水黏土搅拌桩法湿法加固软土地基的试验研究

水黏土搅拌桩法湿法加固软土地基的试验研究

1添加剂的加入对加固桩水保在连通性地区，广泛积累了灰色和灰绿色粘土和粘土，厚度从几米到20米不等，最大厚度为24米。具有一般软土的特点：高含水量、高孔隙比、高压缩性、高灵敏度、低渗透性，工程性能极差，黏粒、胶粒含量高。如采用水泥搅拌干法加固，施工受到深度的限制，而且天然土体存在最佳含水量，含水量过低或过高时水泥水化都不充分，加固效果也不好。如果在水泥搅拌桩湿法施工过程中，在水泥中加入适量的添加剂，则对水泥土桩的质量具有一定的改善作用。本文结合连—盐高速公路连云港试验段的地质条件，拟用不同种类水泥、掺合料和添加剂掺入软土中，分析各因素对水泥土强度的影响。在初步成果的基础上，进行现场不同固化剂（普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥）的配比试验，采用多种施工工艺搅拌成桩。并结合现场效果检测工作，为水泥搅拌桩在处理连云港海相软土地基提出合理的配比与施工方案，对水泥搅拌桩在类似地基中的应用具有指导意义。2试验组软土物理力学性质室内配比试验的土样取自试验段，浅层软土地基的主要物理力学性质见表1。3复杂剂量分析根据室内配比试验结果和软土地基条件，制定了分别以普通硅酸盐水泥（简记为P.O.32.5）、矿渣硅酸盐水泥（简记为P.S.32.5）为固化剂，并加不同外掺剂（尾矿砂、SN-II、石膏和粉煤灰）的现场配比方案，固化剂的掺入比分别为18%（60kg/m）,21%（70kg/m）,24%（80kg/m），外掺剂的掺量为固化剂用量的质量百分比。结合现场施工条件按不同组合进行布置，每一组合在试验段内不同区域施工。通过采用改变喷浆复搅次数（1次喷浆4次搅拌、2次喷浆4次搅拌、2次喷浆6次搅拌）、喷浆顺序（上提喷浆、下沉喷浆）等施工工艺，同时结合连云港海相软土力学指标随深度而增加的特性及水泥土桩的受力主要位于桩顶2～3倍桩径（4～5m）范围内的特点，在2喷4搅和2喷6搅工艺中，第2遍喷浆控制在0～10m范围内，以达到变掺量施工。为了提高施工速度，部分2喷6搅最后一次复搅只在变掺量范围进行，从而满足荷载传递规律对桩身质量的要求，改善复合地基的承载性能。根据江苏省高速公路建设指挥部技术质量监督处（2003)147号文《江苏省高速公路水泥搅拌桩检测工作实施细则》和江苏省高速公路建设指挥部技术质量监督处（2003)250号文“关于《江苏省高速公路水泥搅拌桩检测工作实施细则》的补充规定”，对于施工完成的水泥土搅拌桩的质量检测，采用现场取芯鉴别描述与标准贯入试验（SPT）等试验的方法，并编制了相应的计算程序，为每根检测桩进行综合评定，按不合格、合格、良和优4个级别评定。4水处理站变形掺量施工对桩体强度影响分析根据上述检测细则，一般在28d后，对于施工完成的水泥土搅拌桩采用现场沿桩1/4轴线垂钻孔取芯，钻头直径为90mm。采用双管单动冲水循环回转钻进法，每一回次控制在1～1.2m。取芯完成后，按一定的试验点间距进行标准贯入试验。通过对芯样颜色、喷浆均匀度、胶结程度、芯样状态等进行鉴别描述，结合标准贯入试验结果对桩身质量进行综合评定。根据当地的地质条件和单桩、复合地基中水泥土搅拌桩的荷载传递规律可知，要使桩长达到同一强度发挥度，势必要求水泥搅拌桩的强度沿桩逐渐减小，亦即意味着合理的水泥掺入量应该是沿桩身逐渐减小。由于搅拌设备和施工工艺的限制，目前要达到沿桩长均匀地改变水泥掺入量还有困难，但沿桩身分段减小水泥掺入量是可行的。本文所提出的变掺量施工工艺，试图找出解决桩体上部强度偏低的合理方法。图1和图2分别为2喷4搅（2-4）和2喷6搅（2-6）工艺条件下变掺量施工与不变掺量施工的水泥土搅拌桩标贯试验结果对比。由标贯对比曲线图可以看出，变掺量施工对桩体上部加固效果较明显，8m以下两种工艺加固效果基本一样，结果证明，变水泥掺入量施工是可行的。由所编程序综合评定结果表明，由于上部5m范围内不合格，采用不变掺量施工的2喷4搅及2喷6搅不能满足路基对复合地基的要求。图3和图4分别为矿渣水泥和普通硅酸盐水泥2喷4搅（2-4）及2喷6搅（2-6）施工的水泥土搅拌桩标贯试验结果对比曲线。被检测的桩都是采用3层6叶片下沉喷浆施工，喷浆口位于底层叶片的中部。水泥浆配比为：水泥掺入量为70kg/m，水灰比为0.43，并掺入0.6%SN-II,2%生石膏作为添加剂。由图3和图4可以看出：无论是2喷4搅还是2喷6搅，使用矿渣水泥作为固化剂明显优于普硅水泥，这与室内配比试验矿渣水泥的无侧限抗压强度在各个龄期都明显高于普通硅酸盐水泥结论相吻合，说明针对此软土含水量高、孔隙比大，黏粒、胶粒含量高，含盐量高的特点，宜选用矿渣水泥作为固化剂，考虑添加一定量的减水剂和生石膏。图5和图6分别为不同水泥掺量的2喷4搅及2喷6搅施工的水泥土搅拌桩标贯试验结果对比。使用普通硅酸盐水泥，水泥掺入量分别为70kg/m和80kg/m。由图5和图6可以看出：加大水泥用量可明显提高桩身质量，尤其对桩身上部质量提高明显。对于连云港高压缩性、高含盐海相软土加大水泥掺入比，其强度随之增大，但掺入比的加大应与输浆泵和搅拌均匀程度相协调，否则难以获得理想的结果。从水泥土强度增长的机理分析可知，水泥土强度的增长决定于水泥与水及土中某些特定矿物颗粒是否发生了充分反应，因此，在水泥含量达到一定程度时(即足以与土中这些特定矿物颗粒进行充分反应，而不致使其过剩)，水泥和土的充分搅拌均匀显得尤为重要。因此，只增加水泥含量是不够的，还应提高搅拌的次数以达到水泥与土充分地拌合。如图7所示，当水泥掺入量为70kg/m时，2喷6搅明显优于2喷4搅，说明搅拌的均匀性对水泥土的强度提高影响很大。多搅拌一次，桩体质量明显改善。但是，在实际施工过程中，为了节约搅拌时间，提高施工效率，在2喷6搅施工工艺中，最后一次复搅可只在上部变掺量范围内进行。检测结果表明也可以提高桩身质量，见图8。5充填材料配比对土石软度的影响变掺量施工可提高搅拌桩上部质量，满足承载力对上部桩体强度的要求，符合复合地基中水泥搅拌桩的承载特性和荷载传递规律。连云港海相软土