在渤海新区高盐区域中水泥条件对水泥土搅拌桩强度影响分析

姚慧敏

河北天和咨询有限公司 河北石家庄 050000

摘 要 水泥土搅拌桩为复合地基处理的常见型式。在复杂地基环境下，水泥土搅拌桩的成桩强度有所不同，不同的水泥选择和掺合料的掺加，对桩体及复合地基的强度有重要作用。渤海新区沿海地区的地质特点为含盐量高、硫酸盐侵蚀中~强，地基土灵敏度中度，因此对该地区的水泥土搅拌桩成因研究是有必要的。

关键词 水泥土搅拌桩 抗硫酸盐侵蚀 高盐区域 掺合料 矿渣粉

在水利工程中，复合式地基为常见的基础处理方式，水利工程中水泥土搅拌桩因起成本较低，施工技术成熟，强度稳定性好等优势，应用较为广泛。本次研究基于渤海新区板堂河河道综合治理工程中水泥土搅拌桩的应用，通过室内试验的手段，研究了抗硫酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥掺加掺合料时水泥土搅拌桩的成桩和强度特性。

1.工程条件

板堂河治理工程位于入海口附近，工程区在勘探深度范围内，揭露的地层主要有素填土、杂填土、淤泥质粘土、淤泥质壤土、粘土、壤土。工程区地下水位较高，且地下水与场区土均对混凝土结构及钢结构具有一定的腐蚀性。环境水对混凝土结构具有弱~中等腐蚀性。场区土的PH值8.3~9.03，矿化度7322.1~19149.9Mg/L，Cl^-含量3972.5~10528.3 Mg/L， 含量226.5~2712.5 Mg/L。

地基处理方式为复合式地基——水泥土搅拌桩，桩径600mm，桩长8m。水泥土搅拌桩采用高抗硫酸盐硅酸盐水泥，水泥强度等级P.HSR42.5级，掺量20%，水泥浆水灰比0.6。

2.板堂河软黏土的物理力学性质

土样基本物理性质指标如表2.1。

表2.1 沧州板堂河综合治理区地基部分土样基本物理性质指标

土样直剪（快剪）强度指标、无侧限抗压强度如表2.3。试验结果表明，板堂河综合治理区地基土层灵敏度位于2.0~4.0之间，为中灵敏度土。

表2.3 沧州板堂河综合治理区地基部分土样基本力学性质指标

3 抗硫酸盐水泥加固软土的强度特性分析

在板堂河综合治理工程区的淤泥质黏土中掺入工程设计采用的高抗硫酸盐硅酸盐水泥（强度等级P.HSR42.5级），水泥浆水灰比0.6，配制4种不同水泥掺入比的水泥土。水泥掺入比分别取17%，20%，23%，25%。分析3种龄期（7d，28d，60d）、2种养护条件（自然养护，标准养护）下水泥土的无侧限抗压强度特性。试样无侧限抗压强度数据分别如图3.1~3.3。

图3.1 水泥土养护7天强度图

图3.2 水泥土养护28天强度图

图3.3 水泥土养护60天强度图

由上图可得以下结论：

（1）水泥土的无侧限抗压强度随着水泥掺入量的增加而增加。龄期较短时水泥掺入量在23%～25%强度增长幅度大，龄期较长时水泥掺量在17%～20%强度增长幅度大，考虑到经济因素，水泥添加量在17%～20%比较合适。

（2）水泥土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增加而增大。龄期为7d时水泥土抗压强度大部分集中在0.6～0.9MPa中，增长的不明显。强度增长主要发生在7d～28d，此时间段水泥土无侧限抗压强度增长最为显著，并且持续增长到60d，但强度增长速度逐渐减小。

（3）两种养护条件下的水泥土无侧限抗压强度随着龄期和水泥掺入量的增加而增大，在龄期和水泥掺入量一定的情况下自然养护的水泥土无侧限抗压强度大于标准养护的，但是当养护龄期达到60d时，两种养护条件下的水泥土无侧限抗压强度基本接近。

