第26卷第3期蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版)Vol.26No. 32013年9月Joumnal of Suzhou University of Science and Technology (Engineering and Technology )Sep.2013摻人專利添加劑的水泥土力學(xué)性質(zhì)的試驗研究方咸美，顧歡達,殷志文(蘇州科技學(xué)院土木工程學(xué)院,江蘇蘇州215011)摘要:基于提高擴大支盤加筋水泥土樁水泥土強度的要求,針對摻入專利添加劑的水泥土的力學(xué)性質(zhì),采用室內(nèi)試驗的方法進行了比較系統(tǒng)的研究,并與未摻添加劑的水泥土的力學(xué)性質(zhì)進行了對比。研究表明，專利添加劑能夠較明顯的提高水泥土的強度和變形性能。文中具體分析了兩種水泥土的強度發(fā)揮和變形的變化規(guī)律，以及專利水泥土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,對專利水泥土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進行了擬合分析,以供實際工程參考。關(guān)鍵詞:水泥土;添加劑;無側(cè)限抗壓強度;摻入比中圖分類號: TU472.5文獻標(biāo)識碼: A文章編號: 1672- -0679(2013)03 -0037-05擴大支盤加筋水泥土樁(以下簡稱多支盤樁,見圖1),是近年來發(fā)展起來的一種新型抗浮樁型,主要利用支盤端阻力及樁側(cè)摩擦阻力抵抗上拔荷載。與普通鋼筋混凝土樁相比,不僅具有施工簡便、明顯降低工程造價的優(yōu)點,而且可以充分利用水泥土抗壓承載力較高的特性,使得多支盤樁能夠發(fā)揮較高的單樁抗拔承載力?？梢蕴娲鷤鹘y(tǒng)抗拔樁,應(yīng)用于高層建筑的多層地下室、地鐵及隧道、地下市政設(shè)施等工程的抗浮措施中。國內(nèi)部分地區(qū)的工程實踐,顯示出其良好的工程特性和明顯的經(jīng)濟和社會效益"。根據(jù)支盤樁承受上拔荷載作用時的受力機理,支盤尤其是位于樁體下部的支盤,在單樁抗拔承載力發(fā)揮過程中起著很重要的作用,因此,支盤本身的強度與剛度對支盤樁的抗拔承載力發(fā)揮產(chǎn)生很大的影響。針對多支盤樁,通過提高構(gòu)成樁體的水泥土強度,可以有效地提高多支盤樁的抗拔承載力,從而達到進--步提高單樁抗拔承載力、節(jié)省工程造價的目的。在實踐中,常用摻人添加劑的方式來提高水泥土的強度,由于水泥土的強度發(fā)揮與添加劑的性質(zhì)、土質(zhì)條件及環(huán)境因素等有關(guān),基于多支盤樁在本地區(qū)推廣應(yīng)用的目的,研究過程中選取本地區(qū)比較有代表性的粉質(zhì)粘土作為原料土,并選擇在其他地區(qū)工程中顯示具有良好效果的某專利添加劑作為提高水泥土強度、改善水泥土變形性質(zhì)的添加劑,并與未摻添加劑的水泥土進行對比，研究該添加劑對提高水泥土強度改善水泥土-44頭變形性質(zhì)的效用,并分析摻人添加劑的專利水泥土相應(yīng)的力學(xué)性質(zhì)、強度發(fā)揮特征及本圖1多支 盤樁構(gòu)造構(gòu)關(guān)系,為抗拔樁的設(shè)計及施工提供參考。1試驗方法及原料1原料選擇本試驗的主要材料包括原料土、水泥及專利添加劑。水泥選擇標(biāo)號為42.5的普通硅酸鹽水泥,水為普通自來水，原料土樣取自蘇州港龍財智商業(yè)廣場二期的基坑開挖施工過程中的取出的土體,其主要物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。表1土樣物理性質(zhì)含水量1%濕潤密度1g . cm:3比重1g _孔隙比液限指數(shù)塑限指數(shù)30.71.922.740.870.6512.0根據(jù)表1所示物理性質(zhì)指標(biāo),依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范中關(guān)于土的分類標(biāo)準(zhǔn),所用原料土應(yīng)定名為粉質(zhì)粘土。原料土的顆粒級配曲線如圖2所示,據(jù)此可知,原料土級配連續(xù),粒徑小于0.075mm的細粒土的比例超過80%,不均勻系數(shù)C=14.63,曲率系數(shù)C=1.28,屬于級配良好的土體。_中國煤化工[收稿日期] 2012-12-10MYHCNMHG[作者簡介]方咸美(1988-),男,安徽巢湖人，碩士研究生。4蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版)2013表3專利水泥土的試驗參數(shù)參數(shù)7d28d90dA1.172 11.73162.3425B-1.244 5-1.906 1-2.4806R0.975 20.85720.8607而李建軍等心的研究發(fā)現(xiàn):不同學(xué)者對于Eso和q。之間的比例關(guān)系相差--個數(shù)量級之多,對于工程應(yīng)用很不可靠。因此，針對不同工程的土質(zhì)條件,需要通過試驗研究尋找合適的比例關(guān)系。結(jié)合本次試驗結(jié)果:圖8表示的是在不同水泥摻人比條件下,普通水泥土和專利水泥土的Eso 與q.的關(guān)系圖。對于普通水泥土,水泥摻人比為8%和12%時,無側(cè)限抗壓強度q。在0.69~3.20MPa之間,對應(yīng)的變形模量Ego在247.30-666.40MPa之間,Eso約為(170~300)qa;對于專利水泥土,水泥摻人比為4%、8%、12%和16%時,無側(cè)限抗壓強度qu在0.33-5.09 MPa之間,對應(yīng)的變形模量Ex在58.66~-1 196.28 MPa,Eso約為(190~370)quo根據(jù)兩種水泥土上下限趨勢線及均值趨勢線分析,專利水泥土的趨勢線均位于普通水泥土對應(yīng)趨勢線的上方,可以認(rèn)為在強度相近的條件下,專利水泥土的變形模量均值要高于普通水泥土,此結(jié)果表示在相同的荷載條件下，以專利水泥土為樁體的多支盤樁更有利于減小樁體的變形,從而也有利于多支盤樁抗拔承載力的發(fā)揮。