彭志皓 張武東 高長(zhǎng)軍 田 磊

（1.中鐵城市發(fā)展投資集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000；2.中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001；3.中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 102300；4.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

0 引言

在我國鹽漬土種類繁多，其廣泛分布于內(nèi)陸與濱海的干燥地區(qū)[1]，當(dāng)其含水率超過一定界限，則成為具有鹽漬土與軟弱土雙重工程性質(zhì)的鹽漬化軟弱地基。鹽漬化軟弱地基在處治過程中，大多以借鑒軟土的處治方法為主，治理效果依地理地質(zhì)環(huán)境而各有不同。目前評(píng)價(jià)水泥土處治鹽漬土路基效果的研究[2-3]已屢見不鮮，鹽漬化水泥土強(qiáng)度影響因素的研究也逐步深入[4-5]，但將水泥土強(qiáng)度影響因素與固化機(jī)理相結(jié)合的研究還相對(duì)較少。因此，本文針對(duì)水泥土加固鹽漬化軟土強(qiáng)度的影響因素與機(jī)理進(jìn)行分析，為相關(guān)課題的研究提供參考。

1 試驗(yàn)檢測(cè)

新疆若羌至民豐高速公路建設(shè)之初，現(xiàn)場(chǎng)取樣對(duì)其項(xiàng)目所在區(qū)域路基土體的基本物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)；針對(duì)地基特有的鹽漬化軟弱問題，在考慮經(jīng)濟(jì)、便捷、有效提高地基承載力與控制鹽脹變形的基礎(chǔ)上，提出采用半剛性水泥土板層處治技術(shù)方案（見圖1所示），并對(duì)水泥土加固鹽漬化軟基強(qiáng)度的影響因素與機(jī)理進(jìn)行分析。

圖1 水泥土處治鹽漬化軟基示意圖

在工程現(xiàn)場(chǎng)選取兩個(gè)坑位取土，分別標(biāo)記為1號(hào)取樣點(diǎn)與2號(hào)取樣點(diǎn)，在室內(nèi)對(duì)其易溶鹽含量、液塑限指標(biāo)、級(jí)配組成進(jìn)行檢測(cè)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表1～表3所示。

表1 易溶鹽含量與分類

表2 液塑限指標(biāo)

表3 顆粒級(jí)配試驗(yàn)

2 試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

2.1 鹽分含量對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響

2.1.1 含鹽量對(duì)水泥土強(qiáng)度影響機(jī)理

有關(guān)水泥與鹽漬土的作用機(jī)理，已有不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究[6]。根據(jù)水泥水化反應(yīng)的化學(xué)方程式，可知實(shí)際參與反應(yīng)的離子主要包括：Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO4

2-、OH-、Al3+等，因此可將鹽分含量較高時(shí)水泥土處治效果減弱的機(jī)理歸納為3個(gè)原因，分別為：硫酸鹽的反應(yīng)、鎂鹽的反應(yīng)、氯鹽的反應(yīng)。

（1）硫酸鹽的反應(yīng)。

鹽漬化軟弱地基中含有的硫酸鹽會(huì)與水泥中的鈣離子反應(yīng)生成石膏，石膏在孔隙中往往會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，進(jìn)而產(chǎn)生膨脹力，其會(huì)對(duì)處治完成的地基土產(chǎn)生破壞作用。此外，反應(yīng)生成的石膏還會(huì)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成三硫水化硫鋁酸鈣，減少土體中所含自由水分的同時(shí)，使得體積進(jìn)一步膨脹，產(chǎn)生的膨脹力亦會(huì)對(duì)地基土體產(chǎn)生破壞作用。因此，當(dāng)硫酸鹽含量適宜時(shí)，由于膨脹會(huì)使得土體更加密實(shí)與緊湊，但硫酸鹽含量過多時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生過度的膨脹破壞。

（2）鎂鹽的反應(yīng)。

當(dāng)土體中含有硫酸鎂與氯化鎂時(shí)，易與水泥產(chǎn)生的氫氧化鈣反應(yīng)生成石膏（硫酸鈣）與氫氧化鎂，其中，石膏的膨脹作用在前已有闡述，氫氧化鎂則因其本身材質(zhì)的柔軟與弱膠結(jié)性而使得加固土強(qiáng)度減弱。因此，可知鎂鹽對(duì)鹽漬化軟弱土的加固存在雙重侵蝕作用。

（3）氯鹽的反應(yīng)。

若土體中含有較多的氯化物時(shí)，易與水泥產(chǎn)生的氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣，因此也會(huì)使得加固土的強(qiáng)度減弱。但另一方面，由于反應(yīng)生成的氯離子會(huì)溶解硫鋁酸鈣，一定程度上也會(huì)減弱膨脹，從而減少對(duì)地基土的破壞作用。

2.1.2 試驗(yàn)方案

為探究鹽分含量對(duì)水泥加固硫酸鹽類軟土強(qiáng)度的影響，以32.5級(jí)水泥摻量10%（質(zhì)量比）為不變因子，設(shè)計(jì)鹽分含量為1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%（質(zhì)量比）的水泥硫酸鹽漬加固土，養(yǎng)護(hù)齡期分別為7d、14d、28d，對(duì)養(yǎng)護(hù)后的試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.1.3 結(jié)果分析

