1999-新型固化剂加固粉喷桩抗剪强度室内试验研究

5 结论
5. 1 掺有新型材料的混合料加固土其早期和后期 抗剪强度均较高, 且随总掺入比和新型材料掺入比 的增大而增大。 5. 2 混合料加固土能有效改善原状土的力学性能 , 其 28 天龄期的粘聚力为原状土的 80 倍～ 170 倍 , 内摩擦角为原状土的 1. 2 倍～ 2. 2 倍。 5. 3 不同试验方法对水泥加固土抗剪强度参数影 响很大, 应根据加固土的强度合理选择试验方法。 对 强度较低的水泥加固土, 建议采用快剪法; 对强度较 高的加固土, 建议采用夹具法。 本文掺入磨细矿渣的 混合料加固土采用夹具法。 5. 4 本文仅为阶段性室内试验成果, 还有待于进一 步的完善和继续进行现场试验研究。
与剪
值的夹角进行试验 , 再求出相应
的 n 和 n, 按照数理统计原理, 则抗剪强度参数粘 聚力 c 、 内摩擦角 !为:
199807-27 收稿 , 1998-0819 改回。
・ 室内试验・ 姚韫海等 新型固化剂加固粉喷桩抗剪强度室内试验研究 表 1 试验土的物理力 学参数
土质名称 灰色淤泥质粘土 含水量 重度 比重 ∀/ ( % ) # / kN ・m - 3 G 50. 9 17. 1 2. 75 孔隙比 塑限 液限 e ∀p / ( % ) ∀l / ( % ) 1. 43 24. 4 44. 5 塑性指数 I P/ ( % ) 20. 1 液性指数 压缩模量 内摩擦角 I l / ( % ) E s 1- 2/ M Pa !/ ( ° ) 1. 32 2. 2 6. 5 粘聚力 c/ kPa 8
n
(° )
( 2)
另外, 室内高压三轴试验也较常应用于岩石材 料的室内抗剪强度试验, 而且得到的抗剪强度参数 比较可靠 , 但由于其费用较高 , 因此在试验方法的选 择上 , 采用了夹具法进行试验。
2 试验介绍
2. 1 土样 试验土样取自上海市西部某地区的第 4 层灰色 淤泥质粘土, 土的物理力学参数见表 1。 2. 2 固化剂及其掺入量的计算 本试验采用的固化剂和文献[ 1] 相同, 即为比表 面 6500 的磨细粒化高炉矿渣与水泥的混合料。 固化 剂掺入量的计算参见文献 [ 1] 。 2. 3 试件的制作与养护 为了防止土样水分的蒸发 , 钻孔取样后密封运 回试验室 , 并在 1 d ～2 d 内完成试验。将从现场所
够的垂直压力。 如再加大垂直压力 , 有可能导致直剪 仪损坏。 因此对于强度较低的水泥土, 建议采用快剪 法进行室内试验; 夹具法比较适用于强度较高的水 泥加固土 , 得到的抗剪强度参数也比较符合实际, 因 此当水泥掺入比较大、 水泥加固土强度较高时 , 建议 采用夹具法进行水泥土室内抗剪强度试验。 在软土地基加固中, 采用水泥土搅拌桩、 粉喷桩 和压密注浆都能有效改善软土地基的力学性能, 提 高软土的抗剪强度。掺有新型材料的混合料加固土 较原状软弱土体 28 天龄期的粘聚力提高 80 倍～ 170 倍 , 内摩擦角提高 1. 2 倍～ 2. 2 倍 , 因此能更有 效地改善软土地基的力学性能 , 对于控制建筑物的 沉降、 地基土的整体滑移能起到很好的效果。另外 , 由于新型材料——磨细粒化高炉矿渣代替了一部分 水泥 , 而其批量生产成本远低于水泥, 因此能大大降 低工程造价。
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承载力 f / kPa 60
取土样与固化剂利用机械充分搅拌, 人工插捣, 试件 制作在 7. 07 cm ×7. 07 cm ×7. 07 cm 的标准立方体 试模中 , 成型一天后拆模, 放入标准养护室内养护, 温度为 ( 20± 3) ℃ , 相对湿度为 100% 。 2. 4 试验过程 试验具体操作过程如下。 a. 用笔在制作好的试件上画出中心线 ; b. 测量试件尺寸, 准确至 0. 1 m m, 计算试件的 抗剪面积; c . 将楔形夹具连同试件安放在 WE — 300 型的 液压式压力试验机的承压板中央, 并以下承压板的 十字线为准, 对准试件中心 ; d. 以 0. 1 M Pa/ s ～ 0. 2 M Pa/ s 的应力速度连 续均匀地施压 , 至试件破坏为至 , 并记录极限荷载。
