海相软黏土改性后的强度试验研究

王昊岚 王鹰 尤静霖

摘 要：采用水泥浆液多轴深层搅拌工艺，对湛江某企业厂房软黏土地基进行了块状加固。对经室内配比改性后的水泥土进行了无侧限抗压强度试验，并和现场施工条件下的无侧限抗压强度进行了对比分析，给出了用于工程设计分析时应采用的水泥土强度折减率。

关键词：软黏土;海相沉积;深层搅拌法;无侧限抗压强度

中图分类号：TU472 文献标识码：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

在沿海软土地基的各种工程建设中，以水泥作为固化剂的主要材料，通过深层搅拌机械将固化剂和地基土强制搅拌的深层搅拌法有着广泛的应用。深层搅拌法是将软土与固化剂充分搅拌混合，形成柱状水泥土搅拌桩，在短时间内即可获得早期强度，提高软土地基的承载能力。该工法具有施工噪声和振动低，加固深度大，可以快速提高地基强度等优点。目前，深层搅拌法已广泛应用于基坑支护结构、港口防波堤及护岸、水库防渗墙、沉管隧道、垃圾填埋场的护墙等领域[1-3]。深层搅拌法既适用于黏土，也适用于砂土。本文应用深层搅拌法对海相沉积软黏土地基进行改性加固，对现场水泥土的无侧限抗压强度进行了测试，并与同等配比条件下的室内试验结果对比分析，试验研究成果对类似工程的设计与施工具有重要參考价值。

2 室内配比试验

本研究依托广东湛江某厂房软土地基加固工程，该场地地基土为高塑性黏土，天然含水量为75.9%，黏土百分比为65.2%，砂土百分比为30.2%，沉泥百分比为4.6%，小于0.075mm的细粒含量为95.4%，液限含水量为68%，塑限含水量为25.2%，塑性指数为42.8，土粒比重为2968，湿重度为15.12kN/m3，原状土样的无侧限抗压强度为27kPa。从现场取样，并进行实验室配比试验。

在实验室配比试验中，水泥采用525#矿渣水泥，水分别采用淡水和海水。将水灰比和单位水泥用量分为3种情况进行搅拌：水灰比W/C分别为80%、90%和100%;单位水泥质量分别为250kg/m3、300kg/m3和350kg/m3时，测定不同硬化时间7天、28天和90天的无侧限抗压强度。试验结果数据汇总见表1。

图1为单位水泥质量为250kg/m3时，不同龄期情况下，淡水和海水的无侧限抗压强度qu与水灰比W/C的关系曲线图;图2为单位水泥质量为300kg/m3时，不同龄期情况下，淡水和海水的无侧限抗压强度qu与水灰比W/C的关系曲线图;图3为单位水泥质量为350kg/m3时，不同龄期情况下，淡水和海水的无侧限抗压强度qu与水灰比W/C的关系曲线图。

结果表明：室内配比试验条件下，水泥土试样的28d无侧限抗压强度均大于3MPa;龄期90d的水泥土无侧限抗压强度均大于4MPa;使用海水比使用淡水对提高水泥土的无侧限抗压强度更为有利一些。

3 施工现场试验

采用水泥浆液深层搅拌法对地基进行块状加固处理，采用525#矿渣水泥，单位水泥质量270kg/m3，水灰比为08∶1，设计标准强度1.50MPa，加固深度17.5m。在工地进行了现场试验，采用双管单动取样器于5个代表性试验点（D1～D5）钻取芯样，测试了水泥土的无侧限抗压强度。分别在施工后第7天、28天、90天，在现场不同试验点各进行了3次无侧限压缩试验，试验结果见表2。硬化时间为28天时，现场水泥土无侧限抗压强度为1.10～510MPa，除试验点位D5外，其强度均小于室内配比试验的无侧限抗压强度。

