水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌2種,是當前用于加固軟弱土地基的一種方法，在當前工程實踐中得到了廣泛應用，其相關的研究也在逐步深入.水泥土樁復合地基具有周期短、見效快、穩定可靠、總沉降小的優點,對于工期短、填土高、地基強度低的情況有其不可取代的價值。然而，水泥土攪拌樁受土質、地質環境影響顯著，對于不同地理區域沒有統一的設計方案，必須根據當地的實際地質條件進行一系列試驗確定相關物理力學參數。本研究以武漢至陽新一級公路陽新縣三溪至興國段（三標段）為背景，對應用水泥土攪拌樁處治淤泥質路基措施的力學參數進行相關必要的試驗研究，以期為淤泥質路基的處理實施方案提供理論支持。

1 工程簡介

武陽一級公路三溪至興國段是陽新縣“十二五”重點建設項目，路線起于大廣高速三溪互通與沿橫線的平叉口，途徑陽新的宏卿、沿鎮、荻田，至陽新城關富水大橋北岸橋頭，其中新建里程13.1km,老路改擴建里程15.9km,該項目按照一級公路標準設計，設計車速80km/h,路基寬度21.5m.路線K13+064-K14+064段路基工程經過大面積水塘，水塘與趙家塘及南坦湖毗鄰，水塘內淤泥層最厚0.8m.為了消除公路運營后路基的不穩定因素，必須對淤泥層采取一定的工程措施進行處理，通過技術分析和經濟性比較，初步擬定采用水泥土攪拌樁技術實施處治。

2 力學作用機理

水泥土攪拌樁是通過以水泥、石灰等無機材料作為固化劑，運用攪拌機械與待處理軟土進行強制攪拌，隨著時間的延續，水泥或石灰與軟土發生一系列的物理化學作用，使軟土硬結，形成整體性較強、水穩性較好的樁體，通過若干根樁體與樁間擠密土的共同作用，形成比天然地基強度高很多的復合地基，以此達到提高地基承載能力的目的。

2.1 水泥加固土的機理
軟土一般具有孔隙率大、強度低、易壓縮以及固結時限長等不良工程特性，通過添加水泥等固化劑形成復合體。首先由于水泥的水化反應不斷產生一定量的膠凝結構產物，同時減少了軟土中的含水量，然后與被加固軟土發生一系列的物理化學反應，最終形成水泥土復合體的結構強度。水泥土復合體形成強度過程復雜，從工程應用實踐層面上講可歸納為下列4種作用：

1）水泥的水化作用。水泥自身的水化作用，產生具有膠凝結構的水化產物。

2）離子交換作用。通過水泥中的鈣離子與土中的鈉、鉀離子產生離子交換作用，由原來的鈉鉀土轉變為鈣土。

3）化學激發作用。Ca（OH）2對粘土礦物產生激發作用，與水泥水化產物一起將粘土顆粒凝結成一個整體。

4）碳酸化作用。土中的Ca（OH）2與空氣中的CO2作用生成CaCO3.

2.2 水泥摻入比對水泥土性狀的影響
水泥土的工程性狀主要是指水泥土的物理、力學特征及影響因素。加固后的水泥土重度比原地基土略有增加，并隨著水泥摻入比的增大呈微弱遞增趨勢.

水泥摻入量是決定樁身強度和工程造價的主要參數。有關研究資料表明，我國各地區都有本地區的最大摻入量，一般都控制在10%~15%之間。從復合地基作用理論來講，由于水泥土樁屬于柔性或半剛性樁，在樁受荷初期，樁身上部產生垂直應力和彈性變形，隨著荷載增加，并逐步向樁下有限范圍內傳遞，同時因樁體之間的相對位移，樁土之間逐步產生摩阻力，由于水泥土樁的傳力變形特點，使樁身軸向應力和側摩阻力沿樁長衰減很快，傳遞深度不大，即存在臨界樁長問題。

2.3 水泥土樁復合地基的工程性狀
水泥土攪拌樁從整體上而言具有與被處理的軟土形成復合地基的特性，從個體上而言又兼有樁的特性。因此，在設計計算中既要考慮個體樁的強度，也要考慮樁土復合體的整體承載力。對于個體樁設計計算而言，一般認為水泥土樁屬柔性樁，由于柔性樁破壞是以碎裂破壞和刺入破壞為主要破壞形式，因而其樁柱體（或單樁）承載力應分別按樁材料強度和土對樁的支持力（摩擦力+端承力）計算，取兩者的小值計算.

3 室內試驗方案設計

本試驗采用《水泥土配合比設計規程》JGJ/T233-2011、《公路土工試驗規程》JTGE40-2007試驗方法相關規定，試驗各種材料的用量。按設計配合比準確稱量，采用機械拌和，攪拌均勻后制備70.7cm×70.7cm×70.7cm及直徑內徑61.8mm和高度20mm的試件，試件24h后拆模，拆模后放置于標準養護室內養護至相應的齡期。

3.1 材料準備
本試驗所應用的材料主要有2種，即土料及水泥。試件制作所利用的土料為武陽一級路工程水塘區域現場采集的淤泥質土，并進行密封運輸以保證原狀土含水量不發生改變，水泥采用黃石華新水泥廠生產的42.5普通硅酸鹽水泥。

