（道路与铁道工程专业论文）粉喷桩和浆喷桩加固软土地基效果及施工工艺的对比研究.pdf

摘要 水泥搅拌桩技术加固软土地基具有最大限度地利用原土、搅拌时无振动、噪音、 污染等特点，目前在高等级公路、普通铁路等工程中广泛应用。但是对于工后沉降要 求极高的高速铁路工程，粉喷桩、浆喷桩两种不同施工工艺加固效果能否满足设计要 求是一个值得探讨的问题。本文作者通过参与大量的试验及其试验段的建设，就粉喷 桩、浆喷桩加固高速铁路软土地基的施工进行了对比研究。 本文通过水泥土室内配比试验及桩体水泥土钻探取芯结合室内试验研究，分析水 泥土强度指标的影响因素，确定满足高速铁路设计要求的施工配比及水泥土物理力学 指标值；对水泥搅拌桩施工机械配置、施工方法、施工工艺参数等进行调研及工程试 验，总结出满足设计要求的水泥搅拌桩施工工艺及参数；对水泥搅拌桩施工质量检测 方法( 常规方法和物探方法) 的可靠度、适用范围、控制参数进行研究，提出满足高 速铁路质量要求的质量检测手段、检测频率及检测标准；通过对粉喷桩、浆喷桩处理 软土地基地段在路基填筑过程中厦完工后的沉降变形观测，分析粉喷桩及浆喷桩施工 工艺对软土地基变形的影响，对比研究两种工艺加固效果。 经过大量试验的对比研究，粉喷桩、浆喷桩两种工艺加固软土地基后，沉降得到 显著的减小，且加固效果无明显差别。当填筑至路肩标高放置6 ，一- - 7 月后，可以满足 高速铁路或客运专线一般路段工后沉降5 c m 及初年沉降速率的要求。 关键词：高速铁路，软土地基，粉喷桩，浆喷桩，施工工艺，参数试验， 质量检验，加固效果，对比研究 a b s t r a c t t h et e c h n i q u eo fc o n s o l i d a t i n gs o f tg r o u n db yc e m e n ts t i r r e dp i l e sh a sb e e nw i d e l y u s e di nh i g h - g r a d eh i g h w a y s ，o r d i n a r yr a i l w a y sa n do t h e rc i v i le n g i n e e r i n gw o r k sd u et o i t sa d v a n t a g e so ff u l lu s eo fr a ws o i l ，n on o s e s ，n op o l l u t i o na n dn ov i b r a t i o nd u r i n gs t i r r i n g h o w e v e r , i ti sq u e s t i o n n a i r et ou s ee i t h e ro ft h ep o w d e r - s p r a y e dp i l et e c h n i q u ea n d t e c h n i q u et o r e i n f o r c et h ee x p r e s sr a i l w a y sa f t e rs e t t l e m e n t ，w h i c hs h o u l db ee x t r e m e l y c o n t r o l l e di na c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g n i nt h i sw o r k ，t h er e i n f o r c e m e n tr e s u l t sa n dt h e c o n s t r u c t i o n a lc r a f t sw e r es t u d i e dt h r o u g hc o m p a r i s o no nt h eb a s i so fl a r g eq u a n t i t i e so f t e s t sa n dc o n s t r u c t i o no ft r i a ls e c t i o n sb yu s i n ge i t h e rt h ep o w d e r - s p r a y e dp i l ew a ro rt h e m o r t a r - s p r a y e dp i l e t h et e s to fc e m e n t s o i lm i xr a t i oi nar o o ma n dt h a to ft h ep i l e - b o d yc e m e n t s o i l d r i l l e dc o r ew e r ec o m b i n e dt oa n a l y z ep a r a m e t e r st h a ti n f l u e n c e dt h es t r e n g t ho ft h e c e m e n t s o i la n dt od e t e r m i n et h ep h y s i c a la n dn & e c h a n i c a li n d e x e so fc