專利名稱：用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地，涉及的是一種用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
隨著長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，城市建設(shè)步伐越來越快。但是由于沿海城市往往是高含水量的軟弱土層，因此在這些地方進(jìn)行城市建設(shè)時(shí)往往需要先對(duì)地基土進(jìn)行處理。常用的地基處理方法有水泥土攪拌法、旋噴法和注漿法等。以上方法是利用水泥等材料作為固化劑，使水泥和軟土攪拌混合，形成堅(jiān)硬的水泥混合土(以下簡(jiǎn)稱水泥土)，與原地層共同作用，形成復(fù)合地基，達(dá)到地基加固的目的。工程實(shí)踐中常采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為水泥土的強(qiáng)度指標(biāo)。目前國家規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002》對(duì)水泥混合土進(jìn)行檢測(cè)的方法主要有目測(cè)法、輕型動(dòng)力觸探法、載荷試驗(yàn)法和鉆孔取樣等。目測(cè)法是指水泥混合土成樁7天后，采用淺部開挖樁頭，目測(cè)檢查攪拌的均勻性，量測(cè)成樁直徑。這種方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)水平要求較高，且對(duì)水泥混合土的均勻性判斷存在一定的主觀性；輕型動(dòng)力觸探法是指水泥混合土成樁3天后，利用10千克重錘將探頭打入土中，根據(jù)貫入一定深度時(shí)的錘擊數(shù)來判別水泥混合土的成樁質(zhì)量。這種方法的缺點(diǎn)是其探測(cè)深度一般不超過4m，且貫入過程中難以保持探頭在豎直方向不發(fā)生偏移；載荷試驗(yàn)法是指水泥混合土成樁28天后，在樁頂逐級(jí)施加載荷，觀測(cè)樁的相應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的位移，根據(jù)載荷位移曲線判定單樁承載力的試驗(yàn)方法。這種方法更接近于實(shí)際荷載作用下復(fù)合地基應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況，但存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用較高、每個(gè)工程抽檢數(shù)量有限以及不能說明樁身完整性的缺點(diǎn)；鉆孔取樣是指在水泥混合土成樁28天后，用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣作抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。鉆孔取樣的缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)混合土結(jié)構(gòu)本身造成一定的破壞，而且鉆孔在豎向上易發(fā)生傾斜。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)?00510030654. X，發(fā)明名稱基于混合均勻度的深層水泥混合土質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定混合土 PH值的化學(xué)測(cè)試方法來評(píng)價(jià)攪拌混合土均勻性，進(jìn)而評(píng)價(jià)水泥混合土的整體質(zhì)量。規(guī)范檢測(cè)方法關(guān)鍵步驟在水泥土施工后進(jìn)行，因而會(huì)大大耽誤工期；而基于混合均勻度的深層水泥混合土質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法存在著以下問題將PH值影響混合土強(qiáng)度的臨界值選為10與實(shí)際情況不符；沒有考慮pH值在不同區(qū)間分布對(duì)水泥混合土強(qiáng)度影響的大小，使得所確定的水泥混合土強(qiáng)度精度較差。而實(shí)際工程中往往需要在現(xiàn)場(chǎng)盡快大致判斷水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，該方法通過檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水泥土硬度來獲得其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，既操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉，又能快速，是一種經(jīng)濟(jì)且高效的方法。
本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟
第一步，采集場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)信息，獲得土層分層信息，并通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取土獲取現(xiàn)場(chǎng)施工深度范圍內(nèi)各層土土樣。
優(yōu)選地，所述獲取現(xiàn)場(chǎng)施工深度范圍內(nèi)各層土土樣是指在施工前，采用薄壁取土器在施工現(xiàn)場(chǎng)從地面至設(shè)計(jì)加固深度內(nèi)取土樣，取土量根據(jù)試件量確定，以每層土不少于9 個(gè)試件為且。
第二步，將現(xiàn)場(chǎng)土樣與水泥進(jìn)行混合后制樣，并進(jìn)行硬度測(cè)試和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)，分別得到硬度值和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。
