董玉林，胡文浩

(1.遼寧省工程勘查研究院，遼寧 沈陽110032;2.沈陽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168)

吹填土是在整理和疏通江河航道，或有計劃地圍海造地時用挖泥船通過泥漿泵將夾有大量水分的泥砂吹送至岸上洼地形成的沉積土。在我國長江、廣州珠江、上海黃浦江以及天津海河等沿海地區(qū)均分布著不同性質(zhì)的吹填土。吹填土的滲透性低，壓縮性較高，抗剪強(qiáng)度低。吹填軟土地基的加固處理也已成為海海地區(qū)基本建設(shè)的一個重要問題。一般而言，在吹填土表面形成一定強(qiáng)度的硬殼層，需要在吹填之后經(jīng)過2～3年的自然沉積固結(jié)，這種造陸方式在時間和財力上的消耗很大。

利用土壤固化技術(shù)在吹填土的表面制造一層“人工硬殼”層，這種工法改變了人們傳統(tǒng)的施工觀念，可以為基本建設(shè)工程節(jié)約了大量的時間;由于固化土可以就地取材，因此其成本低于其它加固方法。

土壤固化技術(shù)從20世紀(jì)70年代開始蓬勃發(fā)展，至今已經(jīng)形成一門綜合性的交叉學(xué)科。它涉及建筑基礎(chǔ)、海港碼頭、公路建設(shè)、堤壩工事、井下作業(yè)、石油開采、垃圾填埋、防塵固沙等多種領(lǐng)域，包括機(jī)械方法、物理作用、土工織物、化學(xué)膠結(jié)等多種手段，綜合了力學(xué)、結(jié)構(gòu)理論、膠體化學(xué)、表面化學(xué)等眾多理論，它的處理對象也擴(kuò)充到砂土、淤泥、生活垃圾等多種固體、半固體，處理的目的也不僅僅是單一的加固，還包括增加滲透性、提高抗凍能力、防止污染物質(zhì)泄漏等諸多方面。

當(dāng)土壤固化劑與含有一定水分的土壤混合后，即發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，溶液中的高價離子可以改變土壤顆粒表面電荷的特性，降低土壤顆粒間的排斥力，破壞土壤顆粒的吸附水膜，提高土壤顆粒間的吸附力，使土壤中的含水量達(dá)到穩(wěn)定平衡，同時形成結(jié)晶鹽，土壤中大量形成富含結(jié)晶水的針狀結(jié)晶體，穿插在土壤顆?？障堕g形成強(qiáng)度骨架;其次，水化物填充在強(qiáng)度骨架之中，使固化體系進(jìn)一步密實(shí);土壤固化劑和部分土壤顆粒參加化學(xué)反應(yīng)，使加固后的場地具有極強(qiáng)的耐久性，防水性和穩(wěn)定性。

1 固化劑的分類

按照材料的物質(zhì)組成特點(diǎn)，土壤固化劑可分為無機(jī)型、離子型、復(fù)合型固化劑三大基本類型。

無機(jī)類固化劑一般為粉末狀，多采用工業(yè)廢料作為主固劑，添加各種激發(fā)劑配制而成。主固劑包括粉煤灰、各類礦渣、煤矸石或水泥、沸石、石灰等，激發(fā)劑主要包括各種硫酸鹽類、各種酸類和其他無機(jī)鹽，也包含少量的表面活性劑等其他有機(jī)材料。添加無機(jī)類土壤固化劑的固化土性能比較穩(wěn)定，在正常條件下，其性能可保持30～50年基本不變。由于添加了一些工業(yè)廢料和較易取得的建筑材料，而且施工簡便，不僅可以降低工程造價，而且還具有環(huán)保和節(jié)能意義。

離子型固化劑是由含有多種強(qiáng)離子的粘稠狀液體物質(zhì)組成，離子型固化劑，具有以下幾方面特點(diǎn):

(1)持續(xù)作用時間長，固化土體強(qiáng)度高;

(2)加固土體為柔性基層，不易產(chǎn)生裂縫;

(3)材料對人、動物、植物沒有毒害作用，是綠色產(chǎn)品。

復(fù)合型固化劑是指采用兩種或兩種以上化學(xué)物質(zhì)按一定比例配合，形成一種新型固化材料，改善土的物理力學(xué)性質(zhì)。從形態(tài)上看，復(fù)合型固化劑包括固態(tài)和液態(tài)兩種;從化學(xué)組成上看，有主固化劑和助固化劑兩部分。

本次試驗(yàn)采用的固化劑屬于復(fù)合型固化劑。

2 固化劑的加固機(jī)理

土壤固化劑加固機(jī)理可以分為以下幾個方面:

