高压旋喷桩中掺加粉煤灰的测试数据说明，在砂类土中掺加粉煤灰时，不论采用什么配方的水泥浆，也不论水泥土强度的高低，试件28天以后的强度增长值均极为明显，3个月的强度为28天强度的1.27～2.0倍，半年的强度为28天强度的2.6～3.67倍。但早期强度普遍偏低。
冶金部建筑研究总院进行了掺加磷石膏的试验和工程实践，认为水泥磷石膏固化剂之所以比水泥固化剂效果好，是因为水泥磷石膏除了有与水泥相同的胶凝作用外，还能与水泥水化物反应产生大量钙矾石，这些钙矾石一方面因固相体积膨胀填充水泥土部分空隙，降低了混合体的孔隙量，另一方面由于其针状或柱状晶体在孔隙中相互交叉，和水泥硅酸钙等一起形成空间结构，因而提高了加固土的强度。
表7.3-2列出了部分试验数据，结果说明，水泥磷石膏对于大部分软粘土来说是一种经济有效的固化剂，尤其对于单用水泥加固效果不好的泥炭土、软粘土效果更佳。它一般可以节省水泥11%～37%。凡主要成分为CaSO4·2H2O的磷石膏或其它废石膏均有可能成为节省水泥、提高加固效果的固化材料，它与水泥混合使用，不需二次加工，且和易性好，施工困难不大。
表7.3-2 磷石膏增强试验选摘
主要物理指标 加固土样 γ (kN/m3) G ω(%) e 试块编号 1 云南泥炭土 13.7 2.41 142 3.31 2 3 4 5 福建淤泥 16.1 2.60 70 1.77 6 7 云南淤泥质粉质粘土 8 17.2 2.65 47 1.28 9 10 江苏淤泥质粉质粘土 17.8 2.65 40 1.11 11 12 13 云南粉土 18.2 2.65 34 0.97 14 加固配方 H25 H25g5 H25g10 H25g15 H18 H18g3.6 H18g7.2 H10 H10g2 H10g4 H10 H10g2 H10 H10g2 无侧限抗压强度磷石膏 qu(kPa) 掺量(占30d 90d 水泥%) 7d 20 40 60 20 40 20 40 20 20 40 114 360 222 238 379 134 687 840 182 900 1100 磷石膏增强效果H-g/H 7d 3.2 1.9 2.1 3.1 1.3 1.3 0.8 1.9 2.8 1.4 30d 5.1 6.3 7.9 3.5 1.3 3.0 1.4 2.1 2.4 1.9 90d 5.0 6.0 7.6 3.5 2.1 2.7 1.7 2.5 2.3 2.4 1054 1380 761 1107 1170 2695 3857 480 321 400 262 432 813 250 688 354 1003 2318 440 667 1320 1780 600 625 1120 839 1297 2059 600 909 1460 2100 1140 2180 15 H10g4 注：H——水泥；g——磷石膏；右下角数字——掺入比。 其他掺加剂如起减水作用的木质素磺酸钙(日本的AE木质磺酸钙同时具有减水和缓凝两种作用)，对水泥土强度的影响不大。三乙醇胺可促凝早强等。为了实现施工中桩体的搭接，使用缓凝剂十分必要。
3、水泥
水泥或水泥系固化料两类固化料中，水泥均为主固化剂。应针对具体情况选用不同种类、不
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同标号的水泥以满足技术经济指标的要求。针对某些软粘土地区地下水存在有大量的硫酸盐(如沿海盐水渗入地区)，硫酸盐与水泥发生反应，对混凝土具有结晶性侵蚀作用。为探讨水泥土桩在这类地区的适应性，对水泥土在硫酸盐介质中的稳定性进行了研究，共作200余组水泥土试块的抗硫酸盐侵蚀试验。使用各种水泥制作水泥土试块浸泡在浓度为1.5%的硫酸钠溶液中，观察结果为：
用325#及425#矿碴水泥制作的各种水泥掺入比的试块在盐液中浸泡28～50天全部开裂膨松、崩坏。