優(yōu)選地，所述將現(xiàn)場(chǎng)土樣與水泥進(jìn)行混合后制樣，其中混合比例是，施工設(shè)計(jì)時(shí)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的，通過配合比試驗(yàn)得到的水泥加固土的配比設(shè)計(jì)值。
優(yōu)選地，所述水泥土制樣是指，按照現(xiàn)場(chǎng)水泥土加固配比設(shè)計(jì)，將取樣土體和水泥進(jìn)行混合，然后制備水泥土試件，具體步驟如下
①針對(duì)每一層土樣，稱取現(xiàn)場(chǎng)土樣，通過計(jì)算得到所需摻入的水和水泥的質(zhì)量，然后稱取對(duì)應(yīng)質(zhì)量的水泥和水。將稱取的土樣、水泥以及水進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?br> ②充分?jǐn)嚢柚?，將水泥土放入模具?nèi)進(jìn)行制樣。制樣時(shí)進(jìn)行充分振搗使試樣密實(shí)，每層土以不少于15個(gè)試件為宜。試樣成型I天(以后標(biāo)為Id)后拆模，脫模后將試樣用塑料袋密封，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20±3° C。養(yǎng)護(hù)時(shí)間分為7d、14d、28d，之后完成試件制備。
優(yōu)選地，所述硬度測(cè)試是指，利用邵氏硬度計(jì)對(duì)試件外表面硬度進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)試件硬度值以不少于6個(gè)為宜，然后求出硬度值的算術(shù)平均值。
優(yōu)選地，所述無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)是指，利用應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀對(duì)制備的試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)。
第三步，將試驗(yàn)所得水泥土試件硬度值與對(duì)應(yīng)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行整理，作出關(guān)系曲線圖，即橫軸采用硬度值，縱坐標(biāo)采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的In對(duì)數(shù)值。
第四步，對(duì)關(guān)系曲線圖進(jìn)行線性回歸分析，得到本施工場(chǎng)地水泥土硬度值與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度自然對(duì)數(shù)值的關(guān)系式，即lnqu=ap+b，式中，qu是無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；p是破裂面硬度值；a，b是回歸系數(shù)，通過試驗(yàn)所得曲線圖確定。
第五步，現(xiàn)場(chǎng)施工水泥土加固養(yǎng)護(hù)過程中，挖開少許加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度計(jì)測(cè)試硬度即破裂面硬度值P，然后直接利用試驗(yàn)所得線性回歸關(guān)系式lnqu=ap+b 計(jì)算得出qu值，即為此時(shí)水泥加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。
本發(fā)明原理為水泥土在成型固化過程中，水泥顆粒和泥土顆粒之間相互包裹，產(chǎn)生膠結(jié)力，從而表現(xiàn)為在外表面形成硬度，在整體形成強(qiáng)度的現(xiàn)象。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間變長(zhǎng)，水泥水化程度加劇，膠結(jié)力越來越大，因而硬度和強(qiáng)度都相應(yīng)變大。經(jīng)大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，水泥土的硬度和無側(cè)限強(qiáng)度In對(duì)數(shù)值的關(guān)系為線性關(guān)系。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果
本發(fā)明在施工前對(duì)水泥土試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，運(yùn)用回歸分析法得出本施工場(chǎng)地水泥土硬度值與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度自然對(duì)數(shù)值的關(guān)系式，來快速確定施工過程中加固地基的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，指導(dǎo)施工作業(yè)。這樣避免了在加固施工進(jìn)行之后再對(duì)加固土體進(jìn)行鉆孔取樣所造成的加固土破壞以及耽誤工期，是一種簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)有效、快速的水泥加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖I為水泥土強(qiáng)度與硬度關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例某擬建地下工程開挖基坑的設(shè)計(jì)深度為14m，基坑長(zhǎng)30m，寬25m，擬采用鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為了檢保證灌注樁維護(hù)結(jié)構(gòu)在地下工程開挖施工時(shí)達(dá)到強(qiáng)度要求，采用硬度估算水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的方法指導(dǎo)施工，具體步驟簡(jiǎn)述如下第一步，場(chǎng)地加固施工前，在本施工例場(chǎng)地工程的影響范圍深度內(nèi)，土體主要分五層第一層為素填土，土層頂板標(biāo)高為0m，層厚2m ;第二層為粉砂，頂板標(biāo)高_(dá)2m，層厚5m ；第三層為粉質(zhì)粘土，頂板標(biāo)高_(dá)7m，層厚5m ;第四層為砂質(zhì)粘土，頂板標(biāo)高_(dá)12m，層厚6m ;第五層為風(fēng)化花崗巖直至影響外。