CN102980819B - 用硬度测试检测水泥混合土强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，步骤：获取现场施工深度范围内各层土土样；将现场土样与水泥制样，并进行硬度测试和无侧限抗压强度室内试验；将试验所得水泥土试件硬度值与对应无侧限抗压强度值进行整理，作出关系曲线图；对关系曲线图进行线性回归分析，得到本施工场地水泥土硬度值与无侧限抗压强度自然对数值的关系式；现场施工水泥土加固养护过程中，挖开少许加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度计测试硬度，然后直接利用试验所得线性回归关系式计算得出水泥加固土的无侧限抗压强度值。本发明避免了在加固施工进行之后再对加固土体进行钻孔取样所造成的加固土破坏以及耽误工期，简洁、经济有效、快速。

Description

用硬度测试检测水泥混合土强度的方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体地，涉及的是一种用硬度测试检测水泥混合土强度的方法。

背景技术

随着长三角地区经济持续增长，城市建设步伐越来越快。但是由于沿海城市往往是高含水量的软弱土层，因此在这些地方进行城市建设时往往需要先对地基土进行处理。常用的地基处理方法有水泥土搅拌法、旋喷法和注浆法等。以上方法是利用水泥等材料作为固化剂，使水泥和软土搅拌混合，形成坚硬的水泥混合土（以下简称水泥土），与原地层共同作用，形成复合地基，达到地基加固的目的。工程实践中常采用无侧限抗压强度作为水泥土的强度指标。

目前国家规范《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》对水泥混合土进行检测的方法主要有目测法、轻型动力触探法、载荷试验法和钻孔取样等。目测法是指水泥混合土成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。这种方法对现场检测人员的经验水平要求较高，且对水泥混合土的均匀性判断存在一定的主观性；轻型动力触探法是指水泥混合土成桩3天后，利用10千克重锤将探头打入土中，根据贯入一定深度时的锤击数来判别水泥混合土的成桩质量。这种方法的缺点是其探测深度一般不超过4m，且贯入过程中难以保持探头在竖直方向不发生偏移；载荷试验法是指水泥混合土成桩28天后，在桩顶逐级施加载荷，观测桩的相应检测点产生的位移，根据载荷位移曲线判定单桩承载力的试验方法。这种方法更接近于实际荷载作用下复合地基应力、应变的变化情况，但存在测试时间长、费用较高、每个工程抽检数量有限以及不能说明桩身完整性的缺点；钻孔取样是指在水泥混合土成桩28天后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验。钻孔取样的缺点是会对混合土结构本身造成一定的破坏，而且钻孔在竖向上易发生倾斜。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200510030654.X，发明名称：基于混合均匀度的深层水泥混合土质量的现场检测方法：通过现场测定混合土pH值的化学测试方法来评价搅拌混合土均匀性，进而评价水泥混合土的整体质量。

规范检测方法关键步骤在水泥土施工后进行，因而会大大耽误工期；而基于混合均匀度的深层水泥混合土质量的现场检测方法存在着以下问题：将pH值影响混合土强度的临界值选为10与实际情况不符；没有考虑pH值在不同区间分布对水泥混合土强度影响的大小，使得所确定的水泥混合土强度精度较差。而实际工程中往往需要在现场尽快大致判断水泥土的无侧限抗压强度来指导现场施工。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，该方法通过检测现场水泥土硬度来获得其无侧限抗压强度，既操作简便、费用低廉，又能快速，是一种经济且高效的方法。

本发明是通过如下的技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步，采集场地现场地质信息，获得土层分层信息，并通过现场钻孔取土获取现场施工深度范围内各层土土样。

优选地，所述获取现场施工深度范围内各层土土样是指：在施工前，采用薄壁取土器在施工现场从地面至设计加固深度内取土样，取土量根据试件量确定，以每层土不少于9个试件为宜。