用425#大坝水泥和425#抗硫酸盐水泥制作的各种水泥掺入比的试块在盐液中浸泡360天均未发现任何破坏现象。
浙江大学就杭州、宁波、福州等沿海地区土中的水具有古海水的化学特征，对这种古海水对水泥土侵蚀问题开展了试验研究。结论是含有硫酸盐离子、镁离子的溶液对水泥土有一定的侵蚀性。被侵蚀的水泥土近期强度会有一定程度的提高，但后期强度下降。特别在高浓度溶液侵蚀下，水泥土产生较大的体积膨胀，在膨胀力作用下，水泥土可能发生破坏。
我国大部分沿海工程遇到的海水对水泥土的强度基本没有影响，在这种情况下可不考虑海水的侵蚀作用。
选用合适的水泥掺入比、水泥品种，如抗硫酸盐水泥等，加入一定量的粉煤灰等外加剂，将有助于水泥的抗侵蚀性能。
鉴于研究的深度和广度的限制，我国建筑地基处理规范仅作了原则性说明，目前在水泥选用时应注意到，使用普通水泥拌制的水泥土受硫酸盐溶液侵蚀会出现结晶性的开裂、崩坏而丧失强度。如选用抗硫酸盐水泥，使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定数量范围内，则可大大提高水泥土的抗蚀性能。
选用水泥时还需考虑水泥的强度等级、种类能否适应水泥土桩体强度的要求，是否适用于场地的土质。
一般情况下，当水泥土桩体强度要求大于1.0MPa时，宜选用强度等级42.5以上的水泥，桩体强度小于1.0MPa时可选用32.5水泥。当需要水泥土体有较高的早期强度时，宜选用普通硅酸盐水泥和波兰特水泥。
不同种类和标号的水泥用于同一类土中，效果不同，同一种类和标号的水泥用于不同种类的土中，效果亦不同。
一般情况下，无论何种土质，何种水泥，水泥土强度均随水泥强度等级的提高而增大，但增大的规律有差别。
水泥种类应与土质相适应。在砂类土中不同种类同一强度等级的水泥其混合体强度变化不大。粘性土中，情况比较复杂。
核工业部第四勘察院与同济大学在同一种淤泥质粉质粘土(ω=36.4%，e=1.03)中，选用同一的水泥掺入比(21%)，对32.5矿碴水泥、32.5钢碴水泥，42.5普通硅酸盐水泥、52.5波兰特水泥作了对比试验，结果是32.5矿碴水泥和钢碴水泥的水泥土无侧限抗压强度要大于后两者。其原因可能是水泥中的矿碴、钢碴和粘粒水化反应的缘故。
日本通常用普通硅酸盐水泥和高炉矿碴水泥(B种)作固化材料。
有机质含量较多的土如淤泥等，用上述水泥加固效果不佳，日本生产了10余种特种水泥，可以改善加固效果。当使用特种水泥时，因受有机质土的物理化学性质的影响，其强度发展不同，所以应进行配合比试验以决定采用何种特种水泥及其掺入量。
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4、浆液和粉体
在浆液和粉体两种深层搅拌桩的对比中，常出现一些不同看法，现仅就浆液和粉体搅拌对水泥土力学性能某些方面的影响作介绍。
图7.3-2表示的日本埼玉县行田粘土加固时的试验结果，其水泥掺入量为300kg/m3(即每m3湿土中掺入300kg水泥)，材龄21天，水泥浆的水灰比1：1。
从图7.3-2中可以看出，水泥材料中粉体比浆液的加固强度大，随着拌合时间的延长，水泥材料(浆液和粉体)的加固强度有提高倾向。而石灰材料则与拌合时间几乎没有关系，始终为同一强度。粉体和浆液的拌合时间短时其强度的离散性大。
泥浆，深层搅拌法中所用的水泥浆其水灰比大多采用50%左右。软土本身又具有较高含水量，因此，除水泥固化时所必需的水分外，还会有多余的水分，水灰比增大，强度降低。所以，在满足施工要求的前提下，使用粉状水泥可望得到较高的强度，且可以加速固化进程。
但是，国内的粉喷机在搅拌粘性土时，由于叶片的构造影响，水泥土往往呈水平层状，其抗渗及抵抗水平力的性能以及搅拌均匀度不如浆液搅拌。因此，用于挡土隔渗的工程，效果不理想。
(二)混合材料
混合材料是水泥土混合体的骨干材料，占水泥土总重的80%以上。
