水泥土搅拌桩规范.doc

1 总则1.0.1 为确保水泥土工程的施工质量，统一水泥土配合比设计方法，满足设计和施工要求，使之达到技术可靠，经济适用，科学配置，特制定本规程。1.0.2 本规程适用于采用水泥作为固化剂加固软弱土的水泥土配合比设计。1.0.3 水泥土配合比设计的任务是根据土样情况，结合水泥、水源、外加剂、掺合料的各项参数指标计算各材料的用量，并经试验室试配、调整后确定每立方米水泥土各材料的用量。1.0.4 在进行水泥土配合比设计时，除应遵守本规程的规定外，还应符合国家现行相关标准的规定。2 术语、符号2.1 术 语2.1.1 水泥土 Soil mixed with cement待加固的软弱土中注入水泥浆（或水泥干粉）并经搅拌处理后形成的拌合物。2.1.2 水泥掺入比 Ratio of cement usage to soil掺入的水泥质量与湿土的质量比值，以百分数表示。2.1.3 无侧限抗压强度 Unconfined compressive strength试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。2.1.4 水灰比 Ratio of water to cement用于拌合湿土的水泥浆中水与水泥的质量比。2.1.5 水泥土配合比设计 Mixed proportion design for soil mixed with cement根据土样、水泥等原材料情况，在试验室内进行计算、试配、调整、确定每立方米水泥土各材料用量的全过程。2.1.6 水泥土含水率 Rate of water content in soil mixed with cement在水泥土中水的质量与拌合物干质量的比值，以百分数表示。2.2 符 号 水泥土试配强度（MPa）水泥土90d无侧限抗压强度设计值（MPa） 施工水平（包括施工机械，人员操作及管理等）系数 水泥掺入比 基准配合比每立方米水泥土的湿土用量（kg/m3） 基准配合比每立方米水泥土的水泥用量（kg/m3） 基准配合比每立方米水泥土中水泥浆用水量（kg/m3） 每立方米水泥土的湿土用量（kg/m3） 每立方米水泥土的水泥用量（kg/m3） 每立方米水泥土中水泥浆用水量（kg/m3） 水泥土的假定密度（kg/m3） 水泥浆水灰比 水泥土含水率（） 土的液限（） 土的塑限（） 土的天然含水率（） 水泥土表观密度实测值（kg/m3） 水泥土表观密度计算值（kg/m3） 水泥土配合比校正系数3 材料要求3.0.1 土样应根据工程实际情况选择有代表性的土层，分别取样。所采集的土样，应采用密封包装，以保持天然含水率。3.0.2 土样应进行颗粒级配、天然含水率、液限、塑限等性能的试验，以了解土质的基本情况，并对土样进行工程分类。有特殊要求时，可增加土样其它相关性能的试验。3.0.3 水泥土拌制宜采用强度等级32.5以上的普通硅酸盐水泥，有抗侵蚀性要求时，宜采用抗硫酸盐水泥。水泥质量应符合现行国家标准要求。3.0.4 当水泥土需掺入石灰时，宜选用氧化钙和氧化镁含量总和大于85，其中氧化钙含量不低于80的生石灰。3.0.5 配制水泥浆用水宜用饮用水。采用其它水源时，应经有机质含量、pH值等方面性能检验合格后方可使用。3.0.6 外加剂及掺合料质量应符合国家现行标准要求。4 技术条件4.0.1 水泥土工程施工方法分为湿法和干法。当采用湿法时，所配制水泥浆的水灰比宜取0.41.3。4.0.2 水泥土水泥掺入比宜取1025。4.0.3 水泥土的标准强度评定以90天的无侧限抗压强度为准。4.0.4 具有抗冻或抗侵蚀要求的水泥土，应进行冻融或抗侵蚀试验，且试验后其无侧限压强度损失率不得大于25%。