第二步，将现场土样与水泥进行混合后制样，并进行硬度测试和无侧限抗压强度室内试验，分别得到硬度值和无侧限抗压强度值。

优选地，所述将现场土样与水泥进行混合后制样，其中混合比例是，施工设计时满足设计强度要求的，通过配合比试验得到的水泥加固土的配比设计值。

优选地，所述水泥土制样是指，按照现场水泥土加固配比设计，将取样土体和水泥进行混合，然后制备水泥土试件，具体步骤如下：

①针对每一层土样，称取现场土样，通过计算得到所需掺入的水和水泥的质量，然后称取对应质量的水泥和水。将称取的土样、水泥以及水进行充分搅拌。

②充分搅拌之后，将水泥土放入模具内进行制样。制样时进行充分振捣使试样密实，每层土以不少于15个试件为宜。试样成型1天（以后标为1d）后拆模，脱模后将试样用塑料袋密封，放入标准养护室中养护，养护温度为20±3°C。养护时间分为7d、14d、28d，之后完成试件制备。

优选地，所述硬度测试是指，利用邵氏硬度计对试件外表面硬度进行测试。每个试件硬度值以不少于6个为宜，然后求出硬度值的算术平均值。

优选地，所述无侧限抗压强度室内试验是指，利用应变控制式无侧限压缩仪对制备的试件进行无侧限抗压试验。

第三步，将试验所得水泥土试件硬度值与对应无侧限抗压强度值进行整理，作出关系曲线图，即横轴采用硬度值，纵坐标采用无侧限抗压强度的ln对数值。

第四步，对关系曲线图进行线性回归分析，得到本施工场地水泥土硬度值与无侧限抗压强度自然对数值的关系式，即lnq_u=ap+b，式中，qu是无侧限抗压强度；p是破裂面硬度值；a,b是回归系数，通过试验所得曲线图确定。

第五步，现场施工水泥土加固养护过程中，挖开少许加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度计测试硬度即破裂面硬度值p，然后直接利用试验所得线性回归关系式lnq_u=ap+b计算得出q_u值，即为此时水泥加固土的无侧限抗压强度值。

本发明原理为：水泥土在成型固化过程中，水泥颗粒和泥土颗粒之间相互包裹，产生胶结力，从而表现为在外表面形成硬度，在整体形成强度的现象。随着养护时间变长，水泥水化程度加剧，胶结力越来越大，因而硬度和强度都相应变大。经大量试验统计资料发现，水泥土的硬度和无侧限强度ln对数值的关系为线性关系。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明在施工前对水泥土试样进行室内试验，运用回归分析法得出本施工场地水泥土硬度值与无侧限抗压强度自然对数值的关系式，来快速确定施工过程中加固地基的无侧限抗压强度，指导施工作业。这样避免了在加固施工进行之后再对加固土体进行钻孔取样所造成的加固土破坏以及耽误工期，是一种简洁、经济有效、快速的水泥加固土无侧限抗压强度检测方法。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为水泥土强度与硬度关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

某拟建地下工程开挖基坑的设计深度为14m，基坑长30m，宽25m，拟采用钻孔灌注桩围护结构。为了检保证灌注桩维护结构在地下工程开挖施工时达到强度要求，采用硬度估算水泥土无侧限抗压强度的方法指导施工，具体步骤简述如下：

第一步，场地加固施工前，在本施工例场地工程的影响范围深度内，土体主要分五层：第一层为素填土，土层顶板标高为0m，层厚2m；第二层为粉砂，顶板标高-2m，层厚5m；第三层为粉质粘土，顶板标高-7m，层厚5m；第四层为砂质粘土，顶板标高-12m，层厚6m；第五层为风化花岗岩直至影响外。由于灌注桩设计深度为-18m，因此取一到四层土样，取土深度范围为18m，每层土取满制作30个试件所需土样。

第二步，将所取土样按照现场水泥土加固配比进行水泥土制样，并进行硬度测试和无侧限抗压强度室内试验。具体步骤如下：

①先称取一定量现场第一层土土样，通过计算得到所需掺入的水和水泥的质量，然后称取对应质量的水泥和水。将称取的土样、水泥以及水放进搅拌机内进行充分搅拌。

②充分搅拌之后，将水泥土放入内径37mm，高100mm的圆柱体PVC塑料管模具内进行制样。制样时进行充分振捣使试样密实。试样成型1d后拆模，脱模后将试样用塑料袋密封，放入标准养护室中养护7d，养护温度为20±3°C。