搅拌水泥土桩的混合材料主要是原位土，和混凝土的混合料不同，其不仅具有骨干和填充的作用，除砂类土外，还能和固化剂产生化学反应，使桩体固化。为提高桩体强度，只能改变固化剂种类或增加固化剂的掺入量。
当采用水泥系固化材料中火山灰质材料掺量很大时，这些火山灰质材料(如粉煤灰)，一方面起固化材料作用，另一方面起充填材料的作用。
在施工工艺许可下，各种土均可作为混合材料，但其效果不同，具体情况在桩体无侧限抗压强度的讨论中加以阐述。
混合材料还包括土中水和水泥浆的拌合用水。水泥浆液拌合用水可以用淡水，也可以用海水。当水中含酸、碱、盐的浓度过大时，应经过试验确定能否采用。
(三)桩体的物理力学指标
水泥土桩桩体的力学指标，主要由无侧限抗压强度、变形模量、抗剪强度和抗拉强度四个指标来衡量其力学性能。另外水泥土桩体的密度也是重要的物理指标。
水泥土桩应用于阻渗隔水，则要求其具有一定的抗渗性，并由混合体的渗透系数来衡量。 1、桩体的无侧限抗压强度
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图7.3-2 加固材料种类不同造成的混合性能的区别（室内掺合试验）无侧限抗压强度qu（MPa）4.03.0粉体以上试验说明，水泥加水后的浆液即为水
2.0浆液1.0石灰00.51.03.015.0拌合时间（min）30.0无侧限抗压强度与固化料的种类、掺合量、土质(混合料)、土中含水量、龄期、浆液水灰比、搅拌时间、土层的渗透性、施工工艺水平等因素有关。
⑴混合体材料种类的影响
不同成因软土的水泥加固试验结果，见表7.3-3
表7.3-3 不同成因软土的水泥加固试验结果 土 的 性 质 土 层 成 因 滨 海 相 沉 积 河 川 沉 积 湖 沼 相 沉 积 土名 含 水 量 ω (%) 50.0 36.4 68.4 47.4 56.0 448.0 58.0 天然 密度 ρ (g/cm3) 1.73 1.83 1.56 1.74 1.67 1.04 1.63 孔 隙 比 e 1.39 1.03 1.80 1.29 1.31 8.06 1.48 液性指数IL (%) 1.21 1.26 1.71 1.63 1.18 0.85 0.65 塑性指数Ip (%) 22.8 10.4 21.8 16.0 21.0 341.0 26.0 压缩 系数 α1-2 (MPa) 1.33 0.64 2.05 1.03 1.47 1.78 无侧限抗压强度qu (kPa) 24 26 19 28 20 ≈0 15 水 泥 标 号 325 425 425 425 525 425 425 掺加水泥试验 水泥掺量(%) 10 8 14 10 10 25 15 龄期(d) 水泥土 无侧限 抗压强度 (kPa) 1096 1415 1097 998 880 155 714 淤 泥 淤泥质粉质粘土 淤泥质 粘 土 淤泥质粉质粘土 淤泥质 粘 土 泥 炭 泥 炭 土 90 90 90 120 30 90 90
试验证明砂性土混合料的水泥土强度高于粘性土混合料的水泥土强度，采用普硅水泥试验结果表明在腐植土中当水泥掺合量为200kg/m3～400kg/m3时水泥土无侧限抗压强度仅为0.1MPa～0.8MPa。
⑵固化料掺合量的影响
粉喷工艺现场取样试验表明，当水泥固化料掺合量小于100kg/m3时，粘性土基本不显示加固效果，砂类土水泥土无侧限抗压强度不大于2MPa。当水泥掺量大于100kg/m3时，水泥土无侧限抗压强度大体呈线性增长。
当水泥掺量为250kg/m3(约占混合料土重的15%)时，腐植土水泥土28天龄期无侧限抗压强度约为0.2MPa～0.7MPa，淤泥及淤泥质土约为0.3MPa～1.0MPa，一般粘性土约为0.5MPa～2.0MPa、砂类土约为1.5MPa～4.0MPa。