由于灌注樁設(shè)計(jì)深度為-18m，因此取一到四層土樣，取土深度范圍為18m,每層土取滿制作30個(gè)試件所需土樣。第二步，將所取土樣按照現(xiàn)場(chǎng)水泥土加固配比進(jìn)行水泥土制樣，并進(jìn)行硬度測(cè)試和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)。具體步驟如下①先稱取一定量現(xiàn)場(chǎng)第一層土土樣，通過計(jì)算得到所需摻入的水和水泥的質(zhì)量，然后稱取對(duì)應(yīng)質(zhì)量的水泥和水。將稱取的土樣、水泥以及水放進(jìn)攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。②充分?jǐn)嚢柚螅瑢⑺嗤练湃雰?nèi)徑37mm,高IOOmm的圓柱體PVC塑料管模具內(nèi)進(jìn)行制樣。制樣時(shí)進(jìn)行充分振搗使試樣密實(shí)。試樣成型Id后拆模，脫模后將試樣用塑料袋密封，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)7d，養(yǎng)護(hù)溫度為20±3° C。③利用邵氏硬度計(jì)對(duì)試件外表面硬度進(jìn)行測(cè)試，得到6個(gè)硬度值，分別是508. 13kPa, 569. IlkPa, 538. 62kPa, 526. 42kPa, 538. 62kPa, 569. IlkPa0 取其算數(shù)平均值為541. 67kPa。④利用應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀對(duì)制備的試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，得到其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為63. 42kPa。⑤重復(fù)① ②步，完成30個(gè)試件的制作。其中，試件平均分成三組，每組養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別對(duì)應(yīng)7d、14d、28d。⑥重復(fù)③ ④步，得到30組硬度值和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。⑦對(duì)第二、三、四層土樣重復(fù)① ⑥步，得出剩余的90組硬度值和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。第三步，以硬度為橫軸，取無側(cè)限強(qiáng)度值的自然對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，作出其關(guān)系圖。如附圖I所示。
第四步，對(duì)關(guān)系曲線圖進(jìn)行線性回歸分析，整理出本施工場(chǎng)地水泥土硬度值與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度In對(duì)數(shù)值的線性關(guān)系式Inqu=O. 65p_3. 11，如附圖I所示。
第五步，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攪拌樁施工7，14，28天后，挖開少許加固段表面，露出水泥土， 用邵氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，然后直接利用第四步所得線性回歸關(guān)系式Inqu=O. 65p-3. 11計(jì)算得出此時(shí)攪拌樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值，并做記錄。
同以往的資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本方法有效提高測(cè)試速度，節(jié)省工期5%，減少施工期間的工作量，保障了施工連續(xù)性，加快施工進(jìn)度，降低測(cè)試成本30%以上。而且由于試驗(yàn)分析時(shí)綜合考慮了場(chǎng)地各層土的特性，因此對(duì)水泥土灌注樁強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值比一般方法更準(zhǔn)確。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.ー種用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于包括以下步驟 第一歩，采集場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)信息，獲得土層分層信息，并通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取土獲取現(xiàn)場(chǎng)施エ深度范圍內(nèi)各層土土樣； 第二步，將現(xiàn)場(chǎng)土樣與水泥進(jìn)行混合后制樣，并進(jìn)行硬度測(cè)試和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)，分別得到硬度值和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值； 第三歩，將試驗(yàn)所得水泥土試件硬度值與對(duì)應(yīng)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行整理，作出關(guān)系曲線圖，即橫軸采用硬度值，縱坐標(biāo)采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的In對(duì)數(shù)值； 