饱和粉细砂水泥土强度特性试验研究

w
·1872·2015 年
4 月中科技创新 建筑工程技术与设计
饱和粉细砂水泥土强度特性试验研究
魏建菊
（中铁二十一局集团有限公司 兰州 730070）
【摘要】新建铁路格尔木至库尔勒线 DK16+108-DK56+950 段经过草滩、湿地、沼泽等地段，由于地下水位较高或常年积水，粉土、
粉细砂呈松散、饱和状，强度低，工程性质差，设计拟采用水泥土搅拌桩对该段地基进行加固处理。

通过试验对水泥、粉煤灰与饱和粉 细砂搅拌后的无侧限抗压强度增长规律进行研究，探讨了饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度与“二灰”（水泥、粉煤灰掺合料）掺入比、 养护龄期的关系。

试验结果表明：水泥对饱和粉细砂具有良好的固化作用；饱和粉细砂的无侧限抗压强度随二灰掺入比的增大呈指数形 式增长，随养护龄期的增大呈幂函数形式增长；回归分析表明具有良好的线性相关性，可以用 28d 强度对 90d 强度 进行预测。

【关键词】饱和粉细砂；无侧限抗压强度；二灰掺入比；养护龄期 Experimental study on characteristics strength of cement soil saturated sand
Wei Jianju
(China Railway twenty-one Bureau ，Lanzhou 730070)
Abstract: Golmud to Korla DK16+108-DK56+950 new railway through the marsh,swamp wetland, such as. Because of the high underground water level or perennial water, Silt, silty sand is loose, saturated, low strength, poor engineering properties, The design of the cement soil mixing pile in the foundation reinforcement treatment.Through the test of cement, fly ash and saturated sand after mixing theunconfined compressive strength increasing rule research, Discussion on the saturated sand cement soil unconfined compressivestrength and the "two ash" (cement, fly ash admixture) incorporationratio, curing age. Test results show that: the cement has good curing effect of saturated silty sand; Saturated sand soil unconfined compressive strength ratio increasesexponentially with the two ash incorporation, with increase of curing period as a power function of growth; Regression analysis showed that has a good linear correlation, 28d can be used to predict the strength of the strength of 90d.
Keyword ：Saturated silty sand; The unconfined compressive strength;Two ash mixing ratio; Curing age
0 引言
水泥土搅拌桩是一种以水泥作为固化剂，就地将原位土和水 泥浆或水泥粉强制搅拌 , 使原位土硬结成具有整体性、水稳性和 一定强度的水泥加固土的软土地基处理方法 [1]。

为了使水泥土的 强度能够满足工程设计的需要，通常需要在室内进行水泥土配合 比试验，从而得到水泥土强度随水泥、粉煤灰掺入比、养护龄期、
水泥强度等级等影响因素的变化关系 [2-5]。

依托新建铁路格尔木至库尔勒线 DK16+108-DK56+950 段水 泥土搅拌桩地基处理工程开展了饱和粉细砂水泥土的强度特性试 验，探究了饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度随二灰掺入比、养 护龄期、粉煤灰掺入量、水泥强度等级等因素的变化规律，以期 为水泥土搅拌桩地基处理工程的成功实施提供设计及施工参考。

1 试验研究方法
水泥土室内配比试验是确定水泥土搅拌桩设计及施工现场配 合比的重要依据 [6]，为使试验具有地区统一参考价值，本次试验
研究参照《水泥土配合比设计规程》进行 [7]。

1.1 试验材料
（1）土样：本次试验用土取自新建铁路格尔木至库尔勒线 DK16+108-DK56+950 段探坑内。

将现场采集的土样经风干、碾碎、 过 5m m 筛后备用。

（2）固化剂：采用祁连山 P.O 32.5、P.O 42.5 普通硅酸盐水泥， 粉煤灰为兰州某电厂Ⅰ级粉煤灰，二灰掺合料中水泥与粉煤灰按 质量比为 2:1 掺合。

（3）水：试验用水为室内自来水。

1.2 试样制备 根 据 试 验 设 计 方 案， 分 别 称 取 土 样、 水 泥、 粉 煤 灰 和 水 的 质 量， 配 置 水 灰 比 0.45， 含 水 量 30%， 二 灰（ 水 泥、 粉 煤 灰 掺 合 料） 掺 入 比 a w 分 别 为 9%、12%、15%、18% 和 24%。

