袁 釗，吳會(huì)龍，李 彬

(1.上海城地建設(shè)股份有限公司，上海 200062；2.上海城地巖土設(shè)計(jì)有限公司，上海 200062；3.宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800；4.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司常州分院，江蘇 常州 213000)

0 前 言

水泥土目前已廣泛應(yīng)用于基坑工程中作為擋土構(gòu)件及止水帷幕的關(guān)鍵技術(shù)[1]。為進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)定土體的目的，有研究表明，通過向土中摻入加筋材料形成加筋土，利用拉筋與土體之間的摩擦作用來改善土體變形條件且提高土體的工程性能[2]。而纖維水泥土也作為加筋土的一種，通過纖維與土體的充分混合，在土中相互集聚交接，利用纖維各向同性的特性，增大與土體間的接觸摩擦，從而增加土體的抗拉能力[3]。

本文基于相關(guān)水泥土及纖維水泥土方向的應(yīng)用發(fā)展情況，針對上海地區(qū)的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，以玄武巖纖維為外加劑形成纖維水泥土，通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及滲透試驗(yàn)來研究纖維水泥土的力學(xué)特性，得出合理配合比，以期為不良水土環(huán)境中纖維水泥土攪拌樁的工程實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究主要選取上海地區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土作為研究對象，依托某基坑工程進(jìn)行原狀土取樣。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該土層場地遍布，呈流塑性，屬于高等壓縮性土層，土性較差，具體物理力學(xué)指標(biāo)詳見表1。試驗(yàn)所用水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，纖維采用長度分別為6、9、12 mm的人工玄武巖纖維。

表1 原狀土的基本物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)所需70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊及直徑61.8 mm、高度30 mm的圓柱體試塊，采用正交試驗(yàn)對試件分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)及滲透試驗(yàn)。通過選用L9(四因素三水平正交方式)組合模式進(jìn)行9組試驗(yàn)，不同影響因素設(shè)置包括纖維長度A：6 mm、9 mm、12 mm；纖維摻量B：0.2%、0.4%、0.8%；水泥摻量C：10%、13%、16%；養(yǎng)護(hù)齡期D：14d、28d、90d，同時(shí)，設(shè)置無纖維水泥土作為對照組。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖1表示不同試驗(yàn)組試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。由圖可知，纖維水泥土應(yīng)力應(yīng)變曲線均呈現(xiàn)應(yīng)變軟化特征，當(dāng)軸向應(yīng)力達(dá)到峰值后，隨軸向應(yīng)變的繼續(xù)增長，軸向應(yīng)力迅速降低，且逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯而易見的是，在相同齡期下，纖維水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較純水泥土試樣均有較大增長，抗壓強(qiáng)度顯著提高，而纖維水泥土破壞應(yīng)變較純水泥土也有一定增長，表明纖維的摻入提高了水泥土的韌性，這與黃鈺程等研究類似[4]。此外，我們發(fā)現(xiàn)纖維摻量對強(qiáng)度影響較水泥摻量影響較弱，在相同齡期下，當(dāng)水泥摻量含量最大時(shí)，水泥土抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為最強(qiáng)，這可能是較高的水泥含量會(huì)引起更多的水化反應(yīng)，產(chǎn)生初級及二次凝膠反應(yīng)，導(dǎo)致水泥土強(qiáng)度急劇增強(qiáng)。

(a)14 d養(yǎng)護(hù)齡期

2.2 滲透試驗(yàn)

圖2表示不同組別試樣的抗?jié)B性正交試驗(yàn)結(jié)果。由圖可知，纖維水泥土的滲透系數(shù)處于10-9～10-8cm/s，而純水泥土為10-10cm/s，因此，添加纖維會(huì)提高水泥土的滲透性1～2個(gè)數(shù)量級，但仍能滿足抗?jié)B的安全需求標(biāo)準(zhǔn)。陳峰等人發(fā)現(xiàn)纖維的增多可能導(dǎo)致纖維與土顆粒間裂隙增多，纖維發(fā)生結(jié)團(tuán)，致使水泥土抗?jié)B性能呈現(xiàn)減緩趨勢，這與本研究相一致[5]。

圖2 不同組別試樣的滲透試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

本文針對上海地區(qū)典型淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，采用正交試驗(yàn)研究了不同影響因素下玄武巖纖維加筋水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及滲透系數(shù)指標(biāo)，得出如下結(jié)論。

1)玄武巖纖維加筋可顯著提高水泥土的抗壓強(qiáng)度，但對滲透性表現(xiàn)為負(fù)作用。相同水泥摻量下，采用纖維摻量0.2%～0.8%、長度6～9 mm，抗壓強(qiáng)度提高了13%以上，滲透系數(shù)提高1～2個(gè)數(shù)量級，仍能滿足基坑防滲要求。

2)綜合考慮纖維加筋水泥土的抗壓強(qiáng)度及滲透性指標(biāo)，玄武巖纖維對水泥土性能改善的最優(yōu)配合比為：纖維長度6～9 mm、水泥摻量13%、纖維摻量0.2%～0.4%。

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