水泥、石灰加固淤泥土 无侧限抗压强度试验研究
                          李义喜
    [摘要]本文阐述了如何对工程中所遇到淤泥质软弱地基土采用水泥、 石灰进行加固和进行一系列的物理性能、强度试验，并就水泥、石灰用量 和养护龄期对加固土无侧限抗压强度的影响进行分析，提出了强度预测 公式，以资借鉴。
    [关键词]软土；加固土；水泥土；无侧限抗压强度
1前言
采用水泥和石灰作为固化剂 进行土体加固是处理软弱地基土 的常用方法，当软土与水泥或石 灰相接触时，水泥、石灰颗粒表面 的矿物很快与粘土中的水发生水 解和水化反应、凝硬反应以及碳 酸化作用，生成坚硬的钙化物，使 土体具有一定的强度而达到加固 的目的。
在影响加固土强度的主要因 素中包括固化剂的种类和掺入 量、土的含水量、土样制备、养护 方法、养护龄期等。 Mitchell指出，养护方法和养 护龄期对加固土强度均有影响， 其强度能通过固化剂的掺入量进 行估算。加固土的工程特性，如 渗透性、耐久性和压缩性随着水泥或石灰的含量变化，多次掺加 水泥、石灰等固化剂能使软土强 度提高，但同时土的弹塑性会降 低（Rienhold）。
笔者对实际工程中所遇到的 淤泥质软弱地基土上采用水泥、 石灰进行加固试验研究，集中分 析养护龄期和固化剂含量两个因 素对加固土无侧限抗压强度的影 响，并提出基于这两个因素的强 度预测公式，试验结果可供实际 工程进行淤泥质软土地基处理时 参考。
2试验概况
试验所用的土样采自南宁市 相思湖新区某工程场地，取样深 度3.5m～5.5m，属第四纪松软冲 积层，厚度2.00m～7.60m，富含有 机质，局部含15%～35%石英质粗 砂及少量腐殖质，自然含水量达 到80%，呈湿、软塑状态。 固化剂分别采用P.O.42.5普 通硅酸盐水泥及CaO含量高于 65%的过筛生石灰，按100kg/m 3 、 150kg/m 3 、200kg/m 3 及250kg/m 3 掺 入（水泥掺入比为6.25%、9.37%、 12.5%、15.63%；石灰掺入比为 6.33%、9.49%、12.66%、15.83%）。 试模采用70.7mm×70.7mm× 70.7mm规格，手工压筑成型，静 置24h后放入标准养护室中养护， 在养护龄期为4d、7d、14d、28d、 90d和180d时分别进行无侧限抗 压试验。试验步骤如图1所示。

3试验结果分析
3.1原状土的性能
（1）物理性能：土样物理性能 指标如表1和图2所示，属于高压 缩性、高灵敏度淤积软土，其类型 可划分为高塑性黏土（CH），液限 含水量大，塑性指数高，水稳定性 差。
（2）工程性能：土样的压缩模 量（E s ）在0.98MPa～1.74MPa之 间，平均强度（q u ）在12kPa～25kPa 之间。
3.2加固土的性能
（1）强度增长情况：采用水泥进行加固的土试件在较短养护期 内（28d内）便有较显著的强度增 长（见图3）；养护28d后，强度的增 长趋于平缓。
从图4可以看出，无论养护期 长短，石灰加固土强度均随养护 龄期呈现线性增长。
（2）强度与固化剂掺入量的 关系：试验结果表明，水泥的掺入 量很大程度影响了水泥土的强度 （见图5）。在水泥按250kg/m 3 比 例掺入的情况下，水泥土的强度 相对达到最高，养护龄期为28d、 180d的对应强度分别为1.16MPa 和2.06MPa，分别是原状土强度的80倍和140倍。


 

石灰加固土的抗压强度随石灰掺入量 的增加而增长，但超过一定掺入量后呈下 降趋势（见图6）。与水泥加固土不同的是， 各种掺入比的石灰土强度均能随着养护时 间不断增长。石灰土无侧限抗压强度的试 验最大值为1.03MPa，是原状土强度的70 倍，相应石灰掺入量是200kg/m 3 ，养护时间 是180d。
（3）应变特性：原状土试样进行无侧限 抗压试验，破坏时应变为6.58%，而加固土 试样在试验破坏时平均应变分别为：水泥 土2.28%和石灰土3.59%，变形量明显低于 原状土；在受力初期，应力—应变关系符合 虎克定律，二者呈直线关系，当外力达到极 限强度的65%～80%时，应变开始增大，应 力—应变不再继续保持直线关系；当外力 达到极限强度时，加固土很快出现脆性破 坏，残余强度很小。可见，固化剂明显改变 了软土的变形性能，使其变得脆化。
（4）强度预测：Mitchell给出了水泥土 无侧限抗压强度预测公式[式（3）]，笔者通 过对抗压强度试验的结果进行回归分析 （一定固化剂掺入量情况下，强度与养护时 间的关系和相关系数见表2），提出了相似 公式如下： 水泥土： q u （d）=q u （d 0 ）+0.4Clo（gd/d 0 ）（1） 石灰土： q u （d）=q u （d 0 ）+0.01（LX/100-4）（d/d 0 ）（2） 式中： q u （d）——养护d天后无侧限抗压强度 （kPa），该试验中：4≤d≤180； q u （d 0 ）——养护d 0 天后无侧限抗压强 度（kPa）； C——水泥含量（%，在总混合物中的 质量百分比）； L——石灰含量（%，在总混合物中的 质量百分比）； X——石灰中CaO含量（%，在石灰中 的质量百分比）。q u （d）=q u （d 0 ）+Klog（d/d 0 （）3） 式中： q u （d）——养护d天后无侧限 抗压强度（kPa）； q u （d 0 ）——养护d 0 天后无侧 限抗压强度（kPa）； K——对于黏土为； C——水泥含量（%，在总混 合物中的质量百分比）。
4结语
采用水泥作为固化剂能显著 提高淤泥质软土强度，且强度随水泥用量的增加而增长。在前 28d养护期内，水泥土强度增长较 为显著；此后的养护期内强度增 长变得缓和；180d养护期时，水泥 土强度趋于稳定。 采用石灰作为固化剂，掺入 量在150kg/m 3 ～250kg/m 3 情况下， 石灰土强度随养护龄期线性增 长。根据试验结果曲线可以看出 石灰掺入量存在着一个最优值， 当掺入量小于最优值，强度随掺 入量的增加而增长，超出最优值 后，强度略呈下降。所提出的强 度预测公式能预测加固土长期和短期养护的无侧限抗压强度值。 无论是水泥还是石灰加固 土，与原状土相比，其试验破坏应 变值均大大降低，这一点与天然 土体不同，表现出明显的脆性材 料特征，工程应用时应加以考虑。 水泥按200kg/m 3 ～250kg/m 3 或石灰按200kg/m 3 比例掺入加固 软土后，土体强度基本上都能达 到0.7MPa以上。
 
参考文献
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