3.2 配合比設計
配合比設計試驗步驟：
1）測定土樣天然含水率、容重和液塑限。
2）測定風干土含水率。
3）確定水泥摻入比基準值（15%）。
4）選取水灰比（0.5）。
5）計算材料用量比例。
6）水泥土試配。
7）調整和確定水泥土配合比。

根據試驗目的，確定了3種水泥摻入比分別為12%、15%、18%,同時為了增加水泥土強度，添加外加劑萘系高效減水劑（摻量2%,減水量30%）進行試驗。試件按照規范要求放入（20±1）℃水中養護，每種配合比試件分別進行7d、14d、28d和90d齡期的無側限抗壓強度試驗和剪切試驗。

4 試驗結果分析

4.1 無側限抗壓試驗結果分析
無側限抗壓強度是水泥土攪拌樁試件的一個重要力學指標，水泥摻入比為12%、15%、18%的3種標準試件分別進行7d、14d、28d、90d養護齡期的無側限抗壓強度計算，試件的無側限抗壓強度計算公式為：fcu=P/A （1） 式（1）中：fcu---水泥試件的無側限抗壓強度（MPa）；P---破壞荷載（N）；A---試件的橫截面積（mm2）。

試件抗壓強度與養護齡期關系如圖1所示。由圖1可知，在水灰比一定的情況下，水泥土試件的抗壓強度隨著水泥摻入量的增加而增加，隨著養護齡期的延續而增長，12%、15%、18%水泥摻入比的90d齡期最大抗壓強度分別達到0.85MPa、1.22MPa、1.85MPa.這說明水泥加固軟土主要是由于水泥與土之間相互的物理化學反應，水泥作為加固劑，摻量越大，與軟土的物理化學作用進行得越快，程度越深入，加固作用越大，效果越顯著。同時，水泥水化反應減小了土中的水分，有利于土樣的固結，從而提高了水泥土的無側限抗壓強度，改善了加固效果.通過乘冪回歸分析模型得到了相關函數方程，水泥摻入比為12%的回歸方程為y=0.1697x0.3542;摻入比為15%的回歸方程為y=0.2923x0.3127;摻入比為18%的回歸方程為y=0.4325x0.3195,其中變量y為水泥土試件的無側限抗壓強度（MPa），x為試件養護齡期（d），結果顯示相關系數都達到0.99以上，具有強相關性。從工程的要求及經濟性來考慮，水泥土攪拌樁施工時的水泥摻入量控制在10%~20%為宜?！緢D1】


4.2 剪切試驗結果分析
試件進行剪切試驗的目的是為了測定水泥土的抗剪強度、內摩擦角和粘聚力，為地基強度和穩定性計算提供基本數據。試驗采用常規應變式直剪儀，剪切試驗試件直徑61.8mm,高度20mm,垂直壓力分100、200、300、400kPa共4個等級加載。

剪切試驗模式為快剪模式，這是為了使室內的試驗條件盡可能模擬現場實際加荷狀況。由于在軟土地基上修筑路堤通常采用快速堆填方式，因此對地基的外部荷載作用加荷速度快，同時軟土具有明顯的低滲透性特點，則這種條件下的強度和穩定問題是處于不能排水條件下的穩定分析問題。

測得試樣破壞時的剪應力，然后根據庫侖定律確定土的抗剪強度參數內摩擦角φ和粘聚力c.剪應力計算公式如下：τ=C1×R（2）式（2）中：τ---剪應力（kPa）；R---量力環中測微表讀數（0.01mm）；C1---量力環校正系數（kPa/0.01mm）。

計算得到的水泥土試件抗剪強度參數內摩擦角、粘聚力與養護齡期關系分別如圖2、圖3所示?！緢D2.圖3】

圖2、圖3的關系曲線反映，水泥土試件內摩擦角、粘聚力指標隨著試件養護齡期的增長而非線性增大，其中內摩擦角受水泥摻入比、養護齡期的影響不大，最大增量為5°左右，而粘聚力隨水泥摻入比增加和養護齡期的延續而增加明顯，特別是90d齡期的數值比28d齡期的數值增加了50%以上。通過乘冪回歸分析模型得到了相關函數方程，圖2反映水泥摻入比為12%、15%、18%的回歸方程分別為y=27.255x0.0557,y=27.447x0.0578,y=27.425x0.0636,其中變量y為內摩擦角φ（°），x為試件養護齡期（d），相關系數基本上都達到0.97以上。圖3反映了水泥摻入比為12%、15%、18%的回歸方程分別為y=16.735x0.5373,y=39.435x0.3949,y=74.46x0.2953,變量y為粘聚力c（kPa），x為試件養護齡期（d），相關系數基本上都達到0.99以上，具有強相關性。

5 結論

通過對水泥土的力學參數的試驗分析，結果表明，水泥土試件的抗壓強度隨著水泥摻入量的增加和齡期的延續產生了比較大的增幅，同時水泥土的內摩擦角、粘聚力也產生了增長。通過乘冪回歸模型得到了相應具有強相關的函數方程，說明試驗結果具有很好的無偏性，水泥土攪拌樁的相關力學參數在施工后期和道路運營期還會得到一定的增長。提高了路堤的安全儲備，使路堤穩定性增大，從技術層面上講水泥土攪拌樁具有很好的治理效果。利用水泥土室內力學參數試驗結果可進行攪拌樁的復合地基設計參數的確定，以保證設計安全可靠，減少盲目性。

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