将 水 泥、 粉 煤 灰、 土 样 掺 合 后 人 工 拌 合 均 匀， 在 选 定 的 试 模 （70.7m m ×70.7mm ×70.7m m ）内先装入一半试样，放在振动台 上振动 1mi n 后，装入其余试料后再振动 1mi n, 并将试件表面刮平， 不同掺入比、不同龄期的试件分别制作 6 个。

1.3 试件拆模与养护
将制备好的试膜放置在环境温度 20℃ ±5℃条件下 48h 后拆 模 , 对每个试件分别进行编号、称重后置于室内水中（20℃ ±1℃） 养护。

待龄期 T 达 7d 、28d 、90d 后分别进行无侧限抗压强度试验。

2 饱和粉细砂水泥土强度特性试验结果分析
2.1 二灰掺入比与饱和粉细砂水泥土强度的关系 选择经济合理的二灰掺入比是保证水泥土强度满足工程设计
图 1 f cu 随 a w 的变化曲线
图 1 曲线表明：在同一养护龄期条件下，饱和粉细砂水泥土 的无侧限抗压强度随二灰掺入比的增加而增长。

龄期 28d 时，二 灰掺入比从 9% 增加到 12%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强 度增长了 46.9%；从 12% 增加到 18%，饱和粉细砂水泥土的无侧 限抗压强度增长了 69.4%；从 12% 增加到 24%，饱和粉细砂水泥 土的无侧限抗压强度增长了 129.2%；龄期 90d 时，二灰掺入比 从 9% 增大到 12%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度增长了 27.4%；从 12% 增加到 18%，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强 度增长了 82.5%；从 12% 增加到 24%，饱和粉细砂水泥土的无侧 限抗压强度增长了 156.6%；充分说明饱和粉细砂水泥土经过水泥 的水化反应和团粒化作用，在搅拌土体内生成了新的较高强度的 化合物，起到了固化饱和粉细砂的作用。

对饱和粉细砂水泥土龄期 28d 、90d 的无侧限抗压强度 f c u 与 二灰掺入比 a w 的关系曲线进行拟合，拟合曲线如图 2 所示。

图 2 f cu 与 a w 的拟合曲线
图 2 表明：f c u 与 a w 呈式（1）所示的指数函数关系 , 且相关 系数较高。

ba
需要的前提条件。

图 1 给出不同二灰掺入比、不同养护龄期下的 f cu (a w ) ae
（1）
饱和粉细砂水泥土无侧限抗压强度试验曲线。

不同龄期时，式（1）中参数 a 、b 的取值不同 ,
2
2
建筑工程技术与设计科技创新2015 年4 月中·1873·T=28d 时，
f
cu
(a
w
) = 0.95e
2
8.1a w
（2）
对试验数据
进行的
回归分析, 回归分析曲线如图5 所示。

相关系数R = 0.986
7.9a w
T=90d 时，
f
cu
(a
w
) = 0.39e
相关系数R = 0.975
（3）
2.2 养护龄期与饱和粉细砂水泥土强度的关系
研究表明[9]水泥、粉煤灰固化土形成具有一定强度和整体性
的稳定固化土需要一定的时间。

土质及土中矿物成分的不同，其
达到稳定所需的时间也略有不同。

图3 给出不同二灰掺入比下、
不同龄期的饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的关
系曲线。

图3 f cu随T的变化曲线
由图3 可知：在相同的二灰掺入比条件下，饱和粉细砂水
泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的增长而增加。

当二灰掺入比
为12% 时，T=7d~28d 强度增长率为137.8%，日均增长6.5%，
T=28d~90d 强度增长率为129.6%；日均增长2.1%；二灰掺入比
为18% 时，T=7d~28d 强度增长率为144.8%，日均增长6.8%，
T=28d~90d 强度增长率为154.9%，日均增长2.5%。

由此可见，二
灰掺入比越大，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期
增长的增长率也越大，且其在龄期7d-28d 时增长较快，而在龄期
28d-90d 时的增长则相对缓慢, 同时说明二灰掺入比越大，饱和粉
细砂水泥土达到稳定所需要的龄期也越长；同时也说明用90d 强
度作为水泥土搅拌桩强度设计值有一定的安全储备。