e m e n t s o i la sw e l l a st h ec o n s t r u c t i o n a lm i xp r o p o r t i o nt h a tw a sr e q u i r e df o rt h ed e s i g no fe x p r e s sr a i l w a y s t h ec o n s t r u c t i o n a lm a c h i n e r yf i t t i n g so fc e m e n t s t i r r e dp i l e s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，a n d c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u ep a r a m e t e r sw e r ei n v e s t i g a t e dt h r o u g he n g i n e e r i n gt e s t ss u c ht h a t s a t i s f i e dc o n s t r u c t i o nc r a f t sa n dp a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e d t h ec h e c km e t h o d so ft h e c o n s t r u c t i o nq u a l i t yo ft h ec e m e n t - s t i r r e dp i l e s ( an o r m a lm e t h o da n dap r o b ed e t e c t i o n m e t h o d ) w e r ea p p l i e d t h er e l i a b i l i t y , s u i t a b l es c o p e ，a n dc o n t r o lp a r a m e t e r s w e r e d i s c u s s e dt op r o p o s eaq u a l i t ye x a m i n a t i o nm e a n s ，d e t e c t i o nf r e q u e n c y , a n dc h e c kc r i t e r i o n f o re x p r e s sr a i l w a y s b yo b s e r v i n gt h ed e f o r m a t i o no fs e t t l e m e n to ft h es o f tg r o u n ds e c t i o n a n dt h e s u b g r a d ef i l ls e c t i o nt h r o u g ht h ep o w d e r - s p r a y e dp i l et e c h n o l o g ya n dt h e m o r t a r - s p r a y e dp i l et e c h n o l o g y , t h e i n f l u e n c eo ft h ec o n s t r u c t i o n a l w a y s o nt h e c o n s o l i d a t i o nr e s u l t sw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d a f t e rl a r g eq u a n t i t i e so fc o m p a r i s o nt e s t s ，i tc o u l db ef o u n dt h a tt h es e t t l e m e n t so fs o f t g r o u n da f t e rr e i n f o r c e m e n tt h r o u g ht h et w ow a y sw e r er e d u c e dr e m a r k a b l ya n dt h a tt h e r e w a sli t t l ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ec o n s o l i d a t i o nr e s u l t s w h e nt h ef i l lr e a c h e dt h ee l e v a t i o n o ft h er o a ds h o u l d e ra n dt h i ss t a t er e m a i n e df o r6t o7m o n t h s ，t h eg r o u n dm e tt h ed e m a n d s f o re x p r e s sr a i l w a y so rf o rp a s s e n g e ro n l yr a i l w