冻土地区路面水泥稳定砂砾桩配合比设计研究

崔小龙

（山西长治公路勘察设计院有限公司，山西 长治 046000）

1 引言

水泥稳定砂砾桩是一种新型的地基处理方法，与其他传统的地基处理方法相比，具有显著的桩体作用、应力集中和扩散作用，同时还具有变形小、沉降稳定快等优点，大大提高了地基的承载力[1-2]。水泥稳定砂砾桩是利用钻机按照设计桩径钻至设计深度，成孔后清除孔内积水和残渣，夯实、夯平孔底，再向孔内灌填拌和好的混合料，逐层定量向桩孔内填料，采用机械分层夯实，直至成桩[3]。

2 原材料选定

2.1 水泥

选用28 d 抗压强度为32.5 MPa 的普通硅酸盐水泥，并按照相关规范要求对水泥的细度、初凝时间、终凝时间、3 d 抗压强度、28 d 抗压强度、3 d 抗折强度、28 d 抗折强度等技术指标进行检验。

其中水泥细度的检验按GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法筛析法》的规定执行，用筛余物的质量百分数来表示水泥样品的细度，本文采用手工筛析法来检验水泥细度。安定性采用标准法雷氏法进行测定。凝结时间采用标准法测定。

通过测定不同龄期的抗折强度和抗压强度，评定水泥强度会否符合标准规定[4]。抗压强度的试验结果取6 个抗压强度测定值的算数平均值。抗折强度的测试结果取3 个抗折强度的平均值。

水泥材料主要检验项目及试验结果见表1。

表1 水泥检验项目及试验结果汇总表

2.2 现场取样的天然砂砾

对3 种天然砂砾材料进行颗粒分析试验，采用筛分法进行。从试验数据看出，3 种天然砂砾材料级配中，第一种天然砂砾材料中粒径小于0.6 mm 的细颗粒含量明显高于其他两种天然砂砾材料，且粒径小于0.075 mm 的含量最大；第二种天然砂砾材料在粒径小于4.75 mm 的细粒料含量上与第三种天然砂砾材料有较大区别，但粒径小于0.075 mm 的颗粒含量相同。总体而言第一种天然砂砾材料最细，第三种天然砂砾材料最粗，第二种天然砂砾材料居中。筛分试验结果见表2。

表2 筛分试验结果表

2.3 水泥稳定砂砾混合料

水泥剂量分别按7.9%和8.1%两种比例进行混合料的配制。

2.4 最佳含水率与最大干密度

本文采用标准击实试验（丙法击实）确定，混合料标准击实试验结果见表3。

表3 混合料标准击实试验结果表

3 测定无侧限抗压强度

3.1 强度试件制作

配制9 个水泥稳定砂砾混合料试件，均采用同一个水泥剂量，压实度控制在98%，强度试件的基本参数为单个试件混合料重6 500 g，其中水泥与砂砾的均不含水，以7.9%水泥含量的混合料为例，水泥、集料、水的材料用量计算如下：

按此对上述两种水泥含量的混合料中各材料用量进行计算，计算结果见表4。

表4 混合料试件制作计算汇总表

3.2 饱和无侧限抗压强度测定

试件制作完成后放在标准养护环境下养护7 d，然后测得其饱和状态下的无侧限抗压强度，结果见表5。

表5 饱和无侧限抗压强度试验结果汇总表

3.3 混合料延时成型试验

对水泥剂量为8.1%的混合料进行了延时成型试验，延时时间2 h，强度和干密度损失结果见表6，均满足设计要求。

表6 延时2 h 最大干密度与抗压强度损失对照表

3.4 EDTA标准液滴定耗量

分别按水泥剂量4%、6%、8%、10%和12%进行EDTA 滴定法测试，得到EDTA 标准液滴定耗量，见表7。

表7 不同水泥剂量的EDTA标准液滴定耗量表

4 混合料配合比的确定

4.1 试验配合比（目标配合比）

通过以下方法确定水泥最佳剂量。

1）将平均强度与设计指标进行对比，试验结果表明，以8.1%的水泥用量制备的混合料，各试件的强度指标都达到了要求并不小于3.0 MPa 的设计指标。

2）从工程经济角度来看，水泥用量为8.1%时，混合料可满足规范对道路基层的抗压强度和压实度的要求，并达到设计强度指标所需的最低用量。

3）综合确定试验室目标配合比为：水泥∶集料=8.1∶100，混合料最佳含水量6.1%，最大干密度2.27 g/cm3，施工时压实度按98%控制。

4.2 确定生产配合比

试验室配合比需根据施工现场实际情况进一步调整，混合料集中厂拌施工，水泥用量需提高0.5%；粗粒土拌和时，最佳含水量提高0.5%～1.0%。则混合料生产配合比为：最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量6.9%，水泥∶集料=8.6∶100。

5 注意事项

（1）混合料装筒时须均匀分布，做到中间紧两端松，以便于成型。（2）在确定混合料的水泥用量时，最大干密度值应按规定的现场压实度确定。（3）水泥剂量应按干集料的质量百分比计算。（4）水泥稳定土的养护条件对结果有重要影响，因此在试件养护时，应严格控制养护条件。（5）根据生产配合比集中厂拌时，应根据砂砾料的天然含水量来调整加水量。

6 结语

根据相关技术规范和试验规程，对水泥稳定砂砾的原材料进行了选定和检验，确定水泥等材料的主要技术指标，确定出混合料的最佳含水率和最大干密度；按水泥剂量分别为7.9%、8.1%制件，测定了混合料7 d 饱水无侧限抗压强度和延时成型试验，并确定出水泥剂量为8.1%时满足要求。确定了水泥稳定砂砾桩的生产配合比，使得室内提供的配合比符合施工现场条件要求，真正为冻土地区路基工程实践提供科学合理的试验数据。