5 水泥土配合比计算、试配、调整与确定5.1 水泥土基准配合比计算5.1.1 水泥土基准配合比计算，应按下列步骤进行：1 根据设计强度值，计算水泥土试配强度；2 选取水泥掺入比；3 计算并选取水泥浆水灰比；4 计算每立方米水泥土各材料用量；5.1.2 水泥土试配强度按下式计算： （5.1.2）式中 fcs,0水泥土试配强度（MPa）；fcs,90d水泥土90d无侧限抗压强度设计值（MPa）；施工水平系数（包括施工机械、人员操作和管理等）。施工水平良好时，取0.5；施工水平一般时，取0.42；施工水平较差时，取0.35。5.1.3 根据土样的工程分类、天然含水率、水泥土试配强度、水泥强度等级等按表5.1.3选取，水泥掺入比按下式计算： （5.1.3）式中 mc0基准配合比每立方米水泥土的水泥用量（kg/m3）；ms0基准配合比每立方米水泥土的湿土用量（kg/m3）。表5.1.3 水泥掺入比选用表土样工程分类土的天然含水率（）水泥土试配强度（MPa）强度等级32.5的水泥掺入比(%)强度等级42.5的水泥掺入比(%)粘土及粉土10，302.0121510122.01518121530，702.0151812152.018211518砂土10，305.0121810155.02025182230，705.0151818225.018222025注：1 当土样为有机质土、高含水率土、酸性土等时，可按其它方式确定水泥掺入比；2 有实际工程经验的可直接确定水泥掺入比；3 设计上有要求具体水泥掺入比的，可直接采用。5.1.4 根据土样的液限、塑限、天然含水率等参数，估算水泥土中水泥浆用水量，水泥浆水灰比C按下式计算： （5.1.4）式中 mw0基准配合比每立方米水泥土中水泥浆用水量（kg/m3）；mc0基准配合比每立方米水泥土的水泥用量（kg/m3）。wcs基准配合比水泥土的含水率（）；wL土的液限（）；wp土的塑限（）；w土的天然含水率（）。当水灰比C0时，C取0，即水泥土中水泥浆用水量为0，采用水泥干粉进行搅拌；当水灰比0C0.4时，C取0.4；当水灰比0.4C1.3时，采用实际计算的水灰比C；当水灰比C1.3时，C取1.3。5.1.5 每立方米水泥土按下式计算： (5.1.5)式中：cs水泥土的假定密度（kg/m3），其值可按表5.1.5选用。表5.1.5 水泥土假定密度选用表土样工程分类土天然含水率（）水泥土假定密度（kg/m3）粘土及粉土10，301600190030，7014001700砂土10，301500180030，7013001600注: 1 在选用水泥土土密度时，水泥掺入比选较高值时(见表5.1.5)，相应的水泥土假定密度宜取较高值；在选用水泥土土密度时，水泥掺入比选较低值时(见表5.1.5)，相应的水泥土假定密度宜取较低值；2 土的天然含水量较高时，水泥土假定密度取低值；土的天然含水量较低时，水泥土假定密度取较高值；3 有实际工程经验的可不参照此表选用，由工程经验确定水泥土假定密度。5.2 水泥土配合比试配、调整与确定5.2.1 水泥土试配时应采用工程中实际使用的材料。5.2.2 按计算基准配合比进行试拌，观察水泥土拌合物塑性情况，可在水泥用量不变的情况下适当调整水泥浆水灰比，直到符合水泥土拌合物塑性满足无侧限抗压试验试件成型要求为止。然后根据加水量情况重新计算基准配合比。5.2.3 水泥土无侧限抗压强度试验时至少应采用三个不同的配合比。水泥土无侧限强度试验方法按附录A进行。当采用三个不同的配合比时，其中一个应为本规程5.2.2条确定的基准配合比，另外两个配合比的水泥掺入比，宜较基准配合比分别增加和减少3，并保持水泥浆水灰比与基准配合比相同；当不同水泥掺入比的水泥土拌合物的塑性不满足无侧限抗压试验试件成型要求时，可通过适当增、减用水量进行调整，然后根据加水量情况重新计算配合比。5.2.4 每种配合比至少应制作一组（三块）试件，标准养护到90d时试压。需要时增加几组试件，供快速检验或较早龄期试压，以便提前定出水泥土配合比供施工使用，但应建立不同龄期与标准龄期下强度的换算公式。