0 引言
近年来, 采用粉喷桩加固各类构筑物地基已得 到了广泛应用。 在加固软弱地基时, 粉喷桩桩体的抗 剪强度是工程设计中的一个重要参数。为了提高水 泥土的强度, 人们一直在水泥加固土中加入适量的 外掺剂( 如石膏、 粉煤灰等 ) , 但效果不是十分明显。 在水泥加固土中加入了磨细粒化高炉矿渣 ( 简称磨 细矿渣 ) , 以求能够改善水泥加固土的性能。试验表 明 , 掺入一定量的磨细矿渣对粉喷桩桩体的抗压强 度有大幅度的提高。 文章通过室内试验, 对掺入磨细 矿渣的混合料水泥土的抗剪强度进行试验分析研 究 , 并对试验方法进行了讨论。 c=
一般来说 , 对混凝土、 水泥土类材料的抗剪强度 室内试验方法有如下两种, 简述如下。 1. 1 快剪法 使用应力控制式直剪仪, 采用快剪方式得到水 泥土的抗剪强度。其试验操作过程与土工试验中采 用快剪法求土的抗剪强度过程完全一致, 不再赘述。 1. 2 夹具法 采用楔形剪切仪, 试件受力图及其主要装置如 图 1 所示, 将制备好的试件置于楔型剪切仪中, 并放 在压力机上进行加压试验[ 2] 。 由图 1( a ) 可求出剪切平面上的正应力 应力 n, 以不同的
3 试验结果分析
混合料加固土的抗剪强度及抗剪强度参数结果 见图 2 和表 2。
表 2 混合料加固土的抗剪强度参数室内试验结果
总掺 新型材料 入比 掺入比 /(%) /(%) 8 12 60 80 60 80 7d 粘聚力 c/ M Pa 0. 35 0. 41 0. 71 0. 82 内摩擦角 !/ ( ° ) 6. 43 6. 53 10. 05 10. 19 粘聚力 c / M Pa 0. 64 1. 02 1. 14 1. 35 28 d 内摩擦角 ! /(° ) 7. 32 8. 05 12. 55 14. 30
4 讨论
对水泥土类试样, 合理地选择抗剪强度试验方 法是非常重要的, 如选择不当, 则可能会得到错误的 参数, 下面对文中第 2 节介绍的两种方法做一简单 的讨论。掺有新型材料的混合料加固土的强度比纯 水泥土的强度高 , 而当水泥加固土在水泥掺入比大 于 7% 时所表现出的力学性质近似于硬土的性质, [ 6] 显示出脆性破坏性质 。根据文献 [ 6] , 笔者曾采用 快剪法对 7 天龄期的混合料加固土进行抗剪强度试 验 , 当第 1 级垂直荷载加到 400 kPa 时 , 破坏时加固 土的剪切破坏面是一个斜面 ( 如图 3 所示 ) , 破坏时 所得到的抗剪强度参数不能反映混合料加固土的抗 剪性能 , 导致上述情况出现的主要原因是由于混合 料加固土强度较高 , 应力控制式直剪仪不能提供足
大 坝 观 测与 土 工 测 试 30
文献 [ 3] 认为当纯水泥加固土的无侧限抗压强度在 0. 3 M Pa ～ 4. 0 M Pa 时 , 其粘聚 力为 0. 10 M Pa ～ 1. 0 M Pa 。掺有新型材料的混合料加固土的无侧限 抗压强度约为纯水泥土的 2. 5 倍～ 3. 5 倍 , 混合料 加固土的粘聚力、 内摩擦角相应也大大提高。 7 天龄 期加固土的粘聚力约为原状土粘聚力的 40 倍～ 100 倍 , 内摩擦角提高 1. 0 倍～ 1. 6 倍; 28 天龄期加固土 的粘聚力为原状土粘聚力的 80 倍～170 倍, 内摩擦 角则提高 1. 2 倍～ 2. 2 倍。 由以上分析可以看出 , 混 合料加固土对粘聚力的影响更为明显。粘性土的抗 剪强度由两部分组成, 一部分是摩擦力, 它主要取决 于土粒表面的粗糙度、 密实度、 土颗粒的大小及级配 等因素 ; 另一部分是土粒之间的粘结力, 它是由于粘 [ 4] 性土的胶结作用和静电引力效应等因素引起的 。 粘聚力的大小主要取决于粘结力, 而内摩擦角的大 小则主要取决于摩擦力。矿渣的化学成分和硅酸盐 [ 5] 水泥很相似 , 试验在土中掺入了比表面为 6500 的 磨细矿渣和比表面为 3000～4000 的水泥, 通过机械 将矿渣、 水泥和土充分拌和后, 由于矿渣和水泥中均 含有活性元素 , 其比表面较大, 因此更能够有效发挥 颗粒间的胶结作用, 使得加固土的粘聚力提高幅度 较大; 而矿渣和水泥的颗粒较小 , 因此对混合料加固 土的颗粒级配、 粗糙度等影响不明显 , 因而其内摩擦 角的提高幅度相对偏小。
