水泥土加固机理试验特性分析

水泥土加固机理试验特性分析

张永生1宋庆德2曾文学 3

2

(1 河南义煤集团有限公司，河南义马 472300；临沂市建设职工中等专业学校，山东 临

沂 276004；3黄河勘测规划设计有限公司475000)

4

河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州

摘要：水泥土是一种用来加固饱和粘性土地基的水泥加固土，它是利用水泥作为固

化剂，通过固化剂和软土间所产生的物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的，从而提高地基的强度和变形模量。

关键词：水泥土 掺入比 龄期

Analysis of the Test Characteristics of the Cement Soil Reinforcement Mechanism

Zhang Yongsheng 1 Song Qingde 2 Wangning3 Zeng Wenxue 4

(1 Henan Yi Coal Group Co.,Ltd. Yima,Henan 472300; 2Linyi Construction Professional Secondary Technical School. Linyi, Shandong 276004; 3Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd. 4Henan water & power consulting engineering Co.,Ltd. Zhengzhou, Henan 475000)

Abstract: Soil-cement is one way to be used to reinforce the foundation of saturated

clay. Through the physical and chemical reactions between curing agent and soft soil,it harden the soft soil to be cement stabilized soil that have integrity,stability and a certain intensity. Thereby enhancing the strength and deformation modulus of the foundation.

Key Words: Soil-cement Blend Ratio Age

前言

国内目前采用水泥土搅拌法加固的土质有淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa 的粘性土和粉性土等地基。水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种方法。它利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种，前者是水泥浆和地基土的搅拌，后者是水泥粉或石灰粉与地基土的拌和。

1 室内试验方案

通过对广州滨海地区软土掺入不同的外加剂，为了研究水泥掺入比、外加剂

掺入比、龄期、有机质含量等对水泥土力学性质的影响及水泥土强度关系，制定如下试验方案。

水泥掺入比12%、14%、16%、18%、20%，石膏掺入比0%、2%、5%，砂掺入比0%、2%、5%，变龄期7d、28d、60d，有机质含量高、中、低，其它参数不变。

2水泥土力学特性

2.1广州滨海地区软土的淤泥质粉质粘土，垂直渗透系数能达10-7cm/s数

量级，但在该土层下面一般有厚度不均的淤泥质砂壤土，其垂直渗透系数一般为10-4～10-5cm/s数量级，能改善地基土防渗能力，对基坑施工是有利的。

2.2广州滨海地区软土地基的实际情况，结合试验所得到的相关数据，分

析得出水泥土无侧限抗压强度fcu随水泥掺入比aw不同而表现的变化趋势。水泥土的无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大（如图2.2-1所示），当aw＜5%时，由于水泥与土中水反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大。

图2.2-1水泥土fcu与aw关系曲线

水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增多而增强，但也表现出一定的离散性，这与原状土的性质有很大关系。当aw＞16%,水泥土的强度增加值有限，说明再单纯的用提高水泥掺量的办法来增加水泥土强度是不经济的。

2.3水泥土的压缩系数随水泥掺入比的增大而减小，而压缩模量随水泥掺

入比的增大而增大。但是不管是压缩系数还是压缩模量，在水泥掺入比高到一定值时，变化是不明显的。如图2.3-1，当水泥掺入比在14%~20%之间时，压缩系数的变化在0.13~0.17之间。