对饱和粉细砂水泥土在不同二灰掺入比下的无侧限抗压强度
f cu与龄期T的关系曲线进行拟合，拟合曲线如图4 所示。

图4 f cu与T的拟合曲线
图4 表明：f cu与T呈式（4）所示的幂函数关系, 且相关系数
较高。

b
图5 曲线表明:具有良好的线性相关性，
且相关性系数较高。

f= (2.0~2.4) f（7）
f= (2.2~2.5) f（8）
式中： --7d 龄期无侧限抗压强度值；
--28d 龄期无侧限抗压强度值；
--90d 龄期无侧限抗压强度值。

可以由以上关系式对饱
和粉细砂水泥土的90d 强度进行预测。

3 结论
依托新建铁路格尔木至库尔勒线DK16+108-DK56+950 段水
泥土搅拌桩地基处理工程，通过室内试验研究了饱和粉细砂水泥
土的强度特性，结果表明：
（1）饱和粉细砂水泥土具有较高的无侧限抗压强度；随着二
灰掺入比的增大，饱和粉细砂的无侧限抗压强度呈指数形式增长。

（2）龄期90d 时, 二灰掺入比从12% 增加到24%，饱和粉细
砂水泥土的无侧限抗压强度平均增长了2.4 倍，说明水泥、粉煤
灰掺入量越大，水泥的水化反应越充分，饱和粉细砂水泥土的强
度就越高。

（3）饱和粉细砂水泥土强度的增长需要一定的养护龄期，随
着养护龄期的增大，饱和粉细砂水泥土的无侧限抗压强度呈幂函
数形式增长。

（4）在相同的二灰掺入比条件下，饱和粉细砂水泥土强度在
7d-28d 增长较快，在28d-90d 的增长则相对缓慢，但其强度增长
达到稳定仍需较长时间。

（5）具有良好的线性相关性，可以用28d
强度来对90d 强度进行预测，同时规范中选用90d 强度作为设计
指标仍有一定的安全储备。

参考文献：
[1]任新，杨有海 . 水泥搅拌饱和黄土强度特性试验研究[J].
兰州工业学院学报，2014，（3）：31-36.
[2]徐立胜，陈忠，张妍 . 水泥土搅拌法的室内试验研究[J].
河海大学学报（自然科学版），2010，38（4）：433-435.
f
cu
(T ) =aT（4）[3]周丽萍，申向东 . 水泥土力学性能的试验研究[J]. 硅酸盐不同龄期时，式（4）中参数a、b 的取值不同,
0.66
通报，2009，28（2）：359-365.
[4]欧阳克连，宁宝宽 . 水泥强度影响因素研究[J].中外公路，
a w=12% 时，
f
cu
(T ) = 0.123T
2
（5）2009，29（4）：189-191.
[5]曹云，徐奋强 . 水泥土无侧限抗压强度室内试验研究与分
相关系数R = 0.998
0.71
析[J].岩土工程界，2009，12（9）：76-79.
[7]艾志伟，罗嗣海，邓通发，等 . 水泥土强度室内外试验对
a w=18% 时，
f
cu
(T ) = 0.177T
相关系数R = 0.996
（6）比研究[J].江西理工大学学报，2013,34（3）：47~53.
[8] JGJ/T233—2011《水泥土配合比设计规程》[S] .
[9]黄新，宁建国，郭晔，等．水泥含量对固化土结构形成的
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79 －2012）的中规定，水
泥土搅拌桩的设计强度宜按水泥土立方体试件90d 龄期的无侧限
压强度值作为依据。

但实际工程中由于工期紧，路基工程多在搅
拌桩施工完成后立即填筑，因此需要用水泥土的早期强度来预测
其90d 强度。

影响研究 [J]．岩土工程学报，2006，28(4)：436~441．
[10] 汤怡新，刘汉龙，朱伟 . 水泥固化土工程特性试验研究[J].
岩土工程学报，2000,22（5）：550~554.
作者简介：魏建菊（1982-8），女，汉族，青海西宁人，中
铁二十一局集团有限公司工程师，学士学位。

研究方向：工程检
测与施工。