5.2.5 根据试验得出的水泥土无侧限抗压强度值，选定强度满足试配强度要求且水泥掺入比最低的配合比作为试配确定的配合比，此配合比所对应的每立方米水泥土的湿土用量、水泥用量和水泥浆用水量分别用、表示。5.2.6 经试配确定配合比后，尚应按下列规定进行校正：1 应根据本规程第5.2.5条计算的材料用量并按下式计算水泥土的密度计算值cs,t： （5.2.6-1）2 应按下式计算水泥土配合比校正系数： （5.2.6-2）式中 cs,t水泥土密度实测值（kg/m3）；cs,c水泥土密度计算值（kg/m3）。3 水泥土密度试验方法按照附录B进行。水泥土密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的5时，按本规程第5.2.5条确定的配合比即为确定的设计配合比；当二者之差超过5时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数，即为确定的设计配合比。附录A 水泥土无侧限抗压强度试验A.1 定义和适用范围A.1.1 无侧限抗压强度是水泥土试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限强度。A.1.2 本规程适用于水泥土试件硬化后无侧限抗压强度试验。A.2 取样A.2.1 同一组水泥土拌合物应从同一搅拌锅中取样。A.2.2 水泥土拌合物无侧限抗压强度试验应以三个试件为一组。A.3 试件的尺寸和公差A.3.1 试件的尺寸50mm100mm的圆柱型试件为水泥土无侧限抗压试件的标准尺寸。A.3.2 尺寸公差1 试件直径和高度的尺寸公差不得超过1mm。2 试件的承压面的平面度公差不得超过0.05R(R=50mm)。3 试件的高度方向和承压面的夹角应为90，其公差不得超过0.5。A.4 设备A.4.1 试模：应符合混凝土试模（JG 3019-1994）中技术要求的规定。A.4.2 振动台：应符合混凝土试验用振动台（JG/T 3020）中技术要求的规定。A.4.3 压力试验机：要求其测量精度为1%，试件破坏载荷应大于压力机量程的20%且小于压力机量程的80%。A.4.4 轴向位移计：量程10mm，分度值0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2%的位移传感器。A.4.5 砂浆搅拌机：符合建筑砂浆基本性能试验方法(JGJ70-90)中技术要求的规定。A.4.6 其他1 钢板尺：量程大于200mm、分度值为1mm。2 卡尺：量程大于200mm、分度值为0.02mm。3 平板玻璃：厚度不小于6mm、直径（或边长）不小于80mm。4 塑料薄膜。5 秒表。6 凡士林。A.5 试件的制作和养护A.5.1 试件的制作1 水泥土试件的制作应符合下列规定：1) 成型前，应检查试模尺寸并符合A.5.1条中的规定，试模内表面应涂一薄层矿物油或其他脱模剂。2) 实验室拌制水泥土时，材料用量应以质量计，精度分别为：水泥、水、外加剂和掺合料为0.5%；土为1.0%。3) 实验室应在拌制后尽快成型，一般不超过30min。2 水泥土试件制作应按以下步骤进行：代表性取土样约8kg，放入砂浆搅拌机进行搅拌直至均匀。1) 根据水泥掺入比和水灰比称取相应的水泥和水，配制水泥浆。2) 将配制好的水泥浆(或水泥干粉)加入土样中，搅拌至均匀，搅拌时间应不少于5min。3) 将搅拌均匀的水泥土分两次装入试模中，每装完一次，在试模上表面覆盖塑料薄膜后在振动台上振动至密实，振动时间不应少于60s。4) 振实后，水泥土上表面略高于试模上沿，把涂有一薄层脱模剂的平板玻璃均匀的压在试模顶部。5) 同一水泥掺入比、同一水灰比成型5组共15个试件。A.5.2 试件的养护1 试件成型后在203的环境中静置23天，然后编号、拆模(拆模时要有一定的强度，否则推迟拆模日期或带模进行养护)。