第四步，對(duì)關(guān)系曲線圖進(jìn)行線性回歸分析，得到本施工場(chǎng)地水泥土硬度值與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度自然対數(shù)值的關(guān)系式，即dnq^ap+b，式中，qu是無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；p是破裂面硬度值；a，b是回歸系數(shù)，通過試驗(yàn)所得曲線圖確定； 第五步，現(xiàn)場(chǎng)施工水泥土加固養(yǎng)護(hù)過程中，挖開少許加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度計(jì)測(cè)試硬度即破裂面硬度值P，然后直接利用試驗(yàn)所得線性回歸關(guān)系式lnqu=ap+b計(jì)算得出qu值，即為此時(shí)水泥加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于，第二步中，所述將現(xiàn)場(chǎng)土樣與水泥進(jìn)行混合后制樣，其中混合比例是，施工設(shè)計(jì)時(shí)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的，通過配合比試驗(yàn)得到的水泥加固土的配比設(shè)計(jì)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于，第二步中，所述水泥土制樣是指，按照現(xiàn)場(chǎng)水泥土加固配比設(shè)計(jì)，將取樣土體和水泥進(jìn)行混合，然后制備水泥土試件，具體步驟如下 ①針對(duì)每ー層土樣，稱取現(xiàn)場(chǎng)土樣，通過計(jì)算得到所需摻入的水和水泥的質(zhì)量，然后稱取對(duì)應(yīng)質(zhì)量的水泥和水，將稱取的土樣、水泥以及水進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁? ②充分?jǐn)嚢柚?，將水泥土放入模具?nèi)進(jìn)行制樣，制樣時(shí)進(jìn)行充分振搗使試樣密實(shí)，每層土不少于15個(gè)試件，試樣成型I天后拆模，脫模后將試樣用塑料袋密封，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20±3° C，養(yǎng)護(hù)時(shí)間分為7天、14天、28天，之后完成試件制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于，第二步中，所述硬度測(cè)試是指，利用邵氏硬度計(jì)對(duì)試件外表面硬度進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)試件硬度值不少于6個(gè)，然后求出硬度值的算木平均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于，第二步中，所述無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)是指，利用應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀對(duì)制備的試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，其特征在于，第一歩中，所述獲取現(xiàn)場(chǎng)施工深度范圍內(nèi)各層土土樣是指在施工前，采用薄壁取土器在施工現(xiàn)場(chǎng)從地面至設(shè)計(jì)加固深度內(nèi)取土樣，取土量根據(jù)試件量確定，每層土不少于9個(gè)試件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用硬度測(cè)試檢測(cè)水泥混合土強(qiáng)度的方法，步驟獲取現(xiàn)場(chǎng)施工深度范圍內(nèi)各層土土樣；將現(xiàn)場(chǎng)土樣與水泥制樣，并進(jìn)行硬度測(cè)試和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)；將試驗(yàn)所得水泥土試件硬度值與對(duì)應(yīng)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行整理，作出關(guān)系曲線圖；對(duì)關(guān)系曲線圖進(jìn)行線性回歸分析，得到本施工場(chǎng)地水泥土硬度值與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度自然對(duì)數(shù)值的關(guān)系式；現(xiàn)場(chǎng)施工水泥土加固養(yǎng)護(hù)過程中，挖開少許加固段表面，露出水泥土，用邵氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，然后直接利用試驗(yàn)所得線性回歸關(guān)系式計(jì)算得出水泥加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。本發(fā)明避免了在加固施工進(jìn)行之后再對(duì)加固土體進(jìn)行鉆孔取樣所造成的加固土破壞以及耽誤工期，簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)有效、快速。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102980819SQ20121042633
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者沈水龍, 曾智, 王志豐, 許燁霜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)