宋建華

近年來(lái),深層攪拌注漿制樁工藝在基礎(chǔ)設(shè)施、水利設(shè)施、堤防工程及公路等工程建設(shè)方面已獲得日益廣泛的運(yùn)用。深層攪拌注漿工藝是利用深層注漿攪拌的原理,向土壤中注入水泥漿(或石灰等其他化學(xué)摻加劑)作為主固化劑,通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械設(shè)備在地基深處,將固化劑和原軟土層強(qiáng)制加以攪拌,使之固化成墻的方式來(lái)加固軟弱壩基及基礎(chǔ)防滲,其顯著的加固效果、低廉的工程造價(jià)、廣泛的適用地層等優(yōu)點(diǎn)使得該種化學(xué)加固工藝日益受到設(shè)計(jì)者的青睞。2003年新疆水利水電科學(xué)研究院將該施工技術(shù)引進(jìn)新疆地區(qū),由于沒(méi)有施工技術(shù)規(guī)范參考,我院展開(kāi)了攪拌樁水泥配合比的研究。

1 概述

水泥土攪拌樁防滲墻是將連續(xù)的樁連接成墻的形式,使軟土地基補(bǔ)強(qiáng),同時(shí)連續(xù)的墻又有防滲效果,在壩基處理中,主要是要求墻體的防滲性能,同時(shí)考慮墻體的強(qiáng)度。為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的防滲要求,必須進(jìn)行水泥加固土的室內(nèi)配合比試驗(yàn)及野外試驗(yàn)。本文根據(jù)呼圖壁縣大海子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基防滲設(shè)計(jì)要求對(duì)水泥土室內(nèi)配合比進(jìn)行試驗(yàn),通過(guò)不同水灰比進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,分析影響水泥土強(qiáng)度、滲透系數(shù)的各因素。

2 試驗(yàn)方法

在呼圖壁大海子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程工地取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),分析在同種土質(zhì)情況下,水泥摻量分別為 10%,15%,20%,粉煤灰摻量分別為水泥用量的 50%,100%時(shí),水泥土滲透系數(shù)的變化,選出滲透系數(shù)最小,水泥用量最佳的水泥土。將最佳的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到工程施工中,在實(shí)際施工中取樣分析,驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論。

3 試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)過(guò)程

研究?jī)?nèi)容分為兩部分進(jìn)行：室內(nèi)試驗(yàn)和野外試驗(yàn)。

1 )室內(nèi)試驗(yàn)。

在室內(nèi)進(jìn)行了砂土、粘土、細(xì)砂三種土質(zhì)的水灰比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1所示,從表1中可以看出,對(duì)粘土而言,編號(hào) 2的水泥土試樣的滲透系數(shù)最小,值為6.3×10-8cm/s,90 d強(qiáng)度最大,值為4.67MPa;水灰比為2.23∶1∶0;編號(hào)12的水泥土試樣的滲透系數(shù)為4.5×10-7cm/s,90 d強(qiáng)度為1.90MPa;水灰比為4.37∶1∶1。綜合水灰比和滲透系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)考慮,最終確定粘土的水灰比的編號(hào)為 12。對(duì)細(xì)砂而言,編號(hào) 8為最優(yōu)的水泥土試件,其滲透系數(shù)為1.9×10-7cm/s,水灰比為 3.73∶1∶1。對(duì)砂土而言,只做了一組試驗(yàn),其滲透系數(shù)滿(mǎn)足抗?jié)B要求。

2 )野外試驗(yàn)。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定了水泥土的最優(yōu)配合比,將其與野外試驗(yàn)相結(jié)合,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)深層攪拌試驗(yàn),取出水泥土芯樣,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗?jié)B試驗(yàn),與其室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)相比較。水泥土芯樣(自然狀態(tài))抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