a y sp r o v i d e dt h a tt h es e t t l e m e n tw a s5c m o rt h es e t t l e m e n tr a t ew a sr e q u i r e di nt h ef i r s ty e a r k e y w o r d s ：e x p r e s sr a i l w a y s ；s o f tg r o u n d ；p o w d e r - s p r a y e dp i l e ；m o r t a r - s p r a y e dp i l e ； c o n s t r u c t i o n a lt e c h n i q u e ；p a r a m e t e r st e s t ；q u a l i t ye x a m i n a t i o n ；c o n s o l i d a t i o nr e s u l t s ； c o m p a r i s o nt e s t s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中彳 包 含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 敝作者签名：斧小彳1 猢年万月彩日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：豕i 、1 砌谬年多月亏。口 导师签名：易享 撕萨朋宝。 k 安人。学坝f j 学位论爻 第一章绪论 水泥搅拌桩足通过专用机械，在地基深层就地将水泥与原位土强制拌和，利用水 泥和士之间所发生的一系列物理化学反应，将混合土硬结成具有足够强度、变形模黾 和稳定性的水泥加固土桩体，从而达到加固地基的目的。 该技术最初来源于美国二次世界大战后开发的就地搅拌桩，而我国从上世纪七十 年代开始逐步采用水泥搅拌桩技术加固软土地基，并逐步形成了喷粉和喷浆两种工 艺。即：浆喷桩，在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和，待其固化 后，使地基土的物理力学性能得到加强；粉喷桩，通过专用的深层粉体喷射搅拌机， 将粉状加固料如水泥、石灰粉，用压缩空气喷入地基深部，凭借搅拌机的回转钻头叶 片使加固料与原位软土混合，就地搅拌形成具有整体性、水稳性及一定强度的桩体， 桩体中的加固料与软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结，从而使桩体与桩间土 一起组成复合地基，起到加固地基的目的。 由于水泥搅拌桩加固软土地基后，路基填筑施工基本上不受软土地基稳定性控 制，大大缩短了工期。因此，在软土地基处理时常常采用粉喷桩或浆喷桩技术。如江 苏省多年来在建设高速公路网中采用了水泥搅拌桩技术加固了分布广泛的软土地层， 加固效果满足了高等级公路设计要求。 水泥搅拌桩技术在高等级公路、普通铁路等工程中的应用效果是无可非议的，那 么对于工后沉降要求极高的铁路客运专线或高速铁路工程，粉喷桩、浆喷桩两种不同 施工工艺加固效果能否满足设计要求是一个值得探讨的好课题。 本文作者就粉喷桩、浆喷桩加固高速铁路软土地基的施工进行了对比研究。 1 1 课题研究背景 1 1 1 水泥搅拌桩的发展过程 浆喷桩法首先由美国在第二次世界大战后研究成功，也称之为就地搅拌桩( 简称 b l i p ) 。1 9 5 3 年n 本清水建设株式会社从美国引进此法，1 9 7 4 年r 本港湾技术研究所 等单位研发了水泥搅拌固化法( c m c ) ，目自订f 1 本幽内主要有水泥深层搅拌工法( c d m ) 、 粉体喷射搅拌处理工法( d i m ) 、水泥深层稳定处理工法( d c s ) 、型钢混合挡墙处理工 法( s m w ) 等。其搅拌嗨桩最人氲径超过1 8 m ，一。次最大加固毋戋m i 超过9 5 m 2 ( 双头 或多头) ，最大加幽深度接钻十丁式超过6 0 m ，塔架式可达3 0 m 以一i ：。h 小存i 搅拌技术 m 尊绪论 领域从施：二机械、 ：程应用、设计方法、室内试验、质量控制与榆测都处。j 二世界领先 地位。 二十世纪六十年代后期，在深层搅拌( 桩) 法的基础上，瑞典义提出了粉体喷射 搅拌法( 当时粉体材料采用的是石灰粉) ，后来又进一步对此法深入研究，同时在土 体中喷入水泥粉，使得粉体喷射搅拌( 桩) 法h 趋成熟。 1 9 7 7 年l o 月我国冶会部建筑研究总院和交通部水运规划设计院引进、开发双轴 水泥浆液搅拌技术和机械研究；1 9 7 8 年底制造出国内第一台s j b - 1 型深层搅拌机； 1 9 8 0 年应用该技术成功加固了上海宝山钢铁总厂三座卷管设备基础软土地基，1 9 8 1 年又成功加固了天津造纸厂蒸煮锅改扩建软土地基。1 9 8 3 年浙江大学土木工程系与 联营单位开发了d s j 型单轴搅拌桩机；同年铁道第四勘察设计院开发了粉喷桩技术； 1 9 8 4 年铁道部武汉工程机械研究所试制p h 一5 型粉喷桩机并投入实践：1 9 8 8 年铁道第 四勘察设计院和上海探矿厂联合研制成功g p p 一5 型粉喷桩机并很快投入批量生产。 