■林 鵬

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司，福州 350001)

1 引言

水泥土是利用特定的攪拌機(jī)械將水泥粉(漿)強(qiáng)制攪拌到地基內(nèi)形成的加固體，由于其具有無(wú)污染和加固費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)，在地基加固、擋墻支護(hù)和防滲工程中得到了廣泛應(yīng)用。但是近年來(lái)，攪拌樁在處理有機(jī)質(zhì)含量較高的深厚軟基時(shí)，不斷出現(xiàn)工程質(zhì)量問題[1]。究其原因，是因?yàn)榧庸掏馏w中的有機(jī)質(zhì)含量較高，影響了軟土與水泥的固化反應(yīng)。因此，有機(jī)質(zhì)對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響是國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)重要課題。邵玉芳[2]等以杭州市粉質(zhì)粘土為例，研究了腐殖酸對(duì)水泥強(qiáng)度的影響；潘永燦[3]摻加磷石膏和粉煤灰到水泥土中，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻加后有助于水泥土強(qiáng)度的提高；焦志斌等[4]對(duì)水泥土的固化做了定性分析。由于海相淤泥一般具有較高含量的有機(jī)質(zhì)，對(duì)水泥土強(qiáng)度影響較大，針對(duì)海相淤泥有機(jī)質(zhì)對(duì)水泥土強(qiáng)度影響的研究較少。因此，本文將進(jìn)行不同有機(jī)質(zhì)含量的海相淤泥加固試驗(yàn)，同時(shí)分析齡期和添加劑對(duì)固化強(qiáng)度的影響。

2 試驗(yàn)概況

2.1 土質(zhì)條件

試驗(yàn)土樣取自泉州市，該場(chǎng)地地表為粉質(zhì)粘土，厚度為0～1.6m；下部為海相沉積的淤泥和淤泥質(zhì)土，灰黑色～黑色，流塑～軟塑，厚度為2.4～9.2m，下伏花崗巖風(fēng)化殘積土，深度未揭露。其中，淤泥和淤泥質(zhì)土含水量較高，且含有一定含量的有機(jī)質(zhì)，其中有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定通過(guò)重鉻酸鉀容量法，淤泥和淤泥質(zhì)土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1 所示。

表1 淤泥和淤泥質(zhì)土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

為研究有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)前首先將取回的淤泥進(jìn)行風(fēng)干粉碎處理，在風(fēng)干的土體內(nèi)添加有機(jī)質(zhì)(該有機(jī)質(zhì)為某公司生產(chǎn)的腐殖酸鈉)。根據(jù)設(shè)計(jì)的有機(jī)質(zhì)含量，將風(fēng)干土、有機(jī)質(zhì)、蒸餾水和水泥粉按比例進(jìn)行混合，并充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后倒入試?.07cm×7.07cm×7.07cm 的正立方體模具中。含水量配制成與現(xiàn)場(chǎng)土體的相同，所有試件的水泥摻量均為10%。同時(shí)為研究添加劑對(duì)其強(qiáng)度的貢獻(xiàn)作用，試驗(yàn)對(duì)淤泥還摻加一定比例的粉煤灰進(jìn)行測(cè)試。倒入模具后進(jìn)行適當(dāng)人工振搗使其密實(shí)，并裝入塑料袋內(nèi)進(jìn)行密封綁扎(防止水分蒸發(fā))，放入自來(lái)水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試件養(yǎng)護(hù)3d時(shí)，進(jìn)行脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度20±3℃，相對(duì)濕度為100%)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試件分別養(yǎng)護(hù)7d、14d、28d 和60d 時(shí)進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，壓縮速率為1mm/min，每個(gè)條件的試樣取3 個(gè)試件的算術(shù)平均值作為其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。若某個(gè)試件的測(cè)試結(jié)果與平均值之差超過(guò)平均值的15%時(shí)，則將該結(jié)果剔除，采取其余2個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 齡期對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而提高，這是因?yàn)辇g期越長(zhǎng)，水泥與軟土的水化反應(yīng)越充分。在60d 齡期內(nèi)，水泥土強(qiáng)度一直提高。工程上，有時(shí)為了縮短工期，希望提前明確水泥土的強(qiáng)度，可以采用7d 強(qiáng)度預(yù)測(cè)到其它時(shí)間的強(qiáng)度。以7d 齡期為基準(zhǔn)，其它齡期T 的強(qiáng)度quT與7d 強(qiáng)度qu7之比定義為強(qiáng)度比。則各個(gè)有機(jī)質(zhì)含量的強(qiáng)度比匯總于表2 中，其與齡期的關(guān)系繪制于圖1 中。依據(jù)式(1)可以由水泥土7d 齡期時(shí)的強(qiáng)度，預(yù)測(cè)出齡期為T 時(shí)的強(qiáng)度。