2.2.3破壞應(yīng)變與強度之間的關(guān)系圖9是普通水泥土和專利水泥土的破壞應(yīng)變Ey與抗壓強度qu之間的關(guān)系圖。圖示結(jié)果顯示,水泥土的破壞應(yīng)變隨強度的提高而減小，說明隨著水泥土強度的提高,水泥土的破壞模式趨于脆性破壞。此結(jié)果說明,在以水泥土作為樁體的多擴大支盤樁承受上拔荷載時,提高水泥土的強度,不僅有利于提高單樁抗拔承載力，而且有利于減小樁體的壓縮變形。比較兩種水泥土在強度相近條件下的破壞應(yīng)變,其值比較接近,說明摻人專利添加劑并沒有明顯改變水泥土自身的破壞模式,其主要作用是提高水泥土的強度。試驗結(jié)果分析表明,水泥土的破壞應(yīng)變與無側(cè)限抗壓強度之間較好地符合對數(shù)關(guān)系,可以擬合兩個物理量之間的相關(guān)關(guān)系,即e=AInq.+B。擬合曲線的參數(shù)如下表5所示,從表5中可以看出,相關(guān)系數(shù)較高,擬合效果較好。表4專利水泥土的試驗參數(shù)_28d425.1400385.7700419.670 0-537.3500-364.9400-365.42000.906 90.81610.842 0表5水泥土的試驗參數(shù)普通水泥土專利水泥土R2-0.569 01.24570.751 3-0.492 01.5000.5514圖7不同水泥摻入比時變形模量2.3應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系通過分析發(fā)現(xiàn)專利水泥土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線和正常固結(jié)粘性土硬化階段的雙曲線四相似,因此采用正常固結(jié)粘性土硬化階段的雙曲線擬合專利水泥土的應(yīng)力應(yīng)變曲線,擬合公式如下σ=8(a+b&)(4)式中,σ為應(yīng)力,MPa;ε為應(yīng)變, %;a.b為擬合參數(shù)。圖10為所選取的齡期為28 d的不同水泥摻人比條件下專利水泥土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系中比較典型的曲線,并進行了雙曲線擬合,擬合結(jié)果如表6所示。q。/MPaquMPa(a)普通水泥土(b)專利水泥土圖8變形模量Exo與無側(cè)限抗壓強度9.之間的關(guān)系圖圖9破壞應(yīng)中國煤化工旬的關(guān)系圖分析圖示擬合曲線與實測曲線對比情況,雙曲線模型能比較好的MHCNMHG變關(guān)系在硬化階段的非線性特征。第3期方咸美等:摻人專利添加劑的水泥土力學(xué)性質(zhì)的試驗研究41表6擬合結(jié)果試樣編號齡期ld_aw/%ap1%_ab_480.1105.402 8280.11240.396 4120.06890.462 61660.093 10.092 8圖10σ-ε曲線的雙曲線擬合3結(jié)論基于提高多支盤樁樁體強度和變形性能的目的,采用室內(nèi)試驗的方法對未摻添加劑的普通水泥土和摻人專利添加劑的專利水泥土的強度發(fā)揮和變形特性進行了比較系統(tǒng)的研究,并得到如下結(jié)論:(1)專利添加劑可以比較明顯的提高水泥土的強度,能夠達到強化多支盤樁的樁體強度,提高單樁抗拔承載力的目的;(2)水泥土的強度、變形模量和水泥摻人比之間的關(guān)系以及破壞應(yīng)變和無側(cè)限抗壓強度之間均存在比較好的相關(guān)關(guān)系,并可以按對數(shù)關(guān)系進行擬合;(3)專利添加劑有利于提高加載時的比例界限荷載值,摻人添加劑的專利水泥土,其線彈性范圍增大,在荷載作用下,專利水泥土較普通水泥土更不易產(chǎn)生塑性變形;(4)普通水泥土和專利水泥土,破壞應(yīng)變均隨著其強度的增大而減小,在強度相近的情況下,兩者的破壞應(yīng)變比較接近,結(jié)合其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,說明摻人專利添加劑并沒有明顯改變水泥土的破壞模式;(5)雙曲線模型可以較好的反映專利水泥土在硬化階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,可以為相關(guān)的設(shè)計計算提供理論參考。參考文獻:[1]余建民,馮翠紅.李遠多支盤加筋水泥上樁抗拔機理研究[].鐵道建筑,2011(1):41-43.[2] 建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計院GB/T50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S]北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.[3]南京水利科學(xué)研究院. 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Thispaper has also analyzed the variation of the strength performance and deformation behavior of the common ce-ment- stabilized soil and the modified cement-stabilized soil, and the relationship of the stress- strain. And finallythe paper has presented the ftting analysis of the stress -strain relationship of the_ soil, which will be of somepractical engineering reference.中國煤化工Key words :cement-stabilized soil; additive ;unconfined compressive strenMYHCNMH G(責(zé)任編輯:秦中悅)