2 拆模后立即放入温度202，相对湿度90以上的环境中养护。3 养护时，试件彼此间隔1020mm，试件应避免直接被水冲淋。4 标准养护龄期为90天（从搅拌加水泥浆或水泥开始）。5 应每天至少一次记录试件的养护条件。A.6 无侧限抗压强度试验A.6.1 应按以下步骤进行：1 试件从养护地点取出后立即将试件表面擦干净，涂一薄层凡士林以防止水分蒸发，并测量2个相互垂直的直径的长度。2 将试件置于底座上，转动手轮使底座缓慢上升至试样与加压板刚好接触，将测力计读数调零。3 轴向应变速率宜控制在每分钟1%3%，转动手柄使升降设备上升进行试验，轴向应变小于3%时，每隔0.5%应变读数一次；轴向应变等于、大于3%时，每隔1.0%应变（或0.8mm）读数一次。试验宜在810min内完成。1) 当测力计读数出现峰值时，继续进行3%5%的应变后停止试验；当测力计读数无峰值时，应进行到应变达20%后方可停止试验。2) 试验结束后取下试件，测量试件破坏面的倾角，描述试件破坏后的形状。A.6. 2 轴向应变应按下式进行计算： （A.6. 2）式中 轴向应变（%）；试样初始高度（cm）；轴向变形（cm）。A.6.3 试验面积的校正应按下式计算： （A.6. 3）式中 Aa校正后试样面积(cm2)；A0试样初始面积(cm2)；A.6.4 试件所受的轴向力应按下式计算： （A.6. 4）式中 轴向应力（kPa）；C测力计率定系数（N/0.01mm或N/mV)；R测力计读数（0.01mm或mV）；A.6.5 以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制应力应变曲线，取曲线上的最大轴向应力为无侧限抗压强度值。若最大轴向应力不明显，取轴向应变为15%对应的应力作为无侧限抗压强度。附录B 水泥土密度试验B.1 定义和适用范围B.1.1 水泥土的密度是指水泥拌合物的单位体积质量。B.1.2 本试验用于测定水泥拌合物经捣实后的密度。 B.2 仪器设备B.2.1 容量筒（配有漏斗）：金属制成，内径108mm，高109mm，筒壁厚2mm，容积为1L。B.2.2 天平：称量5000g，分度值1g。B.2.3 振动台：同附录A中A.4.1的规定。B.2.4 塑料薄膜。B.2.5 秒表。B.3 操作步骤B.3.1 水泥土拌合物的制备原材料的取样和水泥土拌合物的制备方法同附录A中A.5.1.1的规定。B.3.2 水泥土密度试验步骤按以下步骤进行：1 称容量筒重量，精确至1g。2 然后将容量筒的漏斗套上，装入水泥土拌合物并略有富余，盖上塑料薄膜，在振动台上振动密实，振动时间不应少于60s。3 振实后将容量筒口多余的水泥土拌合物刮去，使表面平整，并将外壁擦干净，称取总重量，精确至1g。B.3.3 本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，精确至10 kg/m3。B.3.4 按下式计算水泥土的密度： （B.3.4）式中 水泥土的密度（kg/m3），精确至10 kg/m3。； m1容量筒的质量（kg）；m2容量筒和水泥土总质量（kg）；V容量筒的容积（L）。规范性引用文件下列文件中的条款通过通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版本均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本使用于本规程。