(1)土壤固化劑與含有一定水分的土壤混合后，即發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，溶液中的高價離子可以改變土壤顆粒表面電荷的特性，降低土壤顆粒間的排斥力，破壞土壤顆粒的吸附水膜，提高土壤顆粒間的吸附力，使土壤中的含水量達(dá)到穩(wěn)定平衡，同時形成結(jié)晶鹽，在土壤中大量形成富含結(jié)晶水的針狀結(jié)晶體，穿插在土壤顆粒空隙間形成強(qiáng)度骨架;

(2)水化物填充在強(qiáng)度骨架之中，使固化體系進(jìn)一步密實(shí);

(3)土壤固化劑和部分土壤顆粒參加化學(xué)反應(yīng)，使加固后的場地具有極強(qiáng)的耐久性、防水性和穩(wěn)定性。

3 試驗(yàn)材料

3.1 土樣

試驗(yàn)土樣取自為丹東沿海的吹填土，分為兩種土樣，其中土樣A主要未吹填的細(xì)砂;土樣B為吹填細(xì)砂和淤泥的混合物。兩種土樣天然含水率為32%～40%。

3.2 固化劑

本試驗(yàn)選用的固化劑主要成分為水泥、粉煤灰和激發(fā)劑。

3.3 擊實(shí)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)的采用的是電動擊實(shí)試驗(yàn)，分為以下幾個步驟:

(1)取制備好的混合土分3次裝入擊實(shí)筒內(nèi)，每次填入得土樣量應(yīng)使擊實(shí)后的試樣等于或略高于筒高的1/3，每層擊27下，擊實(shí)錘應(yīng)自由垂直下落，錘跡應(yīng)均勻分布在土樣表面。每層擊實(shí)后，將層面“拉毛”，以利于層間結(jié)合，然后再次填入土樣進(jìn)行擊實(shí)。

(2)重復(fù)上述方法，對其它土樣進(jìn)行擊實(shí)。試樣擊實(shí)后，試樣不應(yīng)當(dāng)高出自筒頂面5 mm，且不能低于筒面。

(3)用削土刀沿套筒內(nèi)壁削齊，使試樣與套筒脫離后，扭動并取下套筒，齊筒頂細(xì)心削平試樣，并脫模。

(4)把試件放于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)14 d。

(5)將養(yǎng)護(hù)好試件放到壓力機(jī)上進(jìn)行壓縮試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)結(jié)果以及對比

4.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對比分析

通過室內(nèi)壓縮試驗(yàn)得到土樣A和土樣B的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彈性模量。表1、表2分別給出了土樣A、B在固化劑不同摻入比時，試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彈性模量。圖1、圖2為不同摻入比時，試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

表1 土樣A固化劑與強(qiáng)度和彈性模量的關(guān)系

表2 土樣A固化劑與強(qiáng)度和彈性模量的關(guān)系

圖1 土樣A不同摻入比的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

圖2 土樣B不同摻入比的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

從表1、2和圖1、2可以看出，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著固化劑的摻入比增加而加大。由于土樣B為吹填細(xì)砂和淤泥的混合物，因此，土樣A的固化效果低于土樣B。

4.2 試件的破壞方式

在無側(cè)限壓縮試驗(yàn)過程中，試件的破壞一般分為四個階段:第一階段，當(dāng)荷載較小時，試件的破壞從表面開始出現(xiàn)一些細(xì)微裂縫，隨著荷載的增加裂縫逐漸變大;第二階段裂縫由外向試件的中間擴(kuò)展，表面裂縫加大加寬;第三階段，試件的表面開始剝落，而試件的兩端無明顯破壞，見圖3土樣表面開始剝落;第四階段，試件的四周剝落，兩端呈錐子狀相連，試件完全破壞，見圖4土樣完全破壞。

圖3 土樣表面開始剝落

圖4 土樣完全破壞

5 結(jié)語

固化劑的加入使吹填土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量有了顯著提高。

固化劑對吹填土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響是多方面的，包括:固化劑的不同配比，固化劑的摻入量，齡期的長短，而對于同一種固化劑在不同土體中，固化劑對土體的影響也是有所差異的。

本文利用固化劑對吹填土固化僅是一個嘗試，在實(shí)際工程中對吹填土的固化處理尚需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)。

［1］童小東.某添加劑在水泥土攪拌法中的應(yīng)用［J］.東南大學(xué)學(xué)報，2007，16(2):12-16.

［2］蘇群，徐淵博，張復(fù)實(shí).國際以及國內(nèi)土壤固化劑的研究現(xiàn)狀和前景展望［J］.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，19.

［3］龔曉楠.地基處理手冊第三版第17章.

［4］謝勝華.新型固化劑加固連云港地區(qū)海相軟土試驗(yàn)對比分析，第10屆全國地基處理學(xué)術(shù)討論會論文集，2008，38(5):839-843.

［5］公路土工試驗(yàn)規(guī)程JTG E40-2007［M］.中華人民共和國交通部.2007，7.北京:132，271.