m 2 i i= 1 i= 1 m m i m m i i= 1 m 2 i i= 1 m i= 1 2 i i= 1 m i i i= 1 m m i i= 1 m 2 i i= 1 i= 1 2 i i= 1 i i i
-
MP a
( 1)
m m != t an - 1 m
1 水泥土抗剪强度室内试验方法简述
3. 1 影响混合料加固土抗剪强度的因素 影响混合料加固土抗剪强度的因素很多 , 下面 将从几个主要因素来进行分析。 3. 1. 1 总掺入比 由图 2 和表 2 可以看出, 相同新型材料掺入比 的混合料加固土其抗剪强度、 粘聚力、 内摩擦角均随 总掺入比的增加而增加。当总掺入比由 8% 增大至 12% 时 , 加固土 7 天龄期的抗剪强度提高 2. 2 倍 ; 粘
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1999 年 4 月 大 坝 观 测 与 土 工 测 试 第 23 卷 第 2 期
新型固化剂加固粉喷桩抗剪强度室内试验研究
姚韫海 黄宏伟
( 同济大学地下建筑与工程系 200092 上海 )
摘 要 在提出粉喷桩新型固化剂基础上 , 进行混合料加固土的抗剪强度室内试验, 分析影响混合 料加固土抗剪强度的主要因素, 并讨论了水泥加固土室内抗剪强度试验的方法。 关键词 粉喷桩 新型固化剂 抗剪强度 分类号 T U 411
聚力提高 2. 0 倍, 内摩擦角提高 1. 6 倍; 28 天龄期 的抗剪强度提高 1. 5 倍～ 2. 0 倍, 粘聚力 提高 1. 3 倍～ 1. 8 倍, 内摩擦角提高 1. 8 倍。 3. 1. 2 新型材料掺入比 在总掺入比相同的情况下 , 增加新型材料掺入 量也能在一定程度上改善混合料加固土的性能, 提 高加固土的抗剪强度。 当新型材料掺入比由 60% 增 加至 80% 时 , 加固土的抗剪强度和粘聚力的增幅大 致相同。 图 2 和表 2 表明, 当总掺入量为 8% 时 , 7 天 龄期加固土的抗剪强度增幅为 16% , 粘聚力增幅为 17% , 内摩擦角基本不变 ; 28 天龄期加固土的抗剪 强度增幅为 60% , 粘聚力增幅为 60% , 内摩擦角增 幅为 10% 。当总掺量为 12% 时, 7 天龄期加固土的 抗剪强度增幅为 15% , 粘聚力增幅为 15% , 内摩擦 角基本不变 ; 28 天 龄期加固土的 抗剪强度增幅 为 21% ～ 27% , 粘聚力增幅为 18% , 内摩擦 角增幅为 14% 。 3. 1. 3 养护龄期 养护龄期对混合料加固土的影响较大。由图 2 和表 2 可以看出, 水泥加固土的抗剪强度、 粘聚力、 内摩擦角均随养护龄期的增加而增加。当总掺入比 为 8% 时 , 新型材料掺入比为 60% 的加固土 28 天龄 期的抗剪强度和粘聚力约为 7 天龄期抗剪强度和粘 聚力的 2. 0 倍, 内摩擦角相对提高幅度较小, 增幅为 14% 左右; 新型材料掺入比为 80% 的加固土 28 天 龄期的抗剪强度和粘聚力约为 7 天龄期抗剪强度和 粘聚力的 2. 6 倍 , 内摩擦角增幅为 20% 。当总掺入 比为 12% 时, 新型材料掺入比为 60% , 80% 的两种 加固土 28 天龄期抗剪强度和粘聚力均为 7 天龄期 抗剪强度和粘聚力的 1. 6 倍左右 , 而内摩擦角增幅 有一定差异, 新型材料掺入比为 60% 的加固土内摩 擦角增幅约为 23% , 而新型材料掺入比为 80% 的加 固土内摩擦角增幅约为 40% 。由图 2 还可以看出 , 掺有新型材料的混合料加固土的早期抗剪强度值较 高, 其 7 天龄期的抗剪强度约为 28 天龄期的 50% 。 3. 2 混合料加固土与原状土的抗剪强度参数比较 本次试验所取土样为上海地区最为典型的灰色 淤泥质粘土, 物理力学性质较差, 大多数多层建筑物 的沉降主要是由于该层土体的变形所引起 , 该土样 的粘聚力为 8 kPa, 内摩擦角为 6. 5° 。试验表明, 混 合料加固土能够很好地改善土体的物理力学性质。