水泥搅拌桩在国内应用已二十余年，逐步形成了喷粉和喷浆两种工艺，常用的施 工设备以p h - 5 型和g p p - 5 型为主，并配套送粉( 浆) 设备及计量装置。喷粉( 浆) 时粉( 浆) 量控制主要靠送粉( 浆) 手依据电脑计量仪显示的每米粉( 浆) 量来调节 管道压力，达到实现桩体均匀喷粉( 浆) 目的。采用水泥搅拌桩加固软土地基与其它 固结排水法相比，后续路基填筑施工基本上不受软土地基稳定性控制，大大缩短了工 期。 1 1 2 水泥搅拌桩在国内公路工程中的应用 高速公路软土地段常常采用水泥搅拌桩处理，1 9 9 2 年江苏省在建设沪宁高速公 路时，委托铁四院将部分桥头原超填土预压方案设计为粉喷桩处理方案，以减少桥头 路基对桥台桩基施工的制约，加快工程建设步伐。随后在锡澄高速公路、广靖高速公 路、南京新机场高速公路、宁靖盐高速公路、徐连高速公路、淮江高速公路、苏嘉杭 高速公路、沿江高速公路、通启高速公路、宿淮高速公路等省内重点工程中普遍采用 水泥搅拌桩技术加固淤泥质粘性上层。粉喷桩桩径均为5 0 c m ，桩间距1 0 1 8 m ，通 常按梅花形、难三角形布置，桩长5 1 0 m ，桩体水泥士9 0 d 无侧限抗压强度没计强 度为1 2 m p a ，复搅深度不小于2 3 桩长。水泥搅拌桩采用喷粉i ：艺和喷浆工艺施r = 。 桩体水泥含帚f i 少j 二4 5 k g m ，水泥采j j ：j 2 5 级甲乎通砩酸吉羟水泥。施工后对桩抽样进 行钻探取芯检测桩体水泥上无侧限抗爪灶度、译桩承绒力及复合地毖承载力测试，综 2 长安人学硕士学位论文 合评定搅拌桩施工质量。 沪宁高速公路搅拌桩处理软土地基地段通过工后历时三年的沉降观测，9 7 5 的 测点月沉降速率小于3 m m ，工后沉降9 9 5 n 点满足设计要求。桥头工后沉降小于3 c m 的有2 6 6 处，占桥头总数9 5 。全线工后沉降小于3 c m 的5 4 8 个测点占总数8 4 6 。 1 1 3 课题研究背景 党的十六届五中全会通过的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五 年规划的建设明确提出要“加快发展铁路”。中国铁路“十一五”发展规划提出建 设新线1 7 0 0 0 公里，其中客运专线7 0 0 0 公里：建设既有线复线8 0 0 0 公罩；既有线电 气化改造1 5 0 p 0 公里。2 0 1 0 年全国铁路营业罩程达到9 万公旱以上，复线、电化率 均达到4 5 以上，快速客运网总规模达到2 0 0 0 0 公里以上，煤炭通道总能力达到1 8 亿吨，西部路网总规模达到3 5 0 0 0 公里，形成覆盖全国的集装箱运输系统。基本实现 技术装备现代化，运输安全持续稳定，经济效益不断提升。 “十一五”期间，铁路已开始大规模建设时速2 0 0 k m h 及以上的客运专线 9 8 0 0 k m ，同时结合既有线电化、扩能，实施既有干线提速改造，继续扩大提速网络覆 盖面，使1 3 0 0 0 公里既有主要干线客车最高时速达到2 0 0 公里。在此基础上，再经过 五年左右的努力，我国铁路将形成快速客运网络。通过建设客运专线、发展城际客运 轨道交通和既有线提速改造，初步形成以客运专线为骨干，连接全国主要大中城市的 快速客运网络；建设长三角、珠三角、环渤海经济圈以及其他城镇密集地区城际轨道 交通。以北京、上海、郑州、武汉、广州、西安、成都为中心，形成这些中心城市与 邻近省会城市一至- - d , 时的交通圈，与周边城市半小时至一小时的交通圈。 面对如此大的市场，若粉喷桩或浆喷桩处理软土地基的效果能满足客运专线工程 的设计要求，少修建一公里的桥梁，就可以降低工程成本约1 0 0 0 万元。可见经济和 社会效益是非常可观的。 因此为了指导京沪高速铁路工程施工，2 0 0 2 年8 月在昆山市花桥镇天福村境内， 进行了历时2 年多的软土地基路桥设计参数试验项目的研究，是我国第一个严格按照 京沪高速铁路标准进行的大型综合试验项目，其中就包括了粉喷桩、浆喷桩加固高速 铁路软土地基施工试验的内容。 京沪高速铁路是我国中长期铁路网规划中投资规模最大、技术含量最高的一 项工程，也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路。京沪高速铁路位于中国华北 第蒂绪论 和华东地区，两端连接环渤海和长江二一三角洲两个经济区域，全线纵贯北京、灭泮、上 海三大冉辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。所经区域面积占围土面积的6 5 ， 人口占全国的2 6 7 ，人口i 0 0 万以一l ：城市1 1 个，国内生产总值占全国的4 3 3 ，是 中国经济发展最活跃和最具潜力的地区，也是中国客货运输最繁忙、增长潜力巨大的 交通走廊。沿线以平原为主，局部为低山丘陵区，经过海河、黄河、淮河、长江四大 水系。沿线的工程地质条件主要是软土、松软土分布广泛，尤其是武清一沧州松软土、 月阳一上海软土，埋深变化大，软土层厚、强度低，工程性质差。