饱和粉细砂水泥土强度特性试验研究

【前言】饱和粉细砂水泥土强度特性试验研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。Abstract： Golmud to Korla DK16+108-DK56+950 new railway through the marsh，swamp wetland， such as. Because of the high underground water level or perennial water， Silt， silty sand is loose， saturated， low strength， poor engineering propertie...

摘要：新建铁路格尔木至库尔勒线DK16+108-DK56+950段经过草滩、湿地、沼泽等地段，由于地下水位较高或常年积水，粉土、粉细砂呈松散、饱和状，强度低，工程性质差，设计拟采用水泥土搅拌桩对该段地基进行加固处理。通过试验对水泥、粉煤灰与饱和粉细砂搅拌后的无侧限抗压强度增长规律进行研究，探讨了饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度与“二灰”（水泥、粉煤灰掺合料）掺入比、养护龄期的关系。试验结果表明：水泥对饱和粉细砂具有良好的固化作用；饱和粉细砂的无侧限抗压强度随二灰掺入比的增大呈指数形式增长，随养护龄期的增大呈幂函数形式增长；回归分析表明 ～ 、 ～ 具有良好的线性相关性，可以用28d强度对90d强度进行预测。

关键词：饱和粉细砂；无侧限抗压强度；二灰掺入比；养护龄期

Experimental study on characteristics strength of cement soil saturated sand

Wei Jianju

（China Railway twenty-one Bureau ，Lanzhou 730070）

Abstract： Golmud to Korla DK16+108-DK56+950 new railway through the marsh，swamp wetland， such as. Because of the high underground water level or perennial water， Silt， silty sand is loose， saturated， low strength， poor engineering properties， The design of the cement soil mixing pile in the foundation reinforcement treatment.Through the test of cement， fly ash and saturated sand after mixing theunconfined compressive strength increasing rule research， Discussion on the saturated sand cement soil unconfined compressivestrength and the "two ash" （cement， fly ash admixture） incorporationratio， curing age. Test results show that： the cement has good curing effect of saturated silty sand； Saturated sand soil unconfined compressive strength ratio increasesexponentially with the two ash incorporation， with increase of curing period as a power function of growth； Regression analysis showed that ～ 、 ～ ， has a good linear correlation， 28d can be used to predict the strength of the strength of 90d.

Keyword：Saturated silty sand； The unconfined compressive strength；Two ash mixing ratio； Curing age

0 引言

水泥土搅拌桩是一种以水泥作为固化剂，就地将原位土和水泥浆或水泥粉强制搅拌，使原位土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土的软土地基处理方法[1]。为了使水泥土的强度能够满足工程设计的需要，通常需要在室内进行水泥土配合比试验，从而得到水泥土强度随水泥、粉煤灰掺入比、养护龄期、水泥强度等级等影响因素的变化关系[2-5]。

依托新建铁路格尔木至库尔勒线DK16+108-DK56+950段水泥土搅拌桩地基处理工程开展了饱和粉细砂水泥土的强度特性试验，探究了饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度随二灰掺入比、养护龄期、粉煤灰掺入量、水泥强度等级等因素的变化规律，以期为水泥土搅拌桩地基处理工程的成功实施提供设计及施工参考。

1 试验研究方法

水泥土室内配比试验是确定水泥土搅拌桩设计及施工现场配合比的重要依据[6]，为使试验具有地区统一参考价值，本次试验研究参照《水泥土配合比设计规程》进行[7]。

1.1 试验材料

（1）土样：本次试验用土取自新建铁路格尔木至库尔勒线DK16+108-DK56+950段探坑内。将现场采集的土样经风干、碾碎、过5mm筛后备用。

（2）固化剂：采用祁连山P.O 32.5、P.O 42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为兰州某电厂Ⅰ级粉煤灰，二灰掺合料中水泥与粉煤灰按质量比为2：1掺合。

（3）水：试验用水为室内自来水。

1.2 试样制备

根据试验设计方案，分别称取土样、水泥、粉煤灰和水的质量，配置水灰比0.45，含水量30%，二灰（水泥、粉煤灰掺合料）掺入比aw分别为9%、12%、15%、18%和24%。将水泥、粉煤灰、土样掺合后人工拌合均匀，在选定的试模（70.7mm×70.7mm×70.7mm）内先装入一半试样，放在振动台上振动1min后，装入其余试料后再振动1min，并将试件表面刮平，不同掺入比、不同龄期的试件分别制作6个。

1.3 试件拆模与养护

将制备好的试膜放置在环境温度20℃±5℃条件下48h后拆模，对每个试件分别进行编号、称重后置于室内水中（20℃±1℃）养护。待龄期T达7d、28d、90d后分别进行无侧限抗压强度试验。

2 饱和粉细砂水泥土强度特性试验结果分析

2.1 二灰掺入比与饱和粉细砂水泥土强度的关系

选择经济合理的二灰掺入比是保证水泥土强度满足工程设计需要的前提条件。图1给出不同二灰掺入比、不同养护龄期下的饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度试验曲线。

