要求如下：水灰比0.45～0.55，水泥掺入比基准值18%，水泥土28 天抗压强度R28≥1.0MPa。经取其原状态土进行试验，其土体天然含水率为41.0%，土体湿密度为1.723g/cm3；室内试验时风干土的含水率为3.0%。配合比设计试验数据如表1。

4.2 水泥土与水泥混凝土、水稳基层配合比设计有关参数的比较

对表1 中的数据分析可以发现，如果仅仅依据室内试验用混合料中水泥、风干土、水三者的用量，在不知晓天然土含水率、风干土含水率的情况下，并不能直接求算出对应水泥土的水泥掺入比、水泥浆水灰比等基本参数。这点与水泥混凝土配合比、水泥稳定碎石基层配合比设计均不同。在水泥混凝土配合比设计中，按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011），根据混合料中各组分（胶凝材料、集料、水）用量，可直接求算出水灰比参数；在水泥稳定碎石基层配合比设计中，按照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015），根据水泥、碎石的用量，也很容易求算出水泥剂量参数。这三种混合料配合比设计有关参数比较如表2。

表2 不同混合料配合比设计有关参数的比较

以表1 中混合料各组分材料用量数据为例，如按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）的理解，三种适配比例对应三种水灰比，分别为：2.30、2.00、1.78；如按照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）的理解，3 种适配比例对应3 种水泥剂量，分别为：20.5%、24.6%、28.7%。可见，《水泥土配合比设计规程》（JGJ/T 233-2011）中的“水泥浆水灰比”、“水泥掺入比”含义与此不同。结合上述实例理解，水泥土试验中的水可分作两部分，其中第一部分是配制水泥浆所需水量，第二部分则是把风干土还原成天然土所需水量。水泥掺入比并非水泥质量与风干土质量的比值，而是水泥质量与将风干土加水还原成天然土质量的比值；水泥浆水灰比并非加水量与风干土质量的比值，而是加水量扣除第二部分水质量后与水泥质量的比值。

表1 水泥土配合比设计试验结果（实例）

5 结语

按照《水泥土配合比设计规程》（JGJ/T 233-2011），考虑天然土体与风干土样含水量的差异，在室内以风干土样掺入水泥和水，进行水泥土混合料的配制及物理力学性能试验，在此基础上提出应用于工程实际中的材料组成比例。通过对该规程中有关计算公式的解读及配合比设计实例分析，有助于准确理解水泥土配合比设计基本参数的物理意义，促进其正确运用。建议规程中增加关于水泥掺入比和水泥浆水灰比的显性表达式，更有利于技术人员的理解和把握。

水泥土配合比设计时要掌握天然土体与室内风干土样含水量的差异。由于现场天然土体的含水量不均或随时间可变性大，现场取样时要注意样品的代表性，取得的土样应妥善密封，防止水份散失，在准确测定其含水率的基础上开展配合比设计试验，以保证配合比设计成果切合现场实际情况。