设计最高运行时速 3 5 0 k m ，初期运营时速3 0 0 k m ，列车最小追踪间隔按3 m i n 设计。预计京沪高速铁路建 成后，列车以时速3 5 0 k m 运行，北京南一上海虹桥站全程运行时间为3 h 5 8 m i n ；以 时速3 0 0 k m 运行，运行时间为4 h 3 7 m i n ；以时速2 0 0 k m 运行，运行时间为6 h 5 2 m i n 。 年客运输送能力双向达到1 6 亿人次。 京沪高铁的总投资2 2 0 9 亿元，如此巨额投资，若粉喷桩或浆喷桩处理软土地基 施工的效果能满足高速铁路的设计要求，其经济和社会效益是非常可观的。 1 2 研究目的及意义 高速铁路对路基工程的变形要求远远高于普通铁路，就路基工程而言，要由以往 的强度控制设计思想转变为变形控制的土工构筑物设计思想。尽管针对软基问题做了 大量的科研工作，对各种软土地基处理方案的设计、施工及质量控制与检测方面也积 累了不少经验，但由于软土自身的复杂性及高速铁路要求工后沉降控制标准很高，在 软土地区修建高速铁路仍然面临很多新问题，必须对有关设计、施工问题进行进一步 研究和探索，对于水泥搅拌桩复合地基具体表现在： ( 1 ) 通过水泥土室内配比试验及桩体水泥土钻探取芯结合室内试验研究，分析 水泥土强度指标的影响因素，确定满足高速铁路设计要求的施 j 配比及水泥土物理力 学指标值，供设计参考。 ( 2 ) 对水泥搅拌桩施工机械配置、施工方法、施工工艺参数、过程质量控制手 段等进行调研及工程试验，为高速铁路设计提供参数、为制订相关施工规程提供依据。 ( 3 ) 对水泥搅拌桩施 质量检测方法( 常规力法和物探方法) 的可靠度、适用 范围、控制参数进j ，研究，提出满足高速铁路质j 建要求的质硅检测于段、检测频率及 榆测标准。 ( 4 ) 对浆唢桩和粉喷桩地琏处理方案的工秤经济性、适川。陀进行综合评价。 4 长安人学硕：十：学位论文 1 3 本文主要研究内容 该试验段地基属第四系全新统冲湖积层，表层为黏土，灰黄色，软硬塑，层厚 0 7 6 3 6 0 m ；其下为淤泥质黏土( 容重1 7 1 1 8 8 k n m 3 ，天然含水量3 8 0 一- - 5 5 o ， 孔隙率1 0 2 - - 1 4 8 ) ，深灰色，流塑，含少量腐植物，局部夹有薄层粉砂，层厚3 2 1 6 5 m ；下卧层为粘土、粉土及粉质粘土，详见图1 1 。试验段复合地基加固总长度约 2 3 8 m ，其中前1 1 7 m 采用浆喷桩，桩长1 6 - 一1 8 m ，桩径0 5 m ，桩间距1 2 m 。后1 2 1 m 采用粉喷桩加固，桩长1 2 5 1 6 5 m 。水泥为p 0 3 2 5 级，其掺入比为1 5 。为了进 行9 0 d 、1 8 0 d 龄期的无侧限抗压强度试验，在路基外还各做了1 2 根粉喷桩和浆喷桩。 围绕研究目的，主要研究内容如下： ( 1 ) 资料调研 主要调研了国内道路工程软土地基处理的施工机具、施工工艺、施工方案设计， 以及地基处理技术发展情况等相关资料，尤其是对沪宁高速公路软土地基处理设计方 案、施工方法、施工工艺及加固效果进行调查，供本试验段参考。 ( 2 ) 室内水泥土及桩体水泥土试验研究 通过现场采集土样，使用2 种品牌和2 种级别的水泥，分别制作不同龄期的水泥 土试件，进行无侧限抗压强度、抗剪强度、压缩指标试验，主要研究室内水泥土随掺 入比、龄期、水灰比、水泥标号的变化规律，以及桩体水泥土强度指标值与室内水泥 土强度指标值之间的关系；提出满足设计强度要求的合理配比。 然后根据配合比进行粉喷桩、浆喷桩施工，在不同龄期下抽样进行钻芯取样，对 芯样进行室内无侧限抗压强度试验。根据试件及芯样的无侧限抗压强度试验数据，分 析对比两种工艺下室内水泥土强度之间的变化，以及相应条件下室内水泥土与桩体实 际水泥土强度之间的变化。 ( 3 ) 施工工艺及参数试验研究 在借鉴过去粉喷桩及浆喷桩施工经验的基础上，通过工艺性试桩初步确定施工工 艺及参数，再按照确定的工艺及参数进行试验段水泥搅拌桩施工，进一步验证施工工 艺及参数和施工控制方法，研究不同机型、不同复搅深度对桩体强度和承载力的影响， 并通过对检测数据的进一步研究与分析，总结出满足设计要求的水泥搅拌桩施工工艺 及参数。 ( 4 ) 水泥搅拌桩质量检验方法、检验频率及标准的研究 第市绪论 采用钻探墩芯结合室内试验、静力触探试验、轻便动力触探试验、标准贯入试验、 载倚试验、足尺丌挖枪测与足尺强度试验及低心变试验等常舰方法检测粉喷杉e 及浆喷 桩质量，对比研究各种方法的适h j 性和可靠，f 牛，提出水泥搅拌桩质量榆测方法及检测 频率。 ( 5 ) 通过对粉喷桩、浆喷桩处理软土地基地段在路基填筑过程中及完工后的沉 降变形观测，分析粉喷桩及浆喷桩施工工艺对软土地基变形的影响，对比研究两种工 艺加固效果。 