通過(guò)數(shù)值回歸得到強(qiáng)度比與齡期的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

式中，quT和qu7分別為水泥土齡期為T 和7d 時(shí)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(MPa)，T 為固化齡期(d)。

圖1 強(qiáng)度比quT/Qu7 與齡期T 之間的關(guān)系

3.2 有機(jī)質(zhì)含量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

淤泥有機(jī)質(zhì)含量與制備的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系繪制于圖2 中?？梢钥闯觯鱾€(gè)齡期的水泥土，隨著有機(jī)質(zhì)含量的增大，水泥土強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì)，兩者之間近似呈線性關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量由5.2%增加到14.2%時(shí)，后者水泥土強(qiáng)度約是前者的57%～74%。這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)存在時(shí)，其內(nèi)部的富里酸與水泥礦物吸附后形成一層吸附層，這種吸附層能夠延緩水泥水化的進(jìn)程；再者在已經(jīng)生成的水化鋁酸鈣等晶體中，富里酸對(duì)含鋁礦物特殊的分解作用使得這些水化產(chǎn)物產(chǎn)生解體，破壞了水泥土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而阻礙了水化反應(yīng)。儲(chǔ)誠(chéng)富等[1]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于土體的粘粒含量、PH 值等因素，有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土的影響最大。由此，當(dāng)淤泥的有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，對(duì)采用攪拌樁的工程須謹(jǐn)慎其強(qiáng)度。

圖2 有機(jī)質(zhì)含量與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系

3.3 添加劑對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

通過(guò)比較無(wú)添加劑和添加8%粉煤灰的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，可以發(fā)現(xiàn)添加后，其強(qiáng)度有了明顯幅度的提高，見圖3 所示。添加8%粉煤灰后，水泥土強(qiáng)度比無(wú)添加時(shí)提高了25%～72%。粉煤灰能夠提高有機(jī)質(zhì)含量水泥土的強(qiáng)度，其原因主要有二：(1)粉煤灰的主要成分SiO2、Al2O3、Ca(OH)2發(fā)生火山灰效應(yīng)，生產(chǎn)了大量水化硅酸鈣、鋁酸鈣，這樣大大提高了水泥土強(qiáng)度；(2)Ca(OH)2提高了PH 值，中和了部分有機(jī)質(zhì)富里酸，削減了富里酸吸附層的厚度，促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)。

圖3 添加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同有機(jī)質(zhì)含量的海相淤泥進(jìn)行水泥土配方試驗(yàn)，測(cè)試其不同齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，通過(guò)研究主要得到了以下結(jié)論：

(1)水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而提高，得出了以水泥土齡期為7d 時(shí)的強(qiáng)度，預(yù)測(cè)齡期為T 時(shí)的強(qiáng)度公式。

(2)隨著有機(jī)質(zhì)含量的增大，水泥土強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì)，兩者之間近似呈線性關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量由5.2%增加到14.2%時(shí)，后者水泥土強(qiáng)度約是前者的57%～74%。

(3)添加8%粉煤灰后，水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有了明顯幅度的提高，添加后水泥土強(qiáng)度比無(wú)添加時(shí)提高了25%～72%。

[1]儲(chǔ)誠(chéng)富，邵俐，劉松玉,等.有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土強(qiáng)度影響的室內(nèi)定量研究[J].巖土力學(xué)，2006.27(9)：1613-1616.

[2]邵玉芳，龔曉南，徐日慶,等.腐殖酸對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007.28(4)：354-357.

[3]潘永燦，蔣瑩玉.水泥土強(qiáng)度受有機(jī)質(zhì)含量影響試驗(yàn)研究[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002.15(1)：29-31.

[4]焦志斌，盛華興，馬建國(guó),等.深層攪拌樁加固應(yīng)天河套閘軟基工程[J].水運(yùn)工程，2004(8)：70-73.