■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械將水泥粉(漿)強制攪拌到地基內(nèi)形成的加固體，由于其具有無污染和加固費用低等顯著優(yōu)點，在地基加固、擋墻支護和防滲工程中得到了廣泛應(yīng)用。但是近年來，攪拌樁在處理有機質(zhì)含量較高的深厚軟基時，不斷出現(xiàn)工程質(zhì)量問題[1]。究其原因，是因為加固土體中的有機質(zhì)含量較高，影響了軟土與水泥的固化反應(yīng)。因此，有機質(zhì)對水泥土強度的影響是國內(nèi)外研究的一個重要課題。邵玉芳[2]等以杭州市粉質(zhì)粘土為例，研究了腐殖酸對水泥強度的影響；潘永燦[3]摻加磷石膏和粉煤灰到水泥土中，通過試驗發(fā)現(xiàn)摻加后有助于水泥土強度的提高；焦志斌等[4]對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質(zhì)，對水泥土強度影響較大，針對海相淤泥有機質(zhì)對水泥土強度影響的研究較少。因此，本文將進行不同有機質(zhì)含量的海相淤泥加固試驗，同時分析齡期和添加劑對固化強度的影響。

2 試驗概況

2.1 土質(zhì)條件

試驗土樣取自泉州市，該場地地表為粉質(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質(zhì)，其中有機質(zhì)含量測定通過重鉻酸鉀容量法，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 試驗方法

為研究有機質(zhì)含量對水泥土強度的影響，試驗前首先將取回的淤泥進行風(fēng)干粉碎處理，在風(fēng)干的土體內(nèi)添加有機質(zhì)(該有機質(zhì)為某公司生產(chǎn)的腐殖酸鈉)。根據(jù)設(shè)計的有機質(zhì)含量，將風(fēng)干土、有機質(zhì)、蒸餾水和水泥粉按比例進行混合，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)場土體的相同，所有試件的水泥摻量均為10%。同時為研究添加劑對其強度的貢獻作用，試驗對淤泥還摻加一定比例的粉煤灰進行測試。倒入模具后進行適當(dāng)人工振搗使其密實，并裝入塑料袋內(nèi)進行密封綁扎(防止水分蒸發(fā))，放入自來水中進行養(yǎng)護。試件養(yǎng)護3d時，進行脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室(溫度20±3℃，相對濕度為100%)進行養(yǎng)護。試件分別養(yǎng)護7d、14d、28d 和60d 時進行無側(cè)限抗壓強度試驗，壓縮速率為1mm/min，每個條件的試樣取3 個試件的算術(shù)平均值作為其無側(cè)限抗壓強度值。若某個試件的測試結(jié)果與平均值之差超過平均值的15%時，則將該結(jié)果剔除，采取其余2個數(shù)據(jù)的平均值。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 齡期對無側(cè)限抗壓強度的影響

試驗結(jié)果表明，水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的增長而提高，這是因為齡期越長，水泥與軟土的水化反應(yīng)越充分。在60d 齡期內(nèi)，水泥土強度一直提高。工程上，有時為了縮短工期，希望提前明確水泥土的強度，可以采用7d 強度預(yù)測到其它時間的強度。以7d 齡期為基準(zhǔn)，其它齡期T 的強度quT與7d 強度qu7之比定義為強度比。則各個有機質(zhì)含量的強度比匯總于表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 齡期時的強度，預(yù)測出齡期為T 時的強度。

通過數(shù)值回歸得到強度比與齡期的經(jīng)驗關(guān)系式為：

式中，quT和qu7分別為水泥土齡期為T 和7d 時的無側(cè)限抗壓強度(MPa)，T 為固化齡期(d)。

圖1 強度比quT/Qu7 與齡期T 之間的關(guān)系

3.2 有機質(zhì)含量對無側(cè)限抗壓強度的影響

淤泥有機質(zhì)含量與制備的水泥土無側(cè)限抗壓強度之間的關(guān)系繪制于圖2 中?？梢钥闯?，各個齡期的水泥土，隨著有機質(zhì)含量的增大，水泥土強度呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢，兩者之間近似呈線性關(guān)系。有機質(zhì)含量由5.2%增加到14.2%時，后者水泥土強度約是前者的57%～74%。這是因為有機質(zhì)存在時，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程；再者在已經(jīng)生成的水化鋁酸鈣等晶體中，富里酸對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)，進而阻礙了水化反應(yīng)。儲誠富等[1]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)相對于土體的粘粒含量、PH 值等因素，有機質(zhì)含量對水泥土的影響最大。由此，當(dāng)淤泥的有機質(zhì)含量較高時，對采用攪拌樁的工程須謹(jǐn)慎其強度。

圖2 有機質(zhì)含量與無側(cè)限抗壓強度之間的關(guān)系

3.3 添加劑對無側(cè)限抗壓強度的影響

通過比較無添加劑和添加8%粉煤灰的水泥土無側(cè)限抗壓強度，可以發(fā)現(xiàn)添加后，其強度有了明顯幅度的提高，見圖3 所示。添加8%粉煤灰后，水泥土強度比無添加時提高了25%～72%。粉煤灰能夠提高有機質(zhì)含量水泥土的強度，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度；(2)Ca(OH)2提高了PH 值，中和了部分有機質(zhì)富里酸，削減了富里酸吸附層的厚度，促進水泥的水化反應(yīng)。

圖3 添加劑對水泥土強度的影響

4 結(jié)論

通過對不同有機質(zhì)含量的海相淤泥進行水泥土配方試驗，測試其不同齡期的無側(cè)限抗壓強度，通過研究主要得到了以下結(jié)論：

(1)水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的增長而提高，得出了以水泥土齡期為7d 時的強度，預(yù)測齡期為T 時的強度公式。

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

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

[1]儲誠富，邵俐，劉松玉,等.有機質(zhì)含量對水泥土強度影響的室內(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.腐殖酸對水泥土強度的影響[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007.28(4)：354-357.

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

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