6 鞘矧i l ： 闭 、 l + 、 川 鬻剥8 f ：1 f | j l il 1 1 1 j 濑辩粼j if 7 1 r1 斛i ， 1 | 2 f 卜 f 淞八 l 裰嘲i l _ 匠恒岳蒜蟮簧吾h鄙群蝠 h _ 匝 第一二章室内水泥十试件强度j 桩体强度方面的对比研究 第二章室内水泥土试件强度与桩体强度方面的对比研究 2 1 试验方案 2 1 1 室内水泥土试验方案 使用“金猫”牌p 0 3 2 5 级和p 0 4 2 5 级及“固塔牌e 0 3 2 5 级普通硅酸盐水泥， 在室内采用干法和湿法，按照6 种不同掺入比( 8 、1 0 、1 2 、1 5 、1 8 、2 0 ) 制作试件并标准养护，分别进行7 d 、2 8 d 、9 0 d 、18 0 d 龄期强度指标( 无侧限抗压强度、 抗剪强度、压缩性能) 试验，室内试验具体方案详见表2 1 。 表2 1 水泥土室内配比试件成型方案 序号成型方法试验项目水泥掺量( )龄期( d )数量 8 、1 0 、1 2 、1 5 、1 8 、2 0 l 干法强度 7 、2 8 、9 0 、1 8 0 4 8 组 ( p o3 2 5 级水泥) 湿法 8 、1 0 、1 2 、1 5 、1 8 、2 0 2 强度 7 、2 8 、9 0 、1 8 04 8 组 ( 水灰比0 5 ) ( p o3 2 5 级水泥) 1 0 、1 2 、1 5 3干法 直剪 2 8 、9 01 8 组 ( p o3 2 5 级水泥) 1 0 、1 2 、1 5 4干法 i 矧结 2 8 、9 0 1 8 组 ( p o3 2 5 级水泥) 湿法 1 5 5 强度 7 、2 8 、9 0 1 2 组 ( 0 4 、0 6 、0 8 、1 0 ) ( p o3 2 5 级水泥) 湿法 1 0 、1 2 、1 5 6 直剪 2 8 、9 01 8 组 ( 水灰比0 5 )( p 0 3 2 5 级水泥) 湿法1 0 、1 2 、1 5 7 同结 2 8 、9 01 8 组 ( 水灰比0 5 ) ( p 0 3 2 5 级水泥) 干、湿法1 2 、1 5 8 强度 7 、2 8 、9 01 2 组 ( 湿法水灰比0 5 ) ( p o4 2 5 级水泥) 干、湿法1 2 、1 5 9 圃结 7 、2 8 、9 01 2 组 ( 湿法水灰比0 5 ) ( p o4 2 5 级水泥) 注：无侧限、i 刮结试验3 个试件为一组，剪切4 个试件为一组。 水泥以“金猫”牌为主，用“固塔”牌做主要项目的对比试验。 2 1 2 桩体水泥土试验方案 在路堤外按照6 种不同掺入比( 以1 0 、1 2 、1 5 为主) 、分三个龄期各施工 1 2 根粉喷桩、1 2 根浆喷桩，试验桩桩长为1 5 m ，到龄期后分别进行低应变试验、钻 探取芯q u 试验。不同龄期及掺入比见表2 2 ，测点布置及检测顺序见图2 1 。 8 k 安人学颂l j 学他论艾 表2 2 不同龄期及掺入比试验桩试验 掺入比 8 l o l2 15 l8 2 0 试桩个数 l33311 龄期( d ) 2 8 7 、2 8 、9 0 、1 8 07 、2 8 、9 0 、18 07 、2 8 、9 0 、18 02 82 8 注：粉喷桩、浆喷桩各做l 组，表中数鬣为其中的1 种； 结合室内对麻掺比及龄期进行芯样的无侧限抗压强度试验。 7 天 厂i 虿彳 右探取剖夕勤燃n j ( 2 2 试验方法 图2 1 搅拌桩测点布置及检测顺序 2 2 1 试验采用标准 g b l 7 5 1 9 9 9 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、g b t 1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂 强度检验方法、g b l 3 4 5 - - 9 1 水泥细度检验方法、g b l 3 4 6 2 0 0 0 水泥标准稠度 用水量、凝结时间、安定性检验方法、g b 8 0 7 6 - - 1 9 9 7 混凝土外加剂、t b j l 0 2 9 6 铁路工程土工试验方法、t b l 0 1 1 3 - - 9 6 粉体喷搅法加固软弱土层技术规范。 2 2 2 样品采集 在需要加固处理的软弱土地基内，采取试坑法( - - 6 m 处) 采集土样，并用塑 料袋包覆，以保证原状土水分不变，用环刀法测试原状土样的天然含水量和天然密 度。 2 2 3 天然密度和天然含水量测定 在取样层不h 部位各取环，j2 个，进行天然密度和天然含水量甲行试验，试验结 果为：天然密度1 2 5 9 c m 3 ，大然含水量4 5 o ，其它物理力学指标试验结果见表2 3 。 9 第一二章室内水泥十试件强度j 桩体强度方面的对比研究 表2 3 淤泥质粘十物理力学指标试验结果汇总表 天 天然 天然然压缩系数压缩模量有机质 含水比液限塑限塑性 ( 1 0 0 - 2 0 0 k p a )( 1 0 0 - 2 0 0 k p a )含量 上i 密度孔 ( )( )指数照 ( g c m 3 ) 重 隙 m p a 1 m p a ( ) ( ) 比 4 5 01 2 52 7 21 23 5 32 1 51 3 80 7 2 02 2 9 3 3 4 2 2 4 加固料 ( 1 ) 水泥：采用苏州会猫水泥厂生产的p 0 3 2 5 级、p 0 4 2 5 级水泥及江苏金坛 建材厂生产的“固塔”牌p o3 2 5 级水泥，首先检验其技术性能指标，皆符合g b l 7 5 1 9 9 9 标准要求，具体结果见表2 4 。 