水泥土强度室内与芯样试验结果对比分析_许崧

水泥土强度

第２３卷　第３期２０１２年９月　　　

地质灾害与环境保护

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｌｏｉｃａｌＨａｚａｒｄｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　　　　　　　ｇ

Ｖｏｌ．２３，ｏ．３　ＮＳｅｔｅｍｂｅｒ２０１２　ｐ

（）文章编号：００６－４３６２２０１２０３－００６４－０４　１

水泥土强度室内与芯样试验结果对比分析

许崧１，阎长虹１，夏文俊２，赵阳２

（）南京大学地球科学与工程学院，南京　２江苏省交通工程建设局，南京　２１．１００９３；２．１００９３摘要：路基采用水泥土搅拌桩加固。现场取土进行室内　连临高速路江苏段地基土层为滨海相软土，

水泥土强度随水泥掺量和龄期的增加而增大。现场水泥土搅拌桩抽芯样试验发水泥土改性试验发现，

现，相同龄期条件下，水泥土室内试验强度一般要比抽芯样强度高０．该地２至０．８兆帕。两种实验中，表明土层性质对水泥土强度影响很大。受搅拌不均匀影响，基第一层土的水泥土强度均大于第二层土，

芯样试验强度比较离散，随芯样夹土厚度增加，水泥土芯样波速和强度下降。

关键词：搅拌桩；水泥土强度；芯样　连临高速；中图分类号：４１１　　文献标识码：　ＴＵ　Ａ

１　前言

一直以来对于水泥土搅拌桩的研究和认识比较缺乏，其焦点是关于水泥土搅拌桩的强度及其检测

１，２］

。梁志荣等对搅拌桩取芯强度试验和方法问题［

本文首先通过现场取土样室内制备水泥土样品后进行强度测试，然后通过现场抽芯取样进行试验，通过对两种试验结果的对比分析以了解该工程路基水泥土的强度特性。

取浆试块强度试验进行了对比分析，得出了一些有

３］，益的结论［韩鹏举等通过模拟试验的方法探讨了

２　路基软土基本特征

以连临高速公路６标段为例，根据勘察资料发现路基中搅拌桩涉及的土层主要有２层：

（）粉质粘土：灰黄色，可塑，部分软塑状态，中１

偏高压缩性，第四系全新统冲积、海积成因。厚度一般１～３ｍ。

（）淤泥、淤泥质粘土：深灰色，流塑、部分软２塑，局部夹砂薄层，天然含水量、孔隙比高，抗剪强度低，压缩性高，埋深０．第四系全新统海积６～２．５ｍ，广泛分布，该层为本区主要不良地质层。成因，

各土层基本物理性质指标见表１。

在不同硫酸镁溶液环境下不同龄期的水泥土表观和

４］

，但对水泥土室内配比试验结抗压强度变化规律［

果和搅拌桩抽芯样试验结果的对比分析的研究较少。

连临高速公路江苏段是国家高速公路网中“纵三”的组成部分，北起苏鲁交界的抗日山，南至连云港新海城区，全长５沿线多为海积平原地区，２ｋｍ，地形低平，地面标高２．地下水埋深较浅，一５～４ｍ，般埋深０．第四系滨海相７～２．０ｍ。勘察资料显示，松散沉积物在多个路段有分布，浅部以全新统滨海相软土为主，呈灰色和深灰色，厚度１０～２０ｍ不等，形成时代新，分布范围广。该路段软土路基设计方案主要是采用水泥土搅拌桩（喷粉）加固处理，桩径为５桩长１水泥掺量约００ｍｍ，２．０～１５．０ｍ，故水泥土的强度对复合地基承载力有很２０％左右，

