某工程淤泥质软弱地基的改性试验和改性效果

窦康超

(安徽省水利水电工程检测有限公司,安徽 合肥230022)

1 工程概述

安徽省怀洪新河水系洼地治理某工程位于浍河洼地固镇县内界沟以西浍河以北。拟建排涝站位于固镇县城西北部,浍河左岸,化家沟出口化家沟闸附近。主要功能为排涝,设计排涝流量66.77m3/s。根据泵站设计流量,确定其工程等别为Ⅱ等,主要建筑物级别为2 级。

2 试验目的

本工程地基土层比较复杂,土层变化较大,部分建筑物持力层在淤泥质土层,承载力较低,不满足设计地基承载力要求。为改善淤泥质土层,承载力较低及砂壤土液化问题,提高地基承载力,拟采用水泥土搅拌桩对各建筑物进行软基加固,形成复合地基的处理方法。本次试验目的是研究掺入不同的固化剂、不同掺量情况下,改性土强度的变化情况,为地基处理设计提供技术数据。

3 试验方法

现场采用浆液搅拌法施工,水灰比取0.5,室内试验按《水泥土配合比设计规程》JGJ/T233-2011 进行。

搅拌机制：风干土、水泥先均匀混合。

早强剂加水搅拌至均匀,一次加入,拌合时间1min。

搅拌机调节转速,先使用搅拌机的慢转使材料均匀混合,再使转速改为快转,使粘在搅拌棒上的水泥土回落到搅拌器中。慢转与快转交替进行使试验材料均匀混合,搅拌时间10min-20min。

试件制作：

成型试验室的环境温度在(20±5)℃,相对湿度不低于50%。

本次试验无侧限抗压强度采用尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方体试模,在试件成型前,试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与水泥土发生反应的脱模剂。

水泥土成型时间在25min 之内。

试件成型步骤如下：

水泥土拌合物分两层装入并插捣,每层装料高度近似相等。

每层按螺旋方向从边缘中心均匀插捣15 次,并在插捣底层水泥土拌合物时,使捣棒达到试模底部,在插捣上层时,捣棒贯穿该层后插入下一层5mm～15mm,插捣时捣棒保持竖直状态,插捣以后再使用油灰刀沿试模内壁插拔了数次。

装好试模后,使试模附着在振动台上振实,振实时间为2min 以上,振实后拌合物略高于试模上沿口；

刮除试模顶部多余的水泥土,抹平后加盖上塑料薄膜。

试件养护：

本次试验试件在(20±5)℃的环境条件下静置48h 后方才拆模。

拆模后检查过试件外观,不存在肉眼可见的裂纹、缺棱掉角、倾斜及变形。

试验前称取试件养护前的质量,并根据试件的公称尺寸计算拆模后水泥土的重度。同组试件重度的最大值或最小值与平均值之差没有超过3%,并且该组试件重度平均值没有小于天然土重度。

将称量后的试件应放在(20±1)℃水中养护,试件间的间隔均不小于10mm,水面高于试件表面也不小于20mm。

固化剂采用安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的P·O 42.5 水泥,试验土样来源于现场取土,早强剂选用无锡市展望化工试剂有限公司生产的氯化钙(分析纯)。

对室内试验结束后所得出结论进行现场施工,并采用高密度电阻率法来检测改性的连续性和均匀性。高密度电阻率法勘探是以地下介质的导电性为基础,通过观测分析电场分布变化规律来解决和分析地质问题的一种地球物理勘探方法。高密度电阻率法和常规电阻率法一样(如图1),它通过A、B 电极向地下供入电流I,然后在M、N 极间测量电位差ΔU,从而求得该记录点的视电阻率值,随之AB 距离越来越大,所记录点深度越来越大。

根据实测的视电阻率剖面,进行计算、处理、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况, 从而可以划分地层、圈闭异常等特点。高密度电阻率法集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法,它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。

在淤泥质土中,改性土相对于周围介质为高阻,当改性土出现不连续或不均匀现象,在视电阻率断面图上就会出现相对低阻区域,这样就可以有针对性的在相对低阻区域布置钻孔,做注水试验和取芯做抗压强度试验,进一步确认低阻异常的影响大小。

图1 半空间局部不均匀体对正常地电场的扰动及其产生的视电阻率异常示意图

4 试验成果

水泥常规的物理指标检验结果见表1。

试验土样来源于现场取土,土样密封保存送回试验室进行土的物理指标试验(含水率、颗粒分析试验、液塑限等),土样为淤泥质土,灰色,平均含水率41.8%；试验结果见表2。

表1 水泥物理力学性能试验结果

表2 淤泥质土的试验结果

图2 改性土水泥掺入量- 早强剂掺量- 无侧限抗压强度关系曲线

影响淤泥质土改性效果的重要因素是水泥掺量, 水泥掺量越多,改性淤泥强度越高,压缩性越小,但造价也越高。为了确定合理经济的水泥掺量,本次水泥土配合比试验按《水泥土配合比设计规程》JGJ/T233-2011 进行,研究水泥掺入量为8%、12%、15%、18%、20%时,不同早强剂掺量(0.8%、1.0%、1.2%)对无侧限抗压强度的影响。

改性土水泥掺入量- 早强剂掺量- 无侧限抗压强度关系曲线见图2,通过对比可发现早强剂最佳掺量为1.0%,当早强剂掺量为1.0%时,改性土效果能够达到预期效果。

5 结论

通过室内试验研究各龄期下不同水泥掺入量对水泥改性淤泥土的无侧限抗压强度的影响,结合工程现场工艺试验情况,主要结论如下：

5.1 通过掺加早强剂提供改性土的前期强度,早强剂最佳掺量为1.0%。

5.2 随着水泥掺量的增大,水泥改性淤泥土的无侧限抗压强度增大。

5.3 水泥掺量小于12%时,难以形成水泥胶结骨架,对本工程的淤泥质土改性效果不显著。

通过现场检验得出的电阻率等值线图可以看出,该段处理后的淤泥质土介质电阻率基本成水平向分布,横向变化均匀,未发现有明显电阻率异常和明显渗漏通道,说明该段淤泥质土改性效果良好。