GB/T1346 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB8076 混凝土外加剂JGJ63 混凝土用水标准JTJ056 公路工程水质分析操作规程GB/T 50123 土工试验方法标准JTG E40 公路土工试验规程TB10102 铁路工程土工试验规程JGJ79 建筑地基处理技术规范YBJ225 软土地基深层搅拌加固法技术规程JTJ/T 259 水下深层水泥搅拌桩加固软土地基技术规程TB 10113 粉体喷搅法加固软弱土层技术规范JTG F10 公路路基施工技术规范JG 3019 混凝土试模JG/T3020 混凝土实验室用振动台JGJ70 建筑砂浆基本性能试验方法本规程用词说明1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1.1 表示很严格，非这样做不可的用词： 正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；1.2 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词： 正面词采用“应”，反面词用“不应”或“不得”；1.3 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词采用“可”。2 规范中指定按其他有关标准、规范的规定执行时，写法为“应符合的规定”或“应按执行”。条文说明1 总则1.0.4 本条指出了在进行水泥土配合比设计时，还应执行现行的建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002、软土地基深层搅拌加固法技术规程YBJ225-91、水下深层水泥搅拌桩加固软土地基技术规程JTJ/T 259-2004、粉体喷搅法加固软弱土层技术规范TB 10113-96等标准规定。3 材料要求3.0.1 水泥掺入比等条件相同的情况下，加固不同土质的土层，加固的效果是不一样的。在室内进行配合比设计时，应从工程现场取具有代表性的土样，以确保配合比的适用性。目前水泥土的应用主要在软基处理上，加固时，水泥浆或水泥干粉直接加入土层中，土层中的原状土均未经过扰动，其天然含水率不会变化。因此配合比设计时，土样应尽可能与原状土一样，保持土的天然含水率。3.0.2 本条说明了在进行配合比设计前对土样应该有个初步的了解，为在进行配合比设计时选定水泥掺入比做准备。根据国内外研究，用水泥做加固剂，对含有伊利石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高，pH值较低的粘性土加固效果较差。3.0.3 本条说明了做为水泥土加固剂的水泥强度等级最低要求。3.0.4 石灰一般适用于粘土颗粒含量大于20，粉粒及粘粒含量之和大于35，粘土的塑性指数大于10，液性指数大于0.7，土的pH值为48，有机含量小于11，土的天然含水率大于30的偏酸性的土质。在粘粒含量不足的情况下，可以添加粉煤灰。当pH值小于7时，掺入百分之几的石灰，通常pH值就会大于12。4 技术条件4.0.1 本条指出了水泥浆的水灰比的要求，基于三点考虑：一是水泥浆水灰比较低时，水泥浆较稠，在现场施工时不利于水泥浆的泵送。二是水泥浆中所带入的水量对水泥土最终的强度影响不大。三是根据建筑地基处理技术规范JGJ 79-91给出的湿法的水泥浆水灰比范围（0.450.55）和根据水下深层水泥搅拌桩加固软土地基技术规程JTJ/T 259-2004给出的水泥浆水灰比范围（0.71.3）。4.0.2 根据建筑地基处理技术规范JGJ 79-91：采用水泥作为固化剂材料，在其他条件相同时，在同一土层中水泥掺入比不同时，水泥土强度将不同。由于块状加固属于大体积处理，对于水泥土的强度要求不高，因此为了节约水泥，降低成本，可选用712的水泥掺入比。水泥掺入比大于10时，水泥土强度可达0.32MPa以上。一般水泥掺入比可采用1220。水泥土的抗压强度随其相应的水泥掺入比的增大而增大，但因场地土质与施工条件的差异，掺入比的提高与水泥土强度增加的百分比是不完全相同的。 基于以上分析本条给出了在水泥土配合比设计时，水泥土一般情况下的水泥掺入比的范围。