何耀輝,孫從炎,陳式華

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

夯實水泥土為選用相對單一的土質材料,與水泥按一定配比,在混合料最優(yōu)含水率附近,孔外充分拌和均勻制成水泥土,分層向孔內回填并強力夯實到一定密度制成。夯實水泥土不僅具有土的一些特性,同時也具有混凝土的某些性質[1]。水泥在吸取土中的水分后產生凝結、硬化,形成水泥石骨架并包裹土顆粒,在土體中形成大量的纖維狀結晶,并不斷延伸充填到土體孔隙中,形成網狀結構,增加了土體的強度[2],同時也能起到提高土體抗?jié)B性能的作用。夯實水泥土為中國建筑科學研究院在20年紀90年代提出,主要應用于北京、河北等地的舊城區(qū)危改小區(qū)工程中[3-4],起到形成復合地基,提高地基土強度的目的。近年來,在浙江省一些水庫除險加固工程使用套井時,套井底部往往有一定的滲水,設計單位考慮采用夯實水泥土既能讓水泥水化吸收一部分水分,又能銜接套井上部黏性土與壩基基巖以過渡力學性能,并能提高接觸段的抗?jié)B性能。因此,有必要對夯實水泥土的力學和抗?jié)B性能作些試驗研究,本文僅研究不同水泥摻入比、壓實度、齡期對夯實水泥土抗壓強度的影響。

2 試驗概述

試驗土料取自義烏市姑塘水庫、幸福水庫黏性土料場。試樣制備參照標準[5],將現(xiàn)場取得的土料風干、碾碎、過2 mm篩,形成制備試樣用的土料。測定風干含水率,換算成干土質量,按一定的摻入比aw(aw為水泥與干土的質量之比)稱風干土和水泥量,按混合料最優(yōu)含水率加入水拌和均勻。根據(jù)不同壓實度λc在標準擊樣筒上分層擊實成型,試樣尺寸為φ 39.1mm×80 mm的圓柱體。試樣制備成型1 d后脫模用塑料袋密封,放入標準養(yǎng)護室保濕養(yǎng)護。待試樣養(yǎng)護達到規(guī)定齡期時,在標準壓力機上進行無側限抗壓強度試驗 (試樣兩端沒抹潤滑油),軸向位移速率為0.4 mm/min。試驗水泥為浙江產325號普通硅酸鹽水泥。試驗土料指標見表1(液限為76 g錐下沉深度17 mm時對應的含水率,滲透系數(shù)為壓實度λ c=96%);不同摻入比水泥土的最大干密度、最優(yōu)含水率見表2。

表1 試驗土料物理性質指標表

表2 夯實水泥土擊實試驗指標表

3 夯實水泥土無側限抗壓強度特性

夯實水泥土強度一般主要由夯實水泥土自身物理結構強度與水泥硬化硬凝膠結強度組成,素土本身的結構強度在其中只占一小部分[6]。無側限抗壓強度試驗成果見表3、4。

表3 姑塘水庫水泥土無側限抗壓強度試驗成果表 MPa

表4 幸福水庫水泥土 (λ c=96%)無側限抗壓強度試驗成果表 MPa

3.1 無側限抗壓強度隨水泥摻入比變化規(guī)律

圖1～3為夯實水泥土在齡期28,60,90 d時,不同壓實度情況下無側限抗壓強度與水泥摻入比的關系曲線圖。從圖中可以看出:齡期、壓實度相同時,無側限抗壓強度隨水泥摻入比的增加而增大;當壓實度為85%時,28,60,90 d齡期的無側限抗壓強度隨水泥摻入比的增加基本成直線關系增長,壓實度越大,無側限抗壓強度與水泥摻入比的直線關系越差。

3.2 無側限抗壓強度隨壓實度變化規(guī)律

圖4～6為夯實水泥土在齡期28,60,90 d時,不同水泥摻入比情況下無側限抗壓強度與壓實度的關系曲線圖。從圖中可以看出,齡期、水泥摻入比相同時,無側限抗壓強度隨壓實度的增大而增大;當壓實度在93%以下,水泥摻入比為0、0.20、0.25時無側限抗壓強度隨壓實度的增大基本成直線關系增長;隨著水泥摻入比的減小,無側限抗壓強度要想有顯著的提高,則必須增加壓實度,水泥摻入比為0.50時,壓實度最好控制在93%以上,水泥摻入比為0.25、0.20時,壓實度最好控制在96%以上。

圖1 齡期28 d時不同壓實度無側限抗壓強度與摻入比關系曲線圖

圖2 齡期60 d時不同壓實度無側限抗壓強度與摻入比關系曲線圖

圖3 齡期90 d時不同壓實度無側限抗壓強度與摻入比關系曲線圖

圖4 齡期28 d時無側限抗壓強度與壓實度關系曲線圖

圖5 齡期60 d時無側限抗壓強度與壓實度關系曲線圖

圖6 齡期90 d時無側限抗壓強度與壓實度關系曲線圖

3.3 無側限抗壓強度隨齡期變化規(guī)律

圖7為幸福水庫水泥土在壓實度為96%時,不同水泥摻入比無側限抗壓強度與齡期的關系曲線圖。從圖中可以看出,壓實度、水泥摻入比相同時,無側限抗壓強度隨齡期的增長而增大;夯實水泥土強度早期增長較快,后期仍呈增長趨勢,但增長速率減緩;90 d時,抗壓強度增長趨勢仍較明顯。已有資料表明,180 d齡期后,夯實水泥土的抗壓強度仍會繼續(xù)增長。凝及與土料發(fā)生各種復雜的物理化學反映,夯實水泥土的強度變化情況較水泥砂漿或純土復雜。

圖7 壓實度96%時無側限抗壓強度與齡期關系曲線圖

4 結 語

(1)夯實水泥土強度一般主要由夯實水泥土自身物理結構強度與水泥硬化硬凝膠結強度組成,由于水泥硬化硬

(2)夯實水泥土抗壓強度隨水泥摻入比、壓實度、齡期的增加而增長。

(3)180 d齡期后,夯實水泥土的抗壓強度仍會繼續(xù)增長。

(4)實際工程中,當套井接觸段由于壩體滲水等原因有水時,應根據(jù)水量的大小,提高夯實水泥土的水泥摻入比或降低入井前水泥土的含水率;當含水率較高時,應按套井施工的常規(guī)方法,反復填抓,直至孔內水量較少,不然,很難保證夯實水泥土的壓實度而影響使用效果。

(5)工程實際應用時,應盡量提高水泥土的壓實度,并尋求一個適合的水泥摻入比,以達到較好的技術經濟效果。

[1]郭紅梅,馬培賢.夯實水泥土強度特性的試驗研究 [J].勘察科學技術,2001(4):27-31.

[2]張家柱,程釗,余金煌.水泥土性能的試驗研究[J].巖土工程技術,1999(3):38-40.

[3]中華人民共和國建設部.建筑地基處理技術規(guī)范 (JGJ 79—2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[4]李占強.夯實水泥土樁復合地基的試驗研究及其數(shù)值模擬[D].北京:中國地質大學,2005.

[5]中華人民共和國水利部.土工試驗規(guī)程(SL 237—1999)[S].北京:中國水利水電出版社.1999.

[6]劉煥存.夯實水泥土強度特性試驗研究[J].巖土工程技術,1996(3):16-20.