通過對(duì)不同含鹽量、不同齡期水泥硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，可以得到如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，見圖2所示。

圖2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與含鹽量關(guān)系圖

由圖2可以看出，隨著齡期的增加，其強(qiáng)度逐漸增加，但其強(qiáng)度增長(zhǎng)速率逐漸減弱；在齡期與水泥摻量相同的情況下，水泥硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含鹽量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，具體從初值→峰值→末值的強(qiáng)度趨勢(shì)來看：當(dāng)其為7d齡期時(shí)，從1.07MPa→1.27MPa→1.15MPa；當(dāng)其為14d齡期時(shí)，從1.77MPa→2.23MPa→2.01MPa；當(dāng)其為28d 齡期時(shí)，從2.22MPa→2.78MPa→2.52MPa；其均存在峰值點(diǎn)，且峰值點(diǎn)均為3.5%的含鹽量處。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于水泥土處治硫酸鹽漬化軟弱地基意義較大，意味著采用水泥處治硫酸鹽漬化軟弱地基方案時(shí)，原地基土體鹽分含量不宜太高，否則難以取得預(yù)期效果。如若鹽分確實(shí)較高，可選用一些抗硫酸鹽水泥、礦渣類水泥、外摻劑等提高水泥土強(qiáng)度。

2.2 水泥含量對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響

2.2.1 試驗(yàn)方案

為探究水泥含量對(duì)水泥加固硫酸鹽類軟土強(qiáng)度的影響，以天然鹽分含量為不變量，設(shè)計(jì)水泥含量為6%、8%、10%、12%、14%（質(zhì)量比）的水泥硫酸鹽漬加固土，養(yǎng)護(hù)齡期分別為7d、14d、28d，對(duì)養(yǎng)護(hù)后的試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

由于水泥遇水會(huì)立刻發(fā)生水化反應(yīng)，其強(qiáng)度逐漸增加，因此在摻配不同比例的水泥并拌合后，立刻進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)而不考慮齡期的影響，可以得出如下關(guān)系圖，見圖3所示。

圖3 擊實(shí)試驗(yàn)曲線圖

2.2.2 結(jié)果分析

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)曲線圖可以看出，隨著水泥摻合比的不同，水泥硫酸鹽漬土的最大干密度與最佳含水率呈現(xiàn)上下擺動(dòng)趨勢(shì)，并無明顯規(guī)律，但其波動(dòng)數(shù)值都較小。其中水泥摻和比為10% 時(shí)，最大干密度值最大，為1.95g/cm3；水泥摻和比為8%時(shí)，最佳含水率最高，為12.6%；綜合上述條件，可考慮采用水泥摻和比為10%進(jìn)行鹽漬土軟基處治，此時(shí)最大干密度最大，但需水量較小。

通過對(duì)不同水泥摻量、不同齡期水泥硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，可以得到如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，見圖4所示。

對(duì)圖4進(jìn)行分析可知，隨著齡期的增加，其強(qiáng)度逐漸增加，且其強(qiáng)度增長(zhǎng)速率也逐漸增加；在齡期與含鹽量相同的情況下，水泥硫酸鹽漬土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻量的逐漸增加，呈現(xiàn)出先快速增加后緩慢增加最后又快速增加的變化趨勢(shì)，對(duì)其不同的三個(gè)增長(zhǎng)速度階段進(jìn)行劃分，可選擇三個(gè)重要的“代表點(diǎn)”進(jìn)行分析，如圖中28d處的A、B、C三點(diǎn)，即：A→B→C；當(dāng)其為7d齡期時(shí)，從1.09MPa→1.8MPa→2.7MPa；當(dāng)其為14d齡期時(shí)，從1.23MPa→2.08MPa→3.12MPa；當(dāng)其為28d 齡期時(shí)，從2.33MPa→4.73MPa→5.63MPa。此外，同一齡期對(duì)比谷值A(chǔ)點(diǎn)與峰值C點(diǎn)（即6%水泥摻量與14%水泥摻量），可知：7d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度共增加1.61MPa；14d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度共增加1.89MPa；28d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度共增加3.3MPa；7d齡期與14d齡期的水泥硫酸鹽漬土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)量相近，28d齡期的增長(zhǎng)量較前兩者更大，這表明采用32.5級(jí)水泥在硬化初期起到了緩慢凝固的作用，即為現(xiàn)場(chǎng)水泥土處治鹽漬化軟弱地基提供了較為寬裕的作業(yè)時(shí)間。

圖4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻量關(guān)系圖

3 結(jié)束語

綜上所述，水泥土處治軟弱鹽漬化地基時(shí)，地基土體的含鹽量應(yīng)在3.5%以內(nèi)，否則應(yīng)當(dāng)采用一些抗硫酸鹽水泥、礦渣類水泥、外摻劑等提高水泥土強(qiáng)度。

從凝固時(shí)間、水泥摻量對(duì)鹽漬土的固化強(qiáng)度等角度綜合考慮，加固的水泥宜采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其摻量為10%。

鹽分含量較高時(shí)水泥土處治效果減弱的機(jī)理可歸納為：硫酸鹽的反應(yīng)、鎂鹽的反應(yīng)、氯鹽的反應(yīng)。