第 1 章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
我国地域辽阔，从沿海到内陆，分布着各种各样的土体，在这些土体中，有很多的软土[1]。其中大部分软土分布在我国沿海地区和内陆沿江、沿湖地区，如广州、上海、杭州、天津、福州、宁波等沿海地区以及武汉、南京、长沙、昆明等内陆沿江、沿湖地区[2]。软土的主要特点是含水率大、孔隙比大、压缩性大、透水性差等[3]。当在软土地基土上建造构筑物时，由于软土承载力低，受力后会产生很大的沉降[4]，容易造成构筑物的不均匀沉降，使构筑物产生倾斜，从而导致构筑物失稳[5]。因此，在工程实践中遇到软土地基都需要进行人工处理，而水泥土搅拌法作为处理软土地基的一种方法，以水泥作固化剂，通过水泥与水发生反应，使软土与水泥形成足够强度的水泥土搅拌桩，从而形成复合地基[6]。相比较其它方法，水泥土搅拌法能够利用原土，同时具有施工简单、费用成本低、加固深大等优点，越来越受到人们的重视[7]，尤其在海相淤泥和淤泥质土中得到了大规模的应用[8]。 目前，国内外也有很多学者对水泥土搅拌桩技术进行了理论研究及实践应用研究[9]，但多数研究都集中在水泥土搅拌桩设计、施工及影响因素方面的研究[10]，也有学者从土层含水率、土层密度、水泥固化龄期、水泥掺入比、桩身均匀性、施工方法等因素对水泥土强度的影响进行了研究，但他们的研究都缺乏对各种影响因素的系统研究，且缺乏规律性的研究，如桩身均匀性研究还是以取样试验为主，缺乏定量性及规律性研究。实际工程中，水泥土搅拌桩桩身强度是受各方面因素影响的，而且水泥土搅拌桩桩身强度与各种因素存在着一定的影响规律。本文对水泥土搅拌桩桩身强度影响因素及其变化规律研究与应用，其研究目的就是通过探讨水泥土搅拌桩各种因素对桩身强度的影响，从而找出其各个因素对水泥土搅拌桩桩身强度的影响规律。这种影响规律，无论对水泥土搅拌桩设计理论，还是对水泥土搅拌桩工程设计及施工指导都具有重要的理论意义和工程应用价值。
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1.2 水泥土搅拌桩国内外研究现状
水泥土搅法是在石灰搅拌法基础上发展起来的，最早古埃及就曾经用石灰、烧石膏和砂子三种材料作为固化剂来加固金字塔的地基和尼罗河的河堤[11]。第二次世界大战以后，美国是第一个开始进行水泥深层搅拌法施工的。1953 年，日本从美国引进水泥深层搅拌法，开始在日本进行施工[12]。1967 年瑞典 BPA 建筑公司研制出了喷石灰粉的深层搅拌施工方法。1974 年在瑞典开始正式进行了粉喷桩施工，从此以后粉喷桩开始应用越来越广[13]。1977 年日本把水泥系深层搅拌法称为 CDM 工法或 MDM 工法[14]，该法采用水泥、石灰、粉煤灰等粉状加固料，通过单轴或双轴搅拌，使搅拌深度达到了 30m，搅拌直径达到了 1000mm。从 1981 年到 1986 年间，日本采用水泥土搅拌桩的施工量达到了 240 万延米长。近些年来，水泥土搅拌法已经成为处理软土地基应用最多的一种[15]。目前在国外应用主要有以下三个方面： （1）止水帷幕：双层的水泥土搅拌桩在地下水位比较高的深基坑开挖工程中阻止地下水向基坑内流动，取得了很好的止水效果[16]； （2）结构挡墙：水泥土搅拌法形成的水泥土搅拌桩挡墙中加入钢筋或型钢，可抵挡深基坑开挖中的侧向土压力，主要应用于地下工程的施工中； （3）地基加固：水泥土搅拌法处理地基形成的复合地基，主要应用于铁路、公路建设工程的路基处理[17]。
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第 2 章 水泥土搅拌桩强度影响因素理论分析
通过前期在武汉、湛江等地多个项目的现场工程实践和文献调研，综合、系统研究水泥土搅拌桩桩身强度的影响因素，总结出了影响水泥土搅拌桩桩身强度的主要因素，包括掺入比、水泥固化龄期、土层含水率、桩身均匀性、施工方法等，通过查阅文献资料和已有的研究成果，对以上五个影响因素进行理论分析。
2.1 水泥掺入比的影响
水泥掺入比是指要加固的土体中掺入水泥的重量与被加固土体湿重的比值[25]。对于水泥土而言，随着水泥掺入比增加，水泥与水发生化学反应生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙等产物增多[26]，生成的产物又与土颗粒发生一系列的离子交换、胶结、凝硬等物理化学反应，从而增加水泥土的强度。根据水泥掺入比和水泥土强度的关系，将水泥土强度随水泥掺入比变化关系分为 3 个阶段：水泥土强度的非反应区，水泥土强度的反应区和水泥土强度的惰性区[27]。当水泥掺入比低于某一定值时，水泥土强度增长比较慢[28]。这是由于该区间水泥掺入比的值比较小，土中的水泥与水发生水化反应也较小，对水泥土强度的影响相对较小，所以这一区间称为水泥土强度的非反应区。随着水泥掺入比的不断增加，土中的水泥开始增多[29]，水泥与水发生水化反应开始增加，水泥土强度也开始增加，同时水泥土的强度增加率也开始变大，水泥土强度进入了反应区[30]。随水泥掺入比继续的不断增加，土中的水泥越来越多，水泥不能全部与水发生反应，导致水泥土的强度随水泥掺入比继续的不断增加而使强度增加的速率开始减慢，水泥土强度开始进入了惰性区。当进入惰性区之后，继续增加水泥掺入比，土中会形成硬化的水泥区域，水泥土强度对水泥掺入比还将继续缓慢增长。
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2.2 水泥固化龄期的影响