图2.3-1水泥土压缩系数av1-2与水泥掺入比aw关系曲线

2.4水泥土的抗剪强度同样受水泥掺入比的影响，c、φ值有随着水泥掺入

比的增大而增大的趋势。在水泥掺入比较低时影响明显，而水泥掺入比较大时，c值随水泥掺入比的变化不明显，φ值的变化比较明显，如图2.4-1、2.4-2。

图2.4-1水泥土凝聚力c与水泥掺入比aw关系曲线

图2.4-2水泥土摩擦角φ与水泥掺入比aw关系曲线

2. 5石膏是一种速凝剂，掺入石膏能提高水泥土前期的强度。石膏掺入量

小于2%时，水泥土强度提高并不明显。当石膏掺入比大于2%时，强度提高比较明显（图2.5-1）。

图2.5-1无侧限抗压强度fcu与石膏掺入比ag关系曲线

考虑到用等量石膏代替等量水泥后水泥土强度的变化，特对水泥掺入比16%、18%与石膏掺入比2%的水泥土的强度变化进行对比。前者的无侧限抗压强度为340kPa，后者为480kPa，可见掺入适量的石膏有助于提高水泥土的强度。

2.6在水泥土中分别加入2%、5%的砂，与只掺入水泥的水泥土进行强度

对比，分析加砂的作用。

图2.6-1无侧限抗压强度fcu与砂掺入比as关系曲线

由图2.6-1可见加入砂后的确能够提高水泥土的强度，在加砂2%时的强度大于加砂5%时的强度，说明加砂的量不宜过大，应控制在2%左右。同时试验结果表明加入砂后水泥土的凝聚力c值降低，摩擦角变大。

2.7有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，并使土具有酸性，有机质特

殊的结构特征会阻碍和延缓水泥水化产物的形成及水泥水化产物与粘土颗粒间的相互作用。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果一般较差。

图2.7-1无侧限抗压强度fcu与有机质掺入比ay关系曲线

2.8水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明

显增长，从无侧限抗压强度试验得知，在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无

侧限抗压强度间关系大致呈线性关系，这些关系式如下：

fcu7=(0.47～0.63)fcu28 fcu14=(0.62～0.80)fcu28 fcu60=(1.15～1.46)fcu28 fcu90 =(1.43～1.80)fcu28 fcu90=(2.37～3.73)fcu7 fcu90 =(1.73～2.82)fcu14

式中fcu7、fcu14、fcu28、fcu60、fcu90分别表示为7天、14天、28天、60天和90天龄期水泥土无侧限抗压强度。工程实践发现：用上述公式估算水泥土后期强度时，预测值与实测值相差往往较大，这与公式中系数变化范围较大、取值时缺少客观准确性有密切关系。

表2.8-1不同龄期条件下水泥土无侧限抗压强度试验

掺入比aw% 16 养护龄期t（d） 7 28 无侧限抗压强度fcu(kPa) 210 500 fcu7/fcu28 0.42 通过分析发现，由于水泥土的破坏形式呈塑性变形，所以在对不同龄期条件下的水泥土无侧限抗压强度进行换算时应取经验式参数的下线。随着龄期的变长，水泥土的各项指标逐渐得到改善，压缩系数变小、模量变大、c值变大、摩擦角变大。

3结论

3.1 水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小，一

般可达10-5～10-8cm/s 数量级。

3.2 水泥掺入比是影响水泥土力学性质的重要因素，随着水泥掺入比的增

大，力学性质参数会增大，但是当水泥掺入比达到20%左右时，随着水泥掺入比的增大水泥土的力学性质改善并不明显。

3.3 有机质含量会影响水泥加固软土的效果，随着有机质含量的增加，内

摩擦角有明显的减少趋势，但其抗剪强度值和无侧限抗压强度呈下降趋势，而压缩系数变化不大，即有机质含量越大，水泥加固土力学性质越差。

参考文献：

[1] 殷宗泽等. 土工原理[M]. 北京: 中国水利水电出版社，2007.3. [2] 李彰明. 软土地基地基加固的理论、设计与施工 [M]. 中国电力出版社，2006.7.

[3] 土工试验规程.SL237—1999 [S]. 北京: 中国水利水电出版社,1999.12. [4] 地基加固手册，北京：中国建筑出版社，1988

张永生（1982--），男，河南义马人，助理工程师，从事岩土工作。13837148989

水泥土以士为主,掺入少量水泥及适量的水,经均匀拌和、压实硬化而成,是一种新型的建筑材料。

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