③利用邵氏硬度计对试件外表面硬度进行测试，得到6个硬度值，分别是508.13kPa，569.11kPa，538.62kPa，526.42kPa，538.62kPa，569.11kPa。取其算数平均值为541.67kPa。

④利用应变控制式无侧限压缩仪对制备的试件进行无侧限抗压试验，得到其无侧限抗压强度为63.42kPa。

⑤重复①~②步，完成30个试件的制作。其中，试件平均分成三组，每组养护时间分别对应7d、14d、28d。

⑥重复③~④步，得到30组硬度值和无侧限抗压强度值。

⑦对第二、三、四层土样重复①~⑥步，得出剩余的90组硬度值和无侧限抗压强度值。

第三步，以硬度为横轴，取无侧限强度值的自然对数为纵坐标，作出其关系图。如附图1所示。

第四步，对关系曲线图进行线性回归分析，整理出本施工场地水泥土硬度值与无侧限抗压强度ln对数值的线性关系式lnq_u=0.65p-3.11，如附图1所示。

第五步，进行现场搅拌桩施工7,14,28天后，挖开少许加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度计测试硬度，然后直接利用第四步所得线性回归关系式lnq_u=0.65p-3.11计算得出此时搅拌桩的无侧限抗压强度值，并做记录。

同以往的资料对比发现，本方法有效提高测试速度，节省工期5%，减少施工期间的工作量，保障了施工连续性，加快施工进度，降低测试成本30%以上。而且由于试验分析时综合考虑了场地各层土的特性，因此对水泥土灌注桩强度的预测值比一般方法更准确。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，采集场地现场地质信息，获得土层分层信息，并通过现场钻孔取土获取现场施工深度范围内各层土土样；

第二步，将现场土样与水泥进行混合后制样，并进行硬度测试和无侧限抗压强度室内试验，分别得到硬度值和无侧限抗压强度值；

所述混合后制样是指，按照现场水泥土加固配比设计，将取样土体和水泥进行混合，然后制备水泥土试件，具体步骤如下：

①针对每一层土样，称取现场土样，通过计算得到所需掺入的水和水泥的质量，然后称取对应质量的水泥和水，将称取的土样、水泥以及水进行充分搅拌；

②充分搅拌之后，将水泥土放入模具内进行制样，制样时进行充分振捣使试样密实，每层土不少于15个试件，试样成型1天后拆模，脱模后将试样用塑料袋密封，放入标准养护室中养护，养护温度为20±3℃，养护时间分为7天、14天、28天，之后完成试件制备；

所述硬度测试是指，利用邵氏硬度计对试件外表面硬度进行测试，每个试件硬度值不少于6个，然后求出硬度值的算术平均值；

第三步，将试验所得水泥土试件硬度值与对应无侧限抗压强度值进行整理，作出关系曲线图，即横轴采用硬度值，纵坐标采用无侧限抗压强度的ln对数值；

第四步，对关系曲线图进行线性回归分析，得到本施工场地水泥土硬度值与无侧限抗压强度自然对数值的关系式，即：lnq_u＝ap+b，式中，q_u是无侧限抗压强度；p是破裂面硬度值；a,b是回归系数，通过试验所得曲线图确定；

第五步，现场施工水泥土加固养护过程中，挖开少许加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度计测试硬度即破裂面硬度值p，然后直接利用试验所得线性回归关系式lnq_u＝ap+b计算得出q_u值，即为此时水泥加固土的无侧限抗压强度值。

2.根据权利要求1所述的用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，其特征在于，第二步中，所述将现场土样与水泥进行混合后制样，其中混合比例是，施工设计时满足设计强度要求的，通过配合比试验得到的水泥加固土的配比设计值。

3.根据权利要求1所述的用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，其特征在于，第二步中，所述无侧限抗压强度室内试验是指，利用应变控制式无侧限压缩仪对制备的试件进行无侧限抗压试验。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用硬度测试检测水泥混合土强度的方法，其特征在于，第一步中，所述获取现场施工深度范围内各层土土样是指：在施工前，采用薄壁取土器在施工现场从地面至设计加固深度内取土样，取土量根据试件量确定。