表2 4 水泥技术指标试验结果汇总表 序水泥水泥 细标准 凝结时间抗压强度抗折强度 度稠度 ( m i n ) 安定性 ( m p a )( m p a ) 号品牌等级 ( )( )初终 7 d2 8 d7 d2 8 d 苏州 1 p 0 3 2 5 2 52 7 01 2 52 3 5 合格 2 3 54 3 55 58 0 “金猫” 苏州 2 p 0 4 2 51 72 8 41 5 51 9 8合格2 6 55 3 56 5 9 5 “金猫” 金坛 3p 0 3 2 53 82 6 22 0 02 9 0 合格 2 4 53 9 45 27 1 “i 司塔” ( 2 ) 外加剂：北京慕湖外加剂有限公司产的n u f - 5 型高效减水剂，技术性能指 标符合g b 8 0 7 6 - - 1 9 9 7 标准要求。 2 2 5 试件制作及养护 ( 1 ) 拌和：先将水泥、水和外加剂( 湿法) 用人工拌和方法在水泥胶砂搅拌机 拌和锅内拌和均匀( 干法直接加入水泥) ，然后再将土样加入( 各种掺入量按拟定配 比计算，用天平称量) 并初拌，开动搅拌机，先进行慢搅1 分钟，然后再快搅3 0 s ， 使土与水泥、外加剂、水充分拌和均匀。 ( 2 ) 试件制作：水泥土无侧限抗压强度试件采用7 0 7 x 7 0 7 x 7 0 71 1 1 1 1 1 的立方体试 模、压缩和剪切用0 6 1 8 2 0 1 1 1 1 1 1 的圆试模，将每个试件用料称量后( 记录重量) 分两 l o 长安人学硕。 ：学位论文 层装入试模，每层填塞均匀，每层装好后用木锤敲击试模两侧各5 0 次，用刮刀将表 面刮平( 圆试模置于玻璃板上，一次装入称量后的试料，直接挤压、刮平) ，压缩和 无侧限强度试件每3 个为一组、剪切试件每4 个为一组。 ( 3 ) 试件养护：试件制作好后带模放入水泥混凝土标准养护箱内养护两天拆模 ( 压缩试件不脱模) ，称其重量后继续养护至规定的龄期再次称重并进行强度试验， 养护温度为2 0 a ：l 、湿度兰7 0 。 2 2 6 试件强度试验 抗压强度试验用c b r 承载比试验仪，逐级加载并保持应力水平，量测垂直变形量， 待变形量稳定后再加下一级荷载，直到破坏；压缩采用三联固结仪、剪切用二速直剪 仪。 2 2 7 强度计算 无侧限抗压强度、压缩指标取3 个试件的平均值，剪切强度指标以4 个试件抗剪 强度值通过作图法确定。 2 3 试验仪器设备 室内试验使用的主要仪器见表2 5 。 表2 5 水泥土室内试验主要仪器设备表 序号仪器名称规格型号 数量( 台什) 1 水泥胶砂胶拌机 j j 一5l 2 电子天平 0 0 l g 1 3 电子天平 0 0 0 0 1 9 1 4 水泥混凝土养护箱 h b y 二4 0 b 1 5c b r 承载比试验仪 c b r 11 6 三联同结仪 w g 1 bl 7 二速直剪仪 d z j 1 l 8 百分表 0 1 0n l m 、0 3 0l l n l l7 9 砂浆试模 7 0 7 x 7 0 7 x 7 0 7l n l n 6 0 1 0 环刀m 61 8 * 2 01 1 f l l 1 5 0 1 1 电热干操箱 1 0 1 21 1 2 液塑限仪 s j s - 3 ( 7 6 9 ) l 2 4 试验数据分析 第：亭室内水泥 ：试什慢度o j j f 仆- i ；s ，。t ：，j 1 n f 的对比m 彳 通过水泥上：查内配比试验，呵以得出水泥十强度指标( 无侧限抗慷强度、剪切强 度、压缩性能) 与试件龄期、掺量、加固料等级、品牌、水泥浆的水狄比、试件成犁 方法( 干法、湿法) 的关系，具体分析如f ： 2 4 1 水泥土无侧限抗压强度分析 主要以“金猫”牌水泥为主，从以下六个方面进行分析。具体试验数据参阅附表 1 。 ( 1 ) 龄期与无侧限抗压强度关系 强度与龄期关系见图2 2 、图2 3 。 1 2 1 0 o 8 山 弓6 蜊 鹱 4 2 0 03 06 09 01 2 01 5 0 龄划( d ) 图2 2水泥土配比试件无侧限抗压强度与龄期关系曲线图( 干法) 1 8 0 03 0 6 0 9 01 2 01 5 01 8 0 龄为j ( d ) 图2 3 水泥土配比试件无侧限抗压强度j 龄期关系曲线图( 湿法) 由图可知，随着水泥十龄期的增长，其无侧限抗瓜强度随之增强，住 7 d 一2 8 d 一9 0 d 一1 8 0 d 龄期内强度增长均匀，水泥士龄期一强度关系曲线近似0 ：直线形状。 通过计算，随符水泥掺入醚变化( 8 一2 0 ) ，水泥l ：龄期( 7 d 、2 8 d 、9 0 d 、18 0 d ) 上j 尢 7 6 5 4 3 2 1 0 一山=一赵骠 k 安人学坝 ：! 位论义 侧限抗压强度问有下列近似关系( 水泥掺量从8 一2 0 ，取不同掺入嚣各龄期f 倍数 值的平均数) ：十法试件，q u ( 1 8 0 d ) = 1 2 7 q 。( 9 0 d ) = 2 3 4 q 。( 2 8 d ) = 3 9 5 q u ( 7 d ) ：湿法试件， q 。