4 试验结果的比较与分析

为比较室内与现场的无侧限压缩试验结果，在单位水泥质量为250kg/m3和300kg/m3时，水灰比平均值为80%的条件下，实验室测得的水泥土无侧限抗压强度：养护7天后的平均值为2.68MPa，养护28天的为4.36MPa，养护90天的为5.094MPa。现场试验测得的水泥土无侧限抗压强度平均值：7天为1.56MPa，28天为2.92MPa，90天为334MPa。结果表明，现场强度仅为同期室内试验结果的58.2%、67.0%和65.6%。因此，现场施工的水泥土强度比实验室的测试结果要低，其强度降低率为33.0%～418%，强度差随养护时间的延长而减小。

国内外的相关报道均表明[6]，室内和现场条件下水泥土的强度试验结果会存在客观差异，究其原因主要有：

（1）两种条件下的搅拌均匀程度不同。工程施工现场条件下的水泥土搅拌均匀程度对其无侧限抗压强度影响显著，水泥土搅拌不匀将显著降低其无侧限抗压强度，显而易见，室内试样拌和的均匀程度要远高于现场试样的均匀程度。现场施工过程中，受机械设备、施工工艺等因素的影响，可能会存在机械搅拌、切削水泥土不够充分，导致水泥与未被切削的黏土团形成包裹土团的水泥浆，而土团内部没有水泥浆或土团内实际水泥掺入比小于设计值，这样就会使得现场水泥土强度低于室内试验强度。

（2）水泥掺入比不一致。施工过程中的冒浆现象，会使部分水泥浆冒出地表，造成现场施工的实际水泥掺入比小于室内试验掺入比，水泥土的无侧限抗压强度必然降低。

（3）试验方法的局限性。室内与现场试验的制样方法、养护条件等不尽相同，室内试验制样多采用立方体试件，而现场钻芯取样试块多为圆柱体，水泥土试样形状及尺寸效应对其强度也是有影响的;室内养护条件一般选择标准养护，而现场水泥土的养护条件与室内水养相似，与标准养护存在一定差异，室内养护的温度、湿度及与空气的接触程度较现场更有利于水泥土的碳酸化程度和强度的提高。

（4）土样的代表性。受限于取土深度和采样数量的影响，有些土样代表性差，和现场土质条件不一致，也是引起室内外水泥土强度差异的原因之一。

结语

对室内配比试验和深层搅拌法施工现场试验获得的水泥土无侧限抗压强度进行了比较与分析。试验结果表明：

（1）现场施工水泥土的无侧限抗压强度和室内试验的强度值相比，其降比高达41.8%;

（2）现场试验测试的水泥土无侧限抗压强度为室内试验值的0.58～0.66倍，考虑室内试验与现场强度差随养护期的延长而减小，建议工程设计分析时，将水泥土的无侧限抗压强度取为室内试验值的0.6倍。

参考文献：

[1]梁志荣，李忠诚，刘江.水泥土搅拌桩取芯与取浆两种强度检测分析[J].岩土工程学报，2010，32（S1）：435-439.

[2]杨宏程.水泥土搅拌桩在沿海变电站中的实际应用[J].中国新技术新产品，2012（6）：63-64.

[3]陈俊华.水工建筑地基处理中深层搅拌法的应用[J].工程技术与应用，2019（5）：52-53.

[4]范利频.深层搅拌法在软土地区工程中的应用[D].天津大学，2010.

[5]祝啟峰.浅谈水泥搅拌桩施工质量控制[J].价值工程，2017（8）：137-139.

[6]艾志伟，罗嗣海，曾勇，等.水泥土强度室内外试验对比研究[J].江西理工大学学报，2013，34（3）：47-53.

作者简介：王昊岚（1997— ），女，汉族，河北邢台人，在读硕士，研究方向：岩土工程;尤静霖（1997— ），女，汉族，河北衡水人，在读硕士，研究方向：岩土工程。

*通讯作者：王鹰（1989— ），男，满族，河北承德人，硕士，工程师，项目经理，研究方向：岩土工程。