图1 fcu 随aw的变化曲线

图1曲线表明：在同一养护龄期条件下，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随二灰掺入比的增加而增长。龄期28d时，二灰掺入比从9%增加到12%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了46.9%；从12%增加到18%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了69.4%；从12%增加到24%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了129.2%；龄期90d时，二灰掺入比从9%增大到12%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了27.4%；从12%增加到18%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了82.5%；从12%增加到24%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了156.6%；充分说明饱和粉细砂水泥土经过水泥的水化反应和团粒化作用，在搅拌土体内生成了新的较高强度的化合物，起到了固化饱和粉细砂的作用。

对饱和粉细砂水泥土龄期28d、90d的无侧限抗压强度fcu与二灰掺入比aw的关系曲线进行拟合，拟合曲线如图2所示。

图2 fcu与aw的拟合曲线

图2表明：fcu与aw呈式（1）所示的指数函数关系， 且相关系数较高。

（1）

不同龄期时，式（1）中参数a、b的取值不同，

T=28d 时， （2）

相关系数

T=90d 时， （3）

相关系数

2.2 养护龄期与饱和粉细砂水泥土强度的关系

研究表明[9]水泥、粉煤灰固化土形成具有一定强度和整体性的稳定固化土需要一定的时间。土质及土中矿物成分的不同，其达到稳定所需的时间也略有不同。图3给出不同二灰掺入比下、不同龄期的饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的关系曲线。

图3 fcu随T的变化曲线

由图3可知：在相同的二灰掺入比条件下，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的增长而增加。当二灰掺入比为12%时，T=7d～28d强度增长率为137.8%，日均增长6.5%，T=28d～90d强度增长率为129.6%；日均增长2.1%；二灰掺入比为18%时，T=7d～28d强度增长率为144.8%，日均增长6.8%，T=28d～90d强度增长率为154.9%，日均增长2.5%。由此可见，二灰掺入比越大，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期增长的增长率也越大，且其在龄期7d-28d时增长较快，而在龄期28d-90d时的增长则相对缓慢，同时说明二灰掺入比越大，饱和粉细砂水泥土达到稳定所需要的龄期也越长；同时也说明用90d强度作为水泥土搅拌桩强度设计值有一定的安全储备。

对饱和粉细砂水泥土在不同二灰掺入比下的无侧限抗压强度fcu 与龄期T的关系曲线进行拟合，拟合曲线如图4所示。

图4 fcu与T的拟合曲线

图4表明：fcu与T呈式（4）所示的幂函数关系， 且相关系数较高。

（4）

不同龄期时，式（4）中参数a、b的取值不同，

aw=12%时， （5）

相关系数

aw=18% 时， （6）

相关系数

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的中规定，水泥土搅拌桩的设计强度宜按水泥土立方体试件90d龄期的无侧限压强度值作为依据。但实际工程中由于工期紧，路基工程多在搅拌桩施工完成后立即填筑，因此需要用水泥土的早期强度来预测其90d强度。

对试验数据 、 、 进行 / ， / 的回归分析，回归分析曲线如图5所示。

（a） ～

（b） ～

图5 ～ ， ～ 线性回归分析

图5曲线表明： ～ ， ～ 具有良好的线性相关性，且相关性系数较高。

（7）

（8）

式中： --7d龄期无侧限抗压强度值；

--28d龄期无侧限抗压强度值；

--90d龄期无侧限抗压强度值。

可以由以上关系式对饱和粉细砂水泥土的90d强度进行预测。

3 结 论

依托新建铁路格尔木至库尔勒线DK16+108-DK56+950段水泥土搅拌桩地基处理工程，通过室内试验研究了饱和粉细砂水泥土的强度特性，结果表明：

（1）饱和粉细砂水泥土具有较高的无侧限抗压强度；随着二灰掺入比的增大，饱和粉细砂的无侧限抗压强度呈指数形式增长。

（2）龄期90d时，二灰掺入比从12%增加到24%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度平均增长了2.4倍，说明水泥、粉煤灰掺入量越大，水泥的水化反应越充分，饱和粉细砂水泥土的强度就越高。

（3）饱和粉细砂水泥土强度的增长需要一定的养护龄期，随着养护龄期的增大，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度呈幂函数形式增长。

（4）在相同的二灰掺入比条件下，饱和粉细砂水泥土强度在7d-28d增长较快，在28d-90d的增长则相对缓慢，但其强度增长达到稳定仍需较长时间。

（5） ～ ， ～ 具有良好的线性相关性，可以用28d强度来对90d强度进行预测，同时规范中选用90d强度作为设计指标仍有一定的安全储备。

参考文献：

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[9] 黄新，宁建国，郭晔，等.水泥含量对固化土结构形成的影响研究[J].岩土工程学报，2006，28（4）：436～441.

[10] 汤怡新，刘汉龙，朱伟.水泥固化土工程特性试验研究[J].岩土工程学报，2000，22（5）：550～554.

作者简介：魏建菊（1982-8），女，汉族，青海西宁人，中铁二十一局集团有限公司工程师，学士学位。 研究方向：工程检测与施工。