( 18 0 d ) = 1 2 5q u ( 9 0 d ) 22 5lq 。( 2 8 d ) = 3 9 4 q 。( 7 d ) 。 ( 2 ) 水泥掺入比与无侧限抗压强度关系 水泥掺入比与无侧限抗压强度关系见图2 4 。 o 乱 弓 划 暖 水泥掺量( ) 图2 4 水泥土无侧限抗压强度与掺入比关系曲线图 由图2 4 可以看出：水泥土无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加而增大，其中， 干法水泥土强度较湿法增大更为明显。水泥掺量大于1 2 时，水泥土强度随水泥掺入 量增加而增长更为显著。通过计算，龄期为7 d 时：对干法试件，q 。( 2 0 ) = 3 9 6q 。( 8 ) ， 对湿法试件，q 。( 2 0 ) - - 2 8 9q 。( 8 ) ；龄期为2 8 d 时：对干法试件，q 。( 2 0 ) = 3 7 1 q 。( 8 ) ，对湿法试件，q 。( 2 0 ) - - 2 6 1q 。( 8 ) ；龄期为9 0 时：对干法试件，q 。( 2 0 ) - 4 0 6q 。( 8 ) ，对湿法试件，q 。( 2 0 ) = 2 6 8q u ( 8 ) ；龄期为1 8 0 时：对干法试件， q 。( 2 0 ) - - 4 5 0 q 。( 8 ) ，对湿法试件，q 。( 2 0 ) - - 2 7 9 q 。( 8 ) 。 ( 3 ) 水灰比与无侧限抗压强度关系 从水泥土水灰比与无侧限抗强度关系曲线图2 5 分析，水泥土无侧限抗压强度随 着水狄比的增大而降低，其中龄期为9 0 d 时强度降低幅度最大，龄期为7 d 、2 8 d 强度 降低幅度较小且近似相同。通过计算，得出以下结论：龄期为7 d 时，q 。( 1 0 ) - - 0 5 4 q 。( 0 4 ) ；龄期为2 8 d 时，q 。( 1 0 ) = 0 5 8 q 。( 0 4 ) ；龄期为9 0 d 时，q 。( 1 0 ) = 0 5 4 q 。( 0 4 ) 。 2 0 第二章室内水泥斗：试件强度0 桩体强度方面的对比研究 5 4 勺3 乱 弓2 蓍， o 0 40 5 o 60 70 8 0 9 水灰比 图2 5 水泥土无侧限抗压强度与水灰比关系曲线 ( 4 ) 水泥等级与无侧限抗压强度关系 由图2 6 、图2 7 可知，水泥土掺p o o4 2 5 金猫水泥的无侧限抗压强度皆高于 p o3 2 5 金猫水泥，与水泥胶砂强度高低( 等级差别) 相吻合。 6 5 勺4 皇3 型2 骥l 0 4 3 皇2 鬈t o 51 52 53 5 4 55 56 57 58 5 龄期( d ) 图2 6水泥土无侧限抗压强度与水泥等级关系曲线图( 干法) 51 52 5 3 54 55 56 57 5 8 5 龄期( d ) 图2 7水泥土无侧限抗压强度与水泥等级关系曲线图( 湿法) ( 5 ) 成型方法与无侧限抗压强度关系 由图2 4 可知，无侧限抗压强度干法试件高于湿法试件。各龄期、各掺量下成型 方法与无侧限抗压强度关系见表2 6 。由表2 6 可见：随着水泥掺入量的增加干法试 件无侧限抗压强度与湿法试件无侧限抗压强度比值大体上呈上升趋势。 1 4 k 安人学帧i j 。f _ 论义 表2 6 成型方法与无侧限抗压强度关系对比表 尢侧限抗乐强度( m p a ： 龄期( d )成犁方法 8 9 6 1 0 1 2 1 5 1 8 2 0 干法 0 6 7o 7 90 9 81 6 22 2 32 6 5 7 湿法o 5 70 6 80 8 11 0 4。1 3 01 6 5 干湿 1 1 81 1 61 2 l1 5 61 7 21 6 l 干法1 0 l1 5 31 9 72 7 03 2 03 7 5 2 8 湿法 0 9 31 1 21 3 41 5 71 9 82 4 3 干湿1 0 91 3 71 4 71 7 21 6 21 5 4 干法1 9 72 4 23 2 85 1 66 8 97 9 9 9 0 湿法 1 8 52 0 62 5 7 3 3 3 4 2 04 9 5 干湿1 0 61 1 71 2 81 5 51 6 41 。6 1 干法 2 3 22 7 l4 5 46 5 49 1 31 0 4 3 1 8 0 湿法 2 1 92 4 93 4 94 0 45 5 06 1 0 干湿1 0 91 0 91 3 01 6 21 6 61 7 l ( 6 ) 水泥品牌与无侧限抗压强度关系 4 3 篓2 丞1 o 8l o1 21 41 61 82 0 水泥掺簧( ) 图2 8 水泥土无侧限抗压强度与水泥品牌关系曲线图( 干法) 3 2 5 盛 2 弓1 5 蓍嘶1 o l o1 21 41 61 82 0 水泥掺最( ) 图2 9 水泥十无侧限抗压强度与水泥品牌关系盐线图( 湿法) 由图2 8 、图2 9 町见掺入p 0 3 2 5 级“金猕”牌水泥的水泥i ：蚀度皆f ：哥于掺入 1 5 第一二章室内水泥十试件强度j 桩体强度方面的对比研究 p 0 3 2 5 级“固塔”牌水泥的水泥土。主要因为“金猫”牌水泥的胶砂强度高于“固 塔牌水泥( 试验结果) ，不同水泥掺量其强度高出量基