试验表明，拟加固土是砂性土时，固化材料的种类对强度的影响不大，但随掺合量的增加，强度则明显提高，且离散性小。粘性土中无侧限抗压强度离散性大。对于腐植土，增加固化材料的掺合量，其强度提高不大，特别是普通波兰特水泥和B种高炉水泥(矿渣水泥)，这种倾向比较明显。但是使用水泥系固化材料时，其强度和强度离散性均有明显改善，对于粘性土也有类似的效果。使用水泥系固化材料时，粘性土及腐植土固化体强度随掺合量增加也有明显的增大。
表7.3-4 为上海软粘性土的室内试验结果，软粘③为淤泥质粉质粘土，ω=38.5%，e=1.28，软粘④为淤泥质粘土ω=50.6%，e=1.46。
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表7.3-4 粘性土中水泥掺量与水泥土无侧限抗压强度关系 试件 土层\\qu 软粘③ 软粘④ 原状土 (kPa) 68.0 47.0 不同水泥掺入比试件(kPa) 7% 305.6 291.4 10% 628.3 484.1 15% 987.7 746.9 20% 1184.2 853.5 以上试验可以看出，不论何种土质，水泥土的无侧限抗压强度均随固化料掺合量的增加而增大，只是效果不同，增大速率不等。固化料的掺合量与强度多数呈近似线性关系。
根据上述试验结果，规范规定增强体水泥掺量不应小于天然土质量的12%，块状加固时不应小于加固天然土质的7%，水泥土搅拌墙不少于20%。
⑶无侧限抗压强度与龄期的关系
水泥浆液搅拌的试验资料表明，水泥土的强度随龄期的增长而增长。一般情况下，7天时水泥土强度可达标准强度的30%～50%；30天可达标准强度的60%～75%；90天为180天的80%；而180天以后，水泥土强度增加仍未终止。另外，根据电子显微镜的观察，水泥土的硬凝反应也需要3个月才能完成。因此，选用龄期3个月时间的强度作为水泥土的标准强度。
日本的一组粉体喷搅的试验结果说明，固化土的无侧限抗压强度与龄期接近线性的关系。各种土质和各种固化材料构成的加固土体，其28天强度大约是7天强度的1.5倍。早期强度高于浆液搅拌。
另一组室内试验资料，所用土样为日本行田粘土(含水量60%)，水泥和粘土的干燥重量比分别为10%、20%、30%。结果说明，当掺入比为10%左右时，粉体和浆液龄期与强度的关系基本一致。而掺入比愈大则粉体搅拌水泥土的强度随龄期的增长愈快。
经过归纳分析，中冶建筑研究总院提出的水泥土无侧限抗压强度与龄期的关系大体为：
fcu7?(0.47~0.63)fcu28 fcu14?(0.62~0.80)fcu28 fcu60?(1.15~1.46)fcu28 fcu90?(1.43~1.80)fcu28
上述数据可供应用中参考。 ⑷土中含水量的影响
在固化剂种类和掺入量相同的情况下，浆液搅拌时，加固土的强度随土天然含水量的降低而增高。
日本进行几组浆液搅拌加固土强度与土天然含水量的关系的试验，土性为冲积粘土，水泥掺入量为天然土重量的10%，水泥浆水灰比10%，将天然土的含水量加上水泥浆的含水量为总含水量，得出不同土质，3天和28天的水泥强度均与总含水量呈线性关系的结论。当总含水量为150%时，水泥土3天强度为0.1MPa～0.5MPa，水泥土28天强度为0.7MPa～1.3MPa；当总含水量为300%时，水泥土3天强度为0.02MPa～0.1MPa，水泥土28天强度为0.05MPa～0.5MPa。试验还表明，不同种类粘性土在相同的水泥掺入量的条件下，虽然水泥土强度不等，但其强度随土中含水量增大而减小的递减率十分接近。
由于土的种类及固化剂性质和掺量不同，土中含水量与水泥土强度的关系有些变化，有的试验表明浆液搅拌当土样含水量在50%～80%范围内变化时，含水量每降低10%，水泥土强度可提
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