第六章 水泥土搅拌法

被加固土的体积 (1)水泥土的物理性质

1)含水量 水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原土样的含水量，水泥土含水量比原土样含水量减少0.5%～7.0%，且随着水泥掺入比的增加而减小。

2)重度 由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，水泥土的重度仅比天然软上重度增如0.5%～3.0%，所以采用水泥土搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对于下部未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。

3)相对密度 由于水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密度2.65～2.75为大，故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%～2.5%。

4)渗透系数 水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小，一般可达10～10cm/s数量级。对于上海地区的淤泥质粘土，垂直向渗透系数也能达到10cm/s数量级，但这层土常局部夹有薄层粉砂，水平向渗透系数往往高于垂直向渗透系数，一般为10cm/s数量级。因此，水泥加固淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系数，而对垂直向渗透性的改善，效果不显著。水泥土减小了天然软土的水平向渗透性，这对深基坑施工是有利的，可利用它作为防渗帷幕。 (2)水泥土的力学性质

1)无侧限抗压强度及其影响因素 水泥土的无侧限抗压强度一般为300～4000kPa，即比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体之间。 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素有：水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。下面根据试验结果来分析影响水泥土抗压强度的一些主要因素。

(a)水泥掺入比aw对强度的影响

水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当aw<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，故在水泥土搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比必须大于7%。

根据试验结果分析，发现当其它条件相同时，某水泥掺入比aw的强度fcuc与水泥掺入比

aw=12%的强度fcu12的比值fcuc/fcu12与水泥掺入比aw的关系有较好的归一化性质。由回归分

-4

-5

-8

-8

析得到: fcuc/fcu12与aw呈幂函数关系，其关系式如下:

.7695 fcu/cfcu12?41582 (6-1) .a1w (相关系数R=0.999，剩余标准差S=0.022，子样数n=7) 上式适用的条件是: aw＝(5～16)%。

在其它条件相同的前提下两个不同水泥掺入比的水泥土的无侧限抗压强度之比值随水泥掺入比之比的增大而增大。经回归分析得到两者呈幂函数关系，其经验方程式为: fcu1/fcu2?(aw1/aw2)1.7736 (6-2) (R=0.997, S=0.015, n=14)

式中 fcu1——水泥掺入比为aw1的无侧限抗压强度; fcu2——水泥掺入比为aw2的无侧限抗压强度。

上式适用的条件是: aw＝(5～20)%；aw1/aw2＝0.33～3.00。 (b)龄期对强度的影响

水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析, 得到在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系，这些关系式如下:

fcu7=(0.47～0.63)fcu28 (6-3) fcu14 =(0.62～0.80)fcu28 (6-4) fcu60=(1.15～1.46)fcu28 (6-5) fcu90=(1.43～1.80)fcu28 (6-6) fcu90=(2.37～3.73)fcu7 (6-7) fcu90=(1.73～2.82)fcu14 (6-8)

上式fcu7、fcu14、fcu28、fcu60、fcu90分别为7d、14d、28d、60d和90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。

当龄期超过3个月后，水泥土的强度增长才减缓。同样，据电子显徽镜观察，水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成。因此水泥土选用3个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。一般情况下，龄期少于3d的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差，离散性较大。

回归分析还发现在其它条件相同时, 某个龄期(T)的无侧限抗压强度fcuT与28天龄期的无侧限抗压强度fcu28的比值fcuT/fcu28与龄期T的关系具有较好的归一化性质, 且大致呈幂函数关系。其关系式如下: fcu/Tfcu28?0.2414T0.4197 (6-9)

(R=0.997，S=0.037，n=5) 上式中龄期的适用范围是(7～90)天。

在其它条件相同的前提下，两个不同龄期的水泥土的无侧限抗压强度之比随龄期之比的增大而增大。经回归分析得到两者呈幂函数关系，其经验方程式为: fcu1/fcu2?(T1/T2)0.4182 (6-10) (R=0.992，S=0.021，n=9)

式中 fcu1──龄期为T1的无侧限抗压强度; fcu2──龄期为T2的无侧限抗压强度。

上式适用的条件是：T=(7～90)天；T1/T2＝0.08～0.67和T1/T2＝1.50～12.85。 综合考虑水泥掺入比与龄期的影响，经回归分析，得到如下经验关系式:

. fcu1/fcu2?(aw1/aw2)18095?(T1/T2)0.4119 (6-11)

式中 fcu1──水泥掺入比为aw1龄期为T1的无侧限抗压强度; fcu2──水泥掺入比为aw2龄期为T2的无侧限抗压强度。

上式成立的条件是：aw＝(5～20)%，aw1/aw2=0.33～3.00；T=(7～90)天。当aw1＝aw2时, 应采用式(10-10)；当T1＝T2时, 应采用式(10-2)。 (c)水泥标号对强度的影响

水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100号，水泥土的强度fcu约增大(50～90)%。如要求达到相同强度，水泥标号提高100号，可降低水泥掺入比(2～3)%。 (d)土样含水量对强度的影响

水泥土的无侧限抗压强度fcu随着土样含水量的降低而增大，当土的含水量从157%降低至47%时，无侧限抗压强度则从260kPa增加到2320kPa。一般情况下，土样含水量每降低10％，则强度可增加(10～50)%。

(e)土样中有机质含量对强度影响

有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。 (f)外掺剂对强度的影响

不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如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。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。

一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料，其掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2%、0.5%和2%；减水剂可选用木质素磺酸钙，其掺入量宜取水泥重量的0.2%；石膏兼有缓凝和早强的双重作用，其掺入量宜取水泥重量的2%。

掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高10%，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的强度。 (g)养护方法

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。

2)抗拉强度 水泥土的抗拉强度?t随无侧限抗压强度fcu的增长而提高。当水泥土的抗压强度fcu＝0.500～4.00MPa时，其抗拉强度?t＝0.05～0.70MPa，即?t＝(0.06～0.30)

fcu。

抗压与抗拉这两类强度有密切关系，根据试验结果的回归分析，得到水泥土抗拉强度?t与其无侧限抗压强度fcu有幂函数关系:

?t?0.0787fcu0.8111 (6-12) (R=0.991，S=0.006，n=12)

上式成立的条件是：fcu＝0.5～3.5MPa。

3)抗剪强度 水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。当fcu＝0.30～4.0MPa时，其粘聚力c=0.10～1.0MPa，一般约为fcu的(20～30)%，其内摩擦角变化在20°～30°之间。 水泥土在三轴剪切试验中受剪破坏时，试件有清楚而平整的剪切面，剪切面与最大主应力面夹角约为60°。

根据作者试验结果的回归分析，得到水泥土的内聚力c与其无侧限抗压强度fcu大致呈幂函数关系，其关系式如下: c?0.2813fcu0.7078 (6-13)

(R=0.903，S=0.051，n=9)

上式成立的条件是：fcu＝0.3～1.3MPa。

4)变形模量 当垂直应力达50％无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形模量E50。当fcu＝0.1～3.5MPa时，其变形模量E50＝10～550MPa，即E50＝