大的影响。

３　水泥土强度试验

３．１　室内配比试验

以现场土样的含水率和天然密度为依据，分别掺入湿土重的８％、１２％、１６％、２０％的水泥。在

收稿日期：０１２０５０２０１２０６０７　２－－　　改回日期：　２－－

）基金项目：００８年度高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目（７０８０４３　２

水泥土强度

第２３卷　第３期许崧、阎长虹、夏文俊，等：水泥土强度室内与芯样试验结果对比分析

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样品分三层加入模７０．７ｍｍ的立方体模具中制样，

５］

，具中［充分振荡以使土样均匀，然后将样品放置在温度为２湿度为２４ｈ取出放入养护箱中，０℃、

至规定龄期前两天取出两个样９５％的条件下养护，

两天后从养护箱中取出２个样品同浸品浸水４８ｈ，水４８ｈ的２个样品一同测定其不泡水无侧限抗压，强度（和泡水后无侧限抗压强度（结果见Ｒ）Ｒｓａｔ）表２。

表１　层土基本物理力学指标

Ｔａｂｌｅ１　Ｐｈｓｉｃａｌｅｃｈａｎｉｃａｌａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｅａｒｔｈｍａｓｓｅｓ　－ｍ　　　　ｙｐ

指标

土层

平均值

１

最大值最小值平均值

２

最大值最小值

含水量／％３６．６４　４８．３　３０　６５．６　８６．８　５０．０　

湿密度

／·ｃｍ－３ｇ１．８３　１．９１　１．７２　１．６１　１．７８　１．５３　

孔隙比１．０４６　１．２３７　０．８６５　１．８４３　２．２０３　１．１８５　

液限

／％４９．３　５６．４　３７．６　５４．７　７３．２　４５．５　

塑限

／％２５．３　３０．６　２１．６　３１．２　４２．５　２８．２　

塑性

指数２４．０　３２．４　１６　２８．５　４０．８　１６．４　

液性

指数０．４８　０．８２　０．２４　１．４　２．２　０．６　

内聚力

／ｋＰａ２０．０　２６．０　１５．０　１４．２　１６．０　２．０　

摩擦角

／°６．２８．２５．１４．２６．８２．４

表２　水泥土改性试验结果

Ｔａｂｌｅ２　Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｅｍｅｎｔ－ｓｏｉｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｘｅｒｉｍｅｎｔ　　　　　　ｐ

土层

水泥含量／％

８

１

１２１６２０８

２

１２１６２０

ａ７ｄ强度／ＭＰ

３０ｄ强度／ＭＰａ

４５ｄ强度／ＭＰａ

６０ｄ强度／ＭＰａ

Ｒ　

０．７４１．０４１．１４１．３１０．２５０．４６０．６００．６６

Ｒｓａｔ

０．５５０．８００．８２１．０８０．２１０．３６０．５００．５６

Ｒ　

１．１２１．３００．６４０．８４１．０１１．１７

Ｒｓａｔ

０．５２０．７２０．３１０．４３０．７００．８１

Ｒ　

１．１３１．４２１．７４１．８１０．８９１．０８１．２８１．６１

Ｒｓａｔ

０．４１０．５７０．７６０．８６０．２９０．４２０．７４０．８８

Ｒ　

２．５６２．８８２．１４２．６２１．６２１．６２１．９５２．１０

Ｒｓａｔ

１．５５１．９５１．３５１．６００．８５１．０３１．２６１．４０

随着水泥含量的增加、龄期增　　试验结果表明，

长，水泥土强度稳定增大。以１土层为例，水泥掺量该土层４为２０％时，５ｄ的水泥土强度由１．１３ＭＰａ，提高到１．８１ＭＰａ２土层的水泥土强度由０．６６

，增幅较大，说明水泥能够很６１ＭＰａＭＰａ提高至１．高的固化滨海相软土，也同样说明水泥土样品需要一定的时间才能充分的发挥其强度优势。

从表２也可看出，相同水泥掺量、相同龄期条件下，１层土的水泥土强度要大于２层土的水泥土强。由表１看出，度，两者相差约０．２ＭＰａ２层土的含水量、孔隙比等指标远远大于１层土，而强度则远低于１层土，表明土的物理力学性质对水泥土强度有较大影响，土的强度越低，则水泥土强度越低。３．２　水泥土抽芯样强度

