摘要：通过试验桩和室内配合比试验，研究了深厚饱和软土地区水泥搅拌桩的强度特性，分析对三种水泥掺入比、不同处理深度芯样的无侧限抗压强度特性。结果表明：水泥搅拌桩桩身无侧限抗压强度与室内水泥土强度间存在折减关系；提高水泥掺入比对有助于改善桩体强度但其敏感性受施工质量控制影响较大；桩身强度及其连续性随处理深度递减。
关键词：水泥搅拌桩；无侧限抗压强度；掺入比；检测；钻芯法
1前言
水泥搅拌桩是地基加固处理的常用方法，其加固机理是利用固化剂与土的水化反应作用提高土体压缩模量以改善原状土性质。
水泥土强度影响因素已有大量研究且基本能达成共识，通常认为水泥掺入比和龄期是影响搅拌桩强度的主要因素。王军、丁光亚[1]等利用三轴压缩试验分析了围压与水泥掺入比对水泥体强度和刚度等影响，得到描述水泥土应力应变关系的修证邓肯模型；宫必宁[2]通过大量样本分析表明影响加固效果的主要因素为水泥掺入比、含水量、龄期；阮锦楼[3]等利用室内试验研究了水泥土无侧限抗压强度与水泥掺入比、龄期的关系，建立了强度的经验回归方程；陈富[4]等比较了室内水泥土强度与现场施工的差异；
实践中，受地质、机械、材料等因素影响，加固效果或不及预期。反映为桩身强度难达到设计要求值。本文通过室内试验和现场施工成果，对珠三角深厚饱和软土地区水泥搅拌桩强度特性及其影响因素进行了分析研究。
2水泥土强度影响因素
2.1 强度指标
理想的水泥土是弹塑性材料，水泥搅拌桩实际表现为各项异性的不均质材料，以发生塑性压缩或压缩破坏为主，采用弹性模量或抗压模量能较好描述材料特性，工程实践常以无侧限抗压强度作为表征水泥土强度的指标。
2.2室内水泥土强度影响因素
经固化的水泥土无侧限抗压强度一般在0.5-4.0MPa间。其强度与水泥（固化剂）掺入比和龄期关系最为密切，强度随掺入比和龄期增大而增大。此外，土质（含水量、有机质）、水质（酸碱性）对强度形成亦有影响。
3水泥搅拌桩强度特性研究
3.1工程地质概况及试验内容
项目为珠三角地级市某一级公路，设计采用水泥搅拌复合地基法进行软基加固处理。地处三角洲海陆交互相沉积平原，项目区分布1 层淤泥或淤泥质粉质粘土，层厚6.3-30.5m，埋深为0.2-5.6m。平均含水率60.2%，空隙比1.835，密度1.62g/cm3，压缩系数1.441 MPa-1，粘聚力Cq5.9kPa，内摩擦角q9.2° 。
试验桩水泥掺量为60/70/80kg/m，处理深度15m，每5m将桩身划分为上、中、下部，取28天龄期的芯样测试无侧限抗压强度。另取得10m深原状淤泥土样进行配合比试验，测得室内水泥土28天无侧限抗压强度。
3.2试验结果
表1取芯试验无侧限抗压强度
图1 不同水泥掺量/处理深度桩身强度统计分析
3.3水泥搅拌桩强度特性分析
(1)强度与室内配合比试验
取三种掺量28天龄期芯样共计41个样本测其室内无侧限抗压强度（下称强度），所得试样强度在0.3MPa~1.2MPa间。部分芯样因强度不足受扰动破碎，为满足样本数量且不对分析结果造成偏差，对抽检破碎芯样强度赋值0.1MPa。
统计分析样本均值为0.56MPa，28d室内水泥土强度1.95MPa，桩身强度约为室内水泥土强度的28.7%。桩身强度与室内强度存在折减关系，水泥土强度是原状土与固化剂充分拌合的理想条件下强度反映，实际受地质条件、施工质量等多因素影响。各种地基处理规范是通过桩身强度折减系数η体现现场强度的折减特性，推荐取值范围在0.2~0.33间。
(2) 强度与水泥掺量
统计分析得60~80kg/m掺量试验组的平均强度分别为0.585MPa、0.460MPa、0.666MPa。理论上，桩身强度随掺量增加而增加，然而本案中未见显著相关性，仅80Kg/m试验组强度提高明显，70kg/m试验组强度反而最小，单因素方差分析p值0.272亦表明不同水泥掺量组间强度无显著差异。项目施工中围绕水泥掺量对提高桩身强度的有效性工程师们各执一词，对此笔者仍持认同观念，即提高水泥剂量一定程度上有助于提高桩身强度。从加固机理上，水泥剂量提高会增加水泥、水化产物，导致强度提高。现场强度与水泥掺量关系不显著的主要原因是影响桩身强度的因素较多，尤其是施工质量，导致样本值离散性很大。
(3) 强度与桩身位置
芯样显示，处理深度10m以上桩体呈灰白色，完整性虽稍差但喷浆较充足；10~15m桩段呈灰黑色软塑状，普遍喷浆量不足，其强度变异性很大，有固化剂团集的现象。总体而言，桩身强度随处理深度增加趋于减弱，与实践经验规律相符。
4结论与若干问题的进一步讨论
(1)水泥搅拌桩桩身强度特性表现为：1)桩身强度与室内水泥土强度存在折减关系；2)水泥掺量提高对桩身强度有助益，当施工质量控制不当则强度与水泥掺量相关性低；3)桩身强度随处理深度减少，处理深度超过10m桩体强度及其完整性折减效应显著。
(2)关于水泥掺量与现场强度。
一般认为水泥土强度与掺入量存在非线性正比关系。现场强度对水泥掺量的敏感性往往不及其他因素。因桩身强度很大程度上依赖充分喷浆、均匀搅拌等施工质量控制保证。当掺入比超过20%时桩体质量仍出现不佳的情况，应重视施工工艺改进；对含水量普遍超过60%软弱土质，提高水泥掺入比并适当降低水灰比有助桩身强度提高。
(3)关于桩体强度的检测方法。
采用钻芯法测试无侧限抗压强度是规范规定标准检验方法，该法直观且简单。笔者认为深厚软土区地基处理单纯采用该法检测桩身强度仍存在缺陷：其一，深厚软基段搅拌桩处理连续性不易保证，抽检时倾向选用芯样完整度较好试样，一定程度上人为提高了检测结果；其二，由于桩身强度本身不高，钻芯过程扰存在扰动，易对桩体完整性产生误判。必要时补充采用原位试验法作为检测依据，兼顾桩身连续性和完整性的检验，判定结果一定程度上更为公正。
参考文献：
[1]王军，丁光亚，潘林有，蔡袁强，高玉峰.静三轴试验中水泥土力学特性及本构模型研究[J].岩土力学.2010,31(5)：1407-1412
[2]宫必宁，李淞泉.软土地基水泥深层搅拌加固土物理力学特性研究[J].河海大学学报.2000,28(2)：101-105
论文作者:饶文宇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
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