3.2 研究?jī)?nèi)容

1 )根據(jù)呼圖壁大海子水庫(kù)深攪工地取樣,進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),分析在同種土質(zhì)中,水泥摻量分別為 10%,15%,20%,粉煤灰摻量分別為水泥用量的 50%,100%時(shí),水泥土滲透系數(shù)的變化。通過(guò)分析,探明同種土質(zhì)時(shí),摻入同樣比例的水泥和粉煤灰,水泥土的強(qiáng)度和滲透系數(shù)之間的關(guān)系。

2 )根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的研究結(jié)果,設(shè)計(jì)野外試驗(yàn)方案,進(jìn)行不同水灰比的試驗(yàn)研究,取出攪拌樁內(nèi)的水泥土試塊研制一種方便可行的樁內(nèi)取樣器,每根樁取三組不同深度。

4 結(jié)語(yǔ)

1 )分別在粘土和細(xì)砂中,摻入同樣比例的水泥和粉煤灰,細(xì)砂水泥土的強(qiáng)度高于粘土水泥土強(qiáng)度,從表1中可以看出 90 d強(qiáng)度試驗(yàn)編號(hào) 14高于編號(hào) 13的 46.8%,滲透系數(shù)在同一數(shù)量級(jí),差異不大。

2)無(wú)論是砂土、細(xì)砂或粘土,從同一配合比的水泥土的后期強(qiáng)度明顯可以看出,90 d的強(qiáng)度將高于 28 d強(qiáng)度的 50%～100%。

3 )在粘土中,相同的水泥摻量 10%,加入不同摻量的粉煤灰(5%和 10%),從表1編號(hào) 11和 12中可以看出,28 d強(qiáng)度基本相同,90 d強(qiáng)度增長(zhǎng) 26%,但滲透系數(shù)增長(zhǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

4 )在細(xì)砂中,相同的水泥摻量 10%,不同的粉煤灰摻量 0%, 5%,10%,從表1中編號(hào) 3,7,8中可以看出,90 d強(qiáng)度分別為0.97MPa,2.6MPa,4.2MPa,其強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而明顯增加。

5 )水泥土的強(qiáng)度與水泥摻量成正比,在粘土中,水泥摻量10%的90 d最高強(qiáng)度為1.9MPa,表1中編號(hào)5,11,12平均90 d強(qiáng)度1.4MPa,這說(shuō)明在粘土水泥土中水泥摻量10%強(qiáng)度值大于3MPa是不可能的。

6 )在粘土中,水泥摻量為 15%時(shí),表1中編號(hào) 2,9,13的90 d平均強(qiáng)度為3.78MPa。

7 )在細(xì)砂中,水泥摻量為 15%時(shí),表1中編號(hào) 4,14的 90 d平均強(qiáng)度為3.88MPa,而摻入一定量的粉煤灰強(qiáng)度明顯增加。

8 )水泥土不具備抗凍能力。

9 )無(wú)論是粘土水泥土還是細(xì)砂水泥土,當(dāng)水泥摻量為 20%時(shí),90 d的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到4MPa以上。

表1 水泥土試驗(yàn)結(jié)果表

表2 水泥土芯樣(自然狀態(tài))試驗(yàn)報(bào)告

從以上研究結(jié)果可以分析得到一些設(shè)計(jì)建議：

1 )當(dāng)水泥摻量為10%時(shí),強(qiáng)度指標(biāo)宜采用1MPa～1.2MPa,滲透系數(shù)為10-6cm/s。

2 )當(dāng)水泥摻量為15%時(shí),強(qiáng)度指標(biāo)宜采用3 MPa,滲透系數(shù)為10-6cm/s。

3 )當(dāng)水泥摻量為20%時(shí),強(qiáng)度指標(biāo)宜采用4 MPa,滲透系數(shù)為10-6cm/s。

4 )為提高水泥土的后期強(qiáng)度和防滲效果,建議同時(shí)摻入5%～10%的二級(jí)粉煤灰。

[1] YBJ 255-91,軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JGJ 79-91,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 郭討論.水泥深層攪拌樁施工技術(shù)[J].山西建筑,2010,36 (16)：100-101.