影响水泥土桩强度的若干因素分析
关键词:水泥搅拌桩，复合地基，承载力
水泥土搅拌桩是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械边钻边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间产生的一系列物理和化学反应，形成的抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体。由若干根这类土桩柱体和桩间土构成复合地基。
1工程概况
**住宅楼楼高6层，为砖混结构，拟定浅基础埋深1.70m左右，并要求选定地基持力层地基承载力特征值不得小于180kPa。建筑场地区常用地基深范围内岩土状态较为软弱，工程地质性质较差，作为浅基础考虑的地基持力层及下卧层土体的地基承载力标准值均低于120kPa，不能满足该拟建工程的要求。
2影响水泥土桩强度的因素
1）水泥掺入比aw(%)
水泥掺入比aw系指水泥重量与被加固的软土重量之比，即:
aw=Wl/W*100%
其中:Wl为掺加的水泥重量;W为被加固的软土重量。采用水泥作为固化剂材料，在其他条件相同时，在同一土层中水泥掺入比不同时，水泥土强度将不同。水泥土的强度随水泥掺入比的增大而提高，当aw小于5%时，由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在水泥土深层搅拌法的实际工程中，选用的水泥掺入比aw宜大于7%，一般水泥掺入比aw采用12%-20%。但因场地土质与施工条件的差异，掺入比的提高与水泥土强度增加的百分比是不完全一致的。
2）水泥土无侧限抗压强度和龄期关系
水泥土的强度随龄期的增大而增大，在龄期超过28天后，强度仍有明显增长，为了降低造价，对承重搅拌桩试块国内外采用90天龄期为标准龄期，对起支档作用的受水平荷载的搅拌桩，为了缩短养护期，水泥土强度标准取28天龄期为标准龄期。当水泥土超过3个月后，水泥土强度增长缓慢，180天的水泥土强度为90天的1.25倍，而180天后水泥土强度增长仍未终止。二者之间大致呈幂函数关系。
3）外掺剂
木质素磺酸钙对水泥土早期强度的增长影响不大，主要起减水作用。三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠、水玻璃、石膏等对水泥土早期强度有增长作用，其效果与土质、水质、水泥掺入比等因素有关。当掺入与水泥等量的粉煤灰后，水泥土强度可提高10%左右。土体颗粒间存在较大孔隙，使土体强度低下，水化硅酸钙可将松散的土体胶结成整体，提高土体的强度，但其充填孔隙的效率较低，限制了水泥土强度的进一步增长。工业废石膏的主要成分为CaSO4，与水泥含铝相水化物发生反应，能生成大量的钙钒石晶体，这些晶体膨胀填充了部分孔隙，使土体孔隙减少。针状、柱状晶体在孔隙中相互交叉，与水化硅酸钙一起形成空间结构，大大提高了水泥土结构强度。
4）水泥标号
水泥标提高100#，水泥土强度提高超过30%，要求达到相同强度，水泥强度提高100#可降低水泥掺入比3%以上。
5）土体含水量
当水泥土配比相同时，其强度随土样的天然含水量降低而增大。当含水量在50%-85%间变化时，含水量每降低10%，水泥土强度提高20%以上。
6）土质
长期的实践证明，对高岭石、多水高岭石、朦脱石含量较高的软土，加固效果较好;对伊利石、氯化物、水铝石英含量较高的软土、有机质含量较高的软土、pH值较低的软土加固效果较差。当软土的塑性指数大于25时，容易在搅拌头叶片上形成泥团，无法完成搅拌。当pH值小于4时，掺入百分之几的石灰，通常pH值会大于12。
7）有机质含量
土中有机质含量高会阻碍水泥水化反映，影响水泥土的强度增长。有机质含有富里酸和胡敏酸，在水泥、水的体系中，富里酸呈水溶液形式存在，当水泥与富里酸溶液接触后，二者形成的吸附层延缓了水泥的水化过程。水泥水化生成的水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化铁铝酸钙晶体，由于富里酸的分解作用，使这些水化产物解体。有机质使土体具有较大的水溶性、塑性、较大的膨胀性、低渗透性，不利于水泥土强度的提高。
8）水质
地下水硫酸盐含量较高时，因其与水泥起化学反应，对水泥土具有结晶性侵蚀，呈现出开裂、崩解破坏。为此应选用抗硫酸盐水泥，使水泥土中产生的膨胀物质控制在一定的范围内，提高水泥土的抗侵蚀能力。地下水的含盐度高时，水泥土的早期强度提高较快，随着时间的增长会产生崩解破坏。
9）养护方法对强度的影响
养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护环境的湿度和温度。国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期水泥土强度的影响很大，随着时间的增长，不同养护方法下的水泥土无侧限抗压强度趋于一致，说明养护方法对水泥土后期强度的影响较小。
10）室内外无侧限抗压强
室内制样试验所得到的无侧限抗压强度fcu，与在现场取样试验得来的无侧限抗压强度fcuf，由于水灰比和拌合养护条件不一样，其差异较大。普遍存在的是室内拌制水泥土强度很高，而现场桩身强度很低，我国规范规定强度折减系数n取0.2-0.33,即fcuf/fcu=0.2-0.33。
3结论
根据工程实践经验，对于粘土类水泥土搅拌桩桩体强度的主要影响因素归结如下:水泥土的强度与水泥掺入比、龄期呈幂函数关系。水泥掺入比10%-20%时，水泥土的无测限抗压强度增长最快;龄期7-60天时，水泥土的无侧限抗压强度增长最快。水泥掺入比超过20%、养护龄期超过60天后，水泥土的无侧限抗压强度增长速度放缓。水泥一般使用425#标号水泥，其他条件相同时，每提高100#，水泥土的强度提高20%-30%。木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠、水玻璃、石膏等对水泥土早期强度有增长作用，其效果与土质、水质、水泥掺入比等因素有关。水泥土的强度随龄期的增大而增大，在龄期超过28天后，强度仍有明显增长。一般情况下，室外水泥土搅拌桩的抗压强度远小于室内水泥土试块的无侧限抗压强度。
参考文献
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