同时，在实验时，分别对湿法和干法制成的试样进行了对比，发现① 用干法制样，自然养护和标准养护所得试样的无侧限抗压强度与原状样相比均有较大的提高。② 干法制样每组试样的抗压强度离散较大，所制得的试样出现了较多的蜂窝麻面，造成了试样强度不均匀。

4.高掺量掺合料加固软土的强度特性

水泥采用普通硅酸盐水泥（P.O 42.5），掺合料采用III级粉煤灰、S95级矿渣粉，保证水泥与掺合料质量之和占水泥土总质量20%的基础上，改变水泥与掺合料的比例，水泥浆的水灰比亦取0.6。

从表4.1的试验数据可以看出，掺粉煤灰的水泥加固土强度较低，其60d龄期强度小于2.0MPa，亦即小于水泥掺量20%的抗硫酸盐水泥土强度、普通水泥土强度。试验数据表明，随着粉煤灰掺量的改变，水泥加固土的强度变化很小。

表4.1 掺粉煤灰的水泥土样无侧限抗压强度

图4.1为湿法制样条件下，不同矿渣粉掺量下的水泥土样7d、28d和60d龄期的无侧限抗压强度值。

图4.1 矿渣水泥与掺矿粉水泥的加固土强度随龄期的变化

从上述图、表中可以看出，

（1）掺粉煤灰的水泥土强度较弱，或者说强度增长缓慢，至少60天的龄期强度达不到2.0MPa；

（2）粉煤灰掺量从30%增加到60%，水泥土的强度几无变化；

（3）掺矿渣粉的水泥土强度较高，不同矿粉掺量的水泥土60天龄期强度均远大于2.0MPa；

（4）随着矿粉掺量的增大，水泥土的强度明显增大；随着龄期的增加，水泥土的强度明显增强。

（5）当矿粉掺量高于40%时，水泥土的强度将大于掺入矿渣硅酸盐水泥的水泥土强度，如图4.1所示。

5普通水泥加固土强度特性

工程上常用的、市场量大的三种通用硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。为了与抗硫酸盐水泥拌合软黏土进行对比，拌合软黏土中掺入的普通水泥均亦采用强度等级为42.5级。水泥浆的水灰比亦取0.6，水泥掺入比亦取17%，20%，23%，25%四种。

图5.1~图5.3为湿法制样条件下，三种普通水泥掺量为17% ~ 25%的水泥土7d、28d、60d无侧限抗压强度值。根据试验结果，可以对三种工程上常用的普通水泥加固软黏土的强度特征做出对比分析。

图5.1 普通水泥加固软土7d龄期强度图

图5.2 普通水泥加固软土28d龄期强度图

图5.3 普通水泥加固软土60d龄期强度图

从图5.1—图5.3可以看出掺普通水泥的软土，随水泥掺入量的增大，其强度亦增大；随龄期的增加，其强度亦增强。当水泥掺量达到20%的时候，普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥的水泥土60天龄期强度均达到了2.0MPa以上。

图5.1表明，在水泥掺量较高时，普通硅酸盐水泥的水泥土早期强度要高于复合硅酸盐水泥的水泥土；而随着龄期的增加，复合硅酸盐水泥的水泥土强度要高于普通硅酸盐水泥的水泥土，如图5.2和图5.3所示。

但总体来说，相同掺量的矿渣水泥加固土强度＞复合水泥加固土强度＞普通硅酸盐水泥加固土强度。

图5.4 掺量20%水泥加固土强度随龄期的变化

另外，试验数据表明，水泥土强度的增长速度规律是，矿渣水泥土＞复合水泥土＞普通硅酸盐水泥土，如图5.4所示。

6.结论及建议

试验结果表明，试验室配制的抗硫酸盐水泥掺量20%、水灰比0.6的水泥土60d龄期无侧限抗压强度超过了2.0 MPa，水泥土凝固良好。另外，高掺量矿渣粉水泥土，以及矿渣硅酸盐水泥土也表现出较高的强度，适用于板堂河工程区的水泥土搅拌桩施工。

现场水泥土搅拌时要注意桩体浆液均匀，也应具体分析其他影响因素，建议做现场试验研究。

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