在水泥土搅拌桩成桩时间达６０ｄ抽芯检测时取样进行试验，由于水泥土强度较低，钻探过程同一根桩抽芯要获得有一定长度且较完整的芯样比较困这里根据现场编号选取有代表性的几根桩的芯难，

。为了跟室内试验结果进行对样进行试验（表３）比，试验时先对芯样波速进行测试后将样品浸水２ｄ后再进行无侧限制抗压强度试验，试验结果见表３。

（）从试验结果可以看出：芯样水泥土强度大多１小于室内制备样品强度，其中１层土室内试验强度，约比芯样强度高０．１～０．４ＭＰａ２层土相差约０．２；（）深度较小的芯样（位于１８ＭＰａ２１～３ｍ深，～０．

层土中）的波速、强度大于下部芯样（位于２层土中）（）的波速、强度，与室内试验结果相似；部分芯样浸３无法进行抗压强度试验，而室内试验基水后易破碎，

（）本不存在这样的现象；相同深度的芯样强度和波４离散性强，表明不同桩同一深度水泥强度速变化大，

有较大差异，相同土层中、相同水泥掺量条件下水泥土强度相差较大，表明搅拌桩施工过程中水泥土均匀程度远不如室内试验，而搅拌桩施工过程中要保；（证水泥土搅拌绝对均匀是不可能的（图１）室内５）试验过程中水泥土与空气直接接触，其固化条件要优越于搅拌桩中的水泥土。

现场钻探取样过程中发现部分芯样不均匀照片，见图１。

当土体中不含水泥或水泥含量太小时，则水泥土难以很好的固化，样品泡水后极易软化而发生破坏，则无法进行强度试验。

水泥土强度

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地质灾害与环境保护２０１２年

表３　芯样抗压强度及波速测试结果

Ｔａｂｌｅ３　Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｔｈａｎｄｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｔｅｓｔｏｆｃｏｒｅｓａｍｌｅｓ

　　　　　　　　　ｐｇｙｐ　

注：表中抗压强度无数值者表示芯样浸水后破坏，无法试验。

４　夹土水泥土波速

为了分析水泥土搅拌桩因搅拌不均匀对波速测试而带来的影响，在对芯样进行波速测试时，将饱和黏土填充于两个钻芯样品（长度分别为５ｃ之间，ｍ）分析其对波速的影响。粘土分别为取自６标段的路分别以夹土层厚度从０．基１、２层原状土，１～２．５测量超声波的接收时间，结合钻芯和ｃｍ进行试验，

所夹软土的总长，求取平均波速，试验结果见图２。

图１　水泥土搅拌不均匀芯样照片

Ｆｉ．１　Ｐｉｃｔｕｒｅｓｏｆｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌｃｏｒｅｓｏｆｕｎｅｖｅｎｍｉｘｉｎ　　－　　　　ｇｇ

根据测试结果分析，可以看出随着夹土层厚度平均波速逐渐减小，当夹土层厚度约１ｃ的增大，ｍ时，芯样平均波速减小近一半。尽管试验过程中由于超声波测试探头发射能量较小，当夹土层厚度大波衰减很大，接收不到有效信号，无法得于２ｃｍ时，到波速结果，但波速随夹土厚度增大而减小的趋势却非常明显。

已有研究成果表明，水泥土强度与波速之间存

６～１２］

，在着对应关系［一般波速越大，强度也越大。

上述试验结果表明，当水泥土搅拌不均匀时，芯样平其强度则必然也均波速比水泥土均匀时要低很多，要降低。

图２　夹土厚度对钻芯平均波速的影响

Ｆｉ．２　Ｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄｓｏｉｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｎａｖｅｒａｅ　　　　　　ｇｇ

ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔ　ｙ

５　结论

根据连临高速路基中取土进行水泥土强度试验与现场搅拌桩抽芯强度、波速试验结果可以得到如

水泥土强度

第２３卷　第３期许崧、阎长虹、夏文俊，等：水泥土强度室内与芯样试验结果对比分析

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下结论：

（）相同龄期条件下，水泥土室内试验强度一１

般要大于搅拌桩抽芯样强度。

（）连临高速路基中１层土的水泥土强度大于２

表明土层性质对水泥土强度有很大影响。２层土，

（）室内试验时，水泥土固化条件要优越于土３

体内水泥土固化条件，相同水泥掺量、相同龄期条件连临高速路基水泥土抽芯样强度大都小于室内下，

制备水泥土样强度。

（）根据夹土水泥土芯样波速测试结果表明，４

搅拌不均匀极易造成水泥土波速减小、强度下降。

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ＣＯＭＰＡＲＩＮＧＴＨＥＲＥＳＵＬＴＳＯＦＩＮＤＯＯＲＡＮＤ　　　　　

ＳＡＭＰＬＥＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＳＷＩＴＨＣＥＭＥＮＴＳＯＩＬＳＴＲＥＮＧＴＨＣＯＲＥ　　　　－　

１１２２

，ｕｎＸｕＳｏｎＹａｎＣｈａｎｈｏｎＸｉａＷｅｎＺｈａｏＹａｎ　　－　－　ｊｇ，ｇｇ，ｇ

（，Ｎ；１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｉｎｅｅｒｉｎｏｆＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｎｉｎ１００９３，Ｃｈｉｎａ　　　　　　２ｇｇｊｇｙｊｇ　　

，Ｎ）２．ＨｅａｄｕａｒｔｅｒｓｏｆＨｉｈｗａｏｆＪｉａｎｓｕａｎｉｎ１００９３，Ｃｈｉｎａ　　　　２ｑｇｙｇｊｇ　

：ＡｂｓｔｒａｃｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＪｉａｎｓｕｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＬｉａｎｌｉｎｈｉｈｗａｉｓｍａｄｅｕｏｆｍａｒｉｎｅｓｏｆｔｓｏｉｌ．Ｉｔｉｓｓｔｒｅｎｔｈｅｎｅｄｂｃｅ　Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｙｐｇｙ　　　ｉｌｅｓ．Ｔｈｅｍｅｎｔｍｉｘｉｎｉｎｄｏｏｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｘｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｔｈｏｆｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｍｉｘｅｄ　　　　　　　　　　　－　　　　ｇｐｐｇ　，ｃｅｍｅｎｔａｍｏｕｎｔａｎｄａｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅａｅｔｈｅｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌｓｔｒｅｎｔｈｉｎｔｈｅｉｎｄｏｏｒｅｘｅｒｉｍｅｎｔｉｓｂｉｅｒｂ０．２～０．８ＭＰａｔｈａｎ　　　　　　　－　　　　　　　　　ｇｇｇｐｇｇｙ　ｉｎｔｈｅｃｏｒｅｓａｍｌｅｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｌｓｏｓｈｏｗｔｈｅｎａｔｕｒｅｏｆｓｏｉｌｌａｅｒｓｈａｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒｅｎｔｈｏｆｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌ．ｔｈａｔｒｅａｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｙｇｇ，，Ｕｎｄｅｒｔｈｌｅｓｔｈｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｕｎｅｖｅｎｍｉｘｉｎｔｈｅｓｔｒｅｎｏｆｔｈｅｃｏｒｅｓａｍｉｓｖｅｒｄｉｓｃｒｅｔｅｔｈｅｉｒｓｔｒｅｎａｎｄｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｄｅ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｐｙｇｙ　　ｃｒｅａｓｅａｓｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｓ．　　　　　　　　

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，作者简介：男，博士，水文地质工程地质专业，主要从事岩土力学方面的研究工作。１９８０－　）２００１年毕业于南京大学地球科学系，　许崧（

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