4.0.3 根据软土地基深层搅拌加固法技术规程YBJ225-91：水泥土的强度随龄期的增长而增长，一般情况下水泥土7d是可达标准强度的3050；30d可达标准强度的6075；90d为180d的80，而180d以后，水泥土强度增加乃未终止。另外根据电子显微镜的观察，水泥土的硬凝反应也需要3个月才能完成。因此，选择龄期90d的强度作为水泥土的标准强度是较为适宜的。4.0.4 在某些地区的地下水中含有大量硫酸盐（海水渗入地区），因硫酸盐与水泥发生反应时，对水泥土具有结晶性侵蚀，会出现开裂、崩解而丧失强度。为此加固剂应采用抗硫酸盐水泥，使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定的数量范围内，藉以提高水泥土的抗侵蚀性能。 水泥土使用在温差比较大的地方，与混凝土一样，水泥土的强度也会随着温度的不断变化而丧失强度。本条在查阅大量资料的基础上，给出了对抗冻融、抗侵蚀试验的方法及强度损失率的要求。以确保在这些地区的使用水泥土能达到预期的效果。5 水泥土配合比计算、试配、调整与确定5.1 水泥土基准配合比计5.1.2 根据建筑地基处理技术规范JGJ 79-91给出的水泥土现场强度与室内配合比设计强度的比值范围（0.350.50），对三种不同施工水平的值作了相应规定，提出了水泥土配制强度的取值及计算方法。5.1.3 本标准编制组在福建省建筑科学研究院的大力协助下，对福建地区水泥土配合比的设计、施工及应用进行了相关数据的总结，并根据不同工程分类的土、天然含水率、水泥土试配强度、采用水泥标号情况，提出了水泥土水泥掺入比的参考选用值，供各单位组织试配时选用。5.1.4 由大量实验数据总结得到，当水泥土含水率在原土液塑限中值附近时，该水泥土具有良好的拌合性及施工性。因此，本规程要求以原土液塑限中值为水泥土含水率配制目标进行设计，保证所配制的水泥土拌合物的施工性。 此外，由收集的大量施工资料及实际经验总结得出采用湿法搅拌水泥土时常用水泥浆水灰比范围(0.41.3)，并根据计算结果规定了各种情况下的水灰比C的取值。5.1.5 由于土具有孔隙率大、吸附能力强、离散性大的特点，不宜采用体积法进行水泥土配合比的设计。因此，本规程给出了较为适合水泥土配合比设计的质量法计算公式。我们对不同工程分类、不同天然含水率的拌合水泥土样进行了3733共189次试验，得出了其水泥土单方重量的范围，并进行了分类供设计时选用。5.2 水泥土配合比试配、调整与确定5.2.2 本条主要考虑砂性土等干硬性土的情况。水泥土拌合物达到塑性要求应以拌合物具有一定的拌合性为准，可由目测得出。否则，应通过固定水泥用量并加水拌合的办法改善拌合物塑性。5.2.3 本条规定了试配时采用三个配合比的确定原则。考虑到采用湿法拌制水泥土时，该三个配合比拌合物的塑性可能会有所变化，此时允许适当增减用水量予以调整。5.2.4 本条规定了以标准养护90d的强度作为调整及确定设计配合比的依据。但又考虑到施工生产中，水泥进厂（场）后等待水泥土90d强度试验结果时间较长，且目前多数单位均以快速试验或较早龄期（7d或14d）试压强度和对水泥土强度进行动态控制的规律，调整确定水泥土配合比。所以，本条增加了“需要时可同时制作几组试件，供快速检验或较早龄期试压，以便提前定出水泥土配合比供施工使用”。但此时应考虑快速推定带来的误差，并保证强度富余，具体方法可参照早期推定混凝土强度试验方法JGJ 15-83进行。5.2.6 大量实验数据表明，由于水泥土较大的离散性与不均匀性，水泥土表观密度实测值与计算值的合理误差为5%。本规程特此对校正系数作了规定。 按照本规程5.1.15.1.5条，可计算得水泥土基准配合比。以下是二则计算实例：例1 某道路工程路基为粉质软土，设计要求采用水泥搅拌桩进行软基处理，水泥搅拌桩桩身90天设计强度为1.5MPa，采用P.O42