要知道水泥固化龄期对水泥土搅拌桩强度的影响，首先要知道水泥与水反应的过程。当普通硅酸盐水泥与水拌和后，首先是水泥熟料中的主要矿物硅酸三钙与水产生水化反应生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙[35]，并且硅酸三钙水化速度很快，生成的水化物使水泥早期强度很高，硅酸三钙的含量约占水泥总量 50%左右，所以水泥的早期强度主要是硅酸三钙水化作用产生的[36]。然后是水泥中的硅酸二钙与与水产生水化反应，生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙，硅酸二钙的结构比较致密[37]，释出氧化钙的速度较慢，所以遇水后水化速度较慢，硅酸二钙的含量约占水泥总量 25%左右，所以水泥的中期强度主要是硅酸三钙水化作用产生的。最后是铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等与水产生水化反应，生成水化钙凝胶和氢氧化钙[38]，水化速度很慢，但是它们含量少，强度增加比较小，所以水泥的后期强度主要是它们水化作用产生的。 通过以上分析可知，前期硅酸三钙的含量最多，水泥与水发生水化反应，使水泥的强度增长最快；然后硅酸二钙的含量较多，水泥与水发生水化反应，使水泥的强度增长较快；最后铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等与水产生水化反应，使水泥的强度继续增加，但因为所占含量较少，水泥的强度增加幅度较少[39]。从而可知，水泥土随着水泥固化龄期的增加，水解和水化反应的程度也增加，从而使水化产物数量也随之增加，进而使水泥土的强度一直增加，但水泥土强度前期增加幅度比较快，之后水泥土强度增加的幅度开始逐渐减小[40]~[41]。
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第 3 章 试验土样物理力学性质测定....... 10
3.1 土样密度试验...... 10
3.2 土样含水率试验......... 11
3.3 土样液限和塑限测定........ 12
3.4 土样的固结试验......... 13
3.5 土样的直接剪切试验........ 15
3.6 本章小结....... 17
第 4 章 掺入比与强度关系试验研究....... 19
4.1 试验目的....... 19
4.2 试验方案....... 19
4.3 室内试验....... 19
4.4 现场试验....... 22
4.5 掺入比与强度关系试验分析.......... 25
4.6 养护龄期与强度关系试验分析...... 30
4.7 室内水泥土强度与现场桩体强度关系分析....... 35
4.8 本章小结....... 36
第 5 章 含水率与强度关系试验研究....... 37
5.1 试验目的....... 37
5.2 试验方案....... 37
5.3 室内试验....... 37
5.4 现场试验....... 39
5.5 含水率与强度关系试验分析.......... 41
5.6 本章小结....... 47
第 5 章 含水率与强度关系试验研究
5.1 试验目的
含水率与强度关系目的：通过室内试验和现场试验找出含水率与水泥强度之间的关系，并对试验数据进行分析找出水泥土强度随含水率的变化规律，根据它们之间的规律来指导实际工程。
5.2 试验方案
含水率试验：室内试块采用掺入比为 14%和 16%两个掺入比，含水率采用30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%，65%，70%九个含水率，当养护龄期为 28 天和 60 天的标准养护试块，测定试块的无侧限抗压强度。现场取芯试样同样采取水泥掺入比为 14%和 16%两个掺入比，含水率采用 30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%，65%，70%九个含水率，当养护龄期为 28 天和 60 天的取芯，测定芯样的无侧限抗压强度。
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结论
通过本次论文对水泥土搅拌桩桩身强度的影响因素及其变化规律的研究，得到了以下主要结论：
（1）通过对水泥土搅拌桩强度的影响因素理论分析，从理论上找出了影响水泥土搅拌桩桩身强度因素及其影响的基本规律。
（2）通过室内和现场掺入比与强度关系试验分析可知，在龄期相同情况下，在掺入比在 10%-14%区间，强度随水泥掺入比的增加而增大，增加的幅度也逐渐变大。当掺入比超过 14%时，随着水泥掺入比的增加，强度也在增加，但增加的幅度却在减小。故室内水泥土的强度和现场水泥土搅拌桩的强度的最佳掺入比都为 14%。同时室内水泥土的强度和现场水泥土搅拌桩的强度都与水泥掺入比之间存在着一定的相关性.
（3）通过室内和现场养护龄期与强度关系试验分析可知，在掺入比相同情况下，强度随着养护龄期的增长而增加，但增加的幅度却在逐渐的减小。其中强度在养护龄期 7 天到 60 天的强度增加量超过 7 天到 90 天增加量的 90%，故在实际工程中，考虑到工期方面，并合理利用水泥土的后期强度，对起承重作用的搅拌桩，试块采用 60 天龄期为标准龄期，对起支档作用的搅拌桩，试块采用 28天龄期为标准龄期。同时室内水泥土的强度和现场水泥土搅拌桩的强度都与养护龄期之间存在着一定的相关性.
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参考文献(略)