彭志皓 張武東 高長軍 田 磊

（1.中鐵城市發(fā)展投資集團有限公司，四川 成都 610000；2.中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001；3.中鐵三局集團第四工程有限公司，北京 102300；4.長安大學(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。目前評價水泥土處治鹽漬土路基效果的研究[2-3]已屢見不鮮，鹽漬化水泥土強度影響因素的研究也逐步深入[4-5]，但將水泥土強度影響因素與固化機理相結(jié)合的研究還相對較少。因此，本文針對水泥土加固鹽漬化軟土強度的影響因素與機理進行分析，為相關(guān)課題的研究提供參考。

1 試驗檢測

新疆若羌至民豐高速公路建設(shè)之初，現(xiàn)場取樣對其項目所在區(qū)域路基土體的基本物理力學(xué)性質(zhì)進行檢測；針對地基特有的鹽漬化軟弱問題，在考慮經(jīng)濟、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），并對水泥土加固鹽漬化軟基強度的影響因素與機理進行分析。

圖1 水泥土處治鹽漬化軟基示意圖

在工程現(xiàn)場選取兩個坑位取土，分別標記為1號取樣點與2號取樣點，在室內(nèi)對其易溶鹽含量、液塑限指標、級配組成進行檢測，相關(guān)試驗結(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

表3 顆粒級配試驗

2 試驗方案與結(jié)果分析

2.1 鹽分含量對水泥土強度的影響

2.1.1 含鹽量對水泥土強度影響機理

有關(guān)水泥與鹽漬土的作用機理，已有不少學(xué)者對其進行了深入研究[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水泥土處治效果減弱的機理歸納為3個原因，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與水泥中的鈣離子反應(yīng)生成石膏，石膏在孔隙中往往會產(chǎn)生體積膨脹，進而產(chǎn)生膨脹力，其會對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，使得體積進一步膨脹，產(chǎn)生的膨脹力亦會對地基土體產(chǎn)生破壞作用。因此，當硫酸鹽含量適宜時，由于膨脹會使得土體更加密實與緊湊，但硫酸鹽含量過多時，就會產(chǎn)生過度的膨脹破壞。

（2）鎂鹽的反應(yīng)。

當土體中含有硫酸鎂與氯化鎂時，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)性而使得加固土強度減弱。因此，可知鎂鹽對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，易與水泥產(chǎn)生的氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣，因此也會使得加固土的強度減弱。但另一方面，由于反應(yīng)生成的氯離子會溶解硫鋁酸鈣，一定程度上也會減弱膨脹，從而減少對地基土的破壞作用。

2.1.2 試驗方案

為探究鹽分含量對水泥加固硫酸鹽類軟土強度的影響，以32.5級水泥摻量10%（質(zhì)量比）為不變因子，設(shè)計鹽分含量為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)護齡期分別為7d、14d、28d，對養(yǎng)護后的試樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

2.1.3 結(jié)果分析

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

圖2 無側(cè)限抗壓強度與含鹽量關(guān)系圖

由圖2可以看出，隨著齡期的增加，其強度逐漸增加，但其強度增長速率逐漸減弱；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)限抗壓強度隨著含鹽量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，具體從初值→峰值→末值的強度趨勢來看：當其為7d齡期時，從1.07MPa→1.27MPa→1.15MPa；當其為14d齡期時，從1.77MPa→2.23MPa→2.01MPa；當其為28d 齡期時，從2.22MPa→2.78MPa→2.52MPa；其均存在峰值點，且峰值點均為3.5%的含鹽量處。這一發(fā)現(xiàn)對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，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度。

2.2 水泥含量對水泥土強度的影響

2.2.1 試驗方案

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

由于水泥遇水會立刻發(fā)生水化反應(yīng)，其強度逐漸增加，因此在摻配不同比例的水泥并拌合后，立刻進行擊實試驗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 擊實試驗曲線圖

2.2.2 結(jié)果分析

根據(jù)擊實試驗曲線圖可以看出，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)上下擺動趨勢，并無明顯規(guī)律，但其波動數(shù)值都較小。其中水泥摻和比為10% 時，最大干密度值最大，為1.95g/cm3；水泥摻和比為8%時，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%進行鹽漬土軟基處治，此時最大干密度最大，但需水量較小。

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

對圖4進行分析可知，隨著齡期的增加，其強度逐漸增加，且其強度增長速率也逐漸增加；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，對其不同的三個增長速度階段進行劃分，可選擇三個重要的“代表點”進行分析，如圖中28d處的A、B、C三點，即：A→B→C；當其為7d齡期時，從1.09MPa→1.8MPa→2.7MPa；當其為14d齡期時，從1.23MPa→2.08MPa→3.12MPa；當其為28d 齡期時，從2.33MPa→4.73MPa→5.63MPa。此外，同一齡期對比谷值A(chǔ)點與峰值C點（即6%水泥摻量與14%水泥摻量），可知：7d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度共增加1.61MPa；14d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度共增加1.89MPa；28d齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強度共增加3.3MPa；7d齡期與14d齡期的水泥硫酸鹽漬土無側(cè)限抗壓強度增長量相近，28d齡期的增長量較前兩者更大，這表明采用32.5級水泥在硬化初期起到了緩慢凝固的作用，即為現(xiàn)場水泥土處治鹽漬化軟弱地基提供了較為寬裕的作業(yè)時間。

圖4 無側(cè)限抗壓強度與水泥摻量關(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，地基土體的含鹽量應(yīng)在3.5%以內(nèi)，否則應(yīng)當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度。

從凝固時間、水泥摻量對鹽漬土的固化強度等角度綜合考慮，加固的水泥宜采用32.5級普通硅酸鹽水泥，其摻量為10%。

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