海相淤泥類水泥土強度試驗主要影響因素分析

■林 鵬

(福建省交通建設工程監理咨詢公司，福州 350001)

1 引言

水泥土是利用特定的攪拌機械將水泥粉(漿)強制攪拌到地基內形成的加固體，由于其具有無污染和加固費用低等顯著優點，在地基加固、擋墻支護和防滲工程中得到了廣泛應用。但是近年來，攪拌樁在處理有機質含量較高的深厚軟基時，不斷出現工程質量問題[1]。究其原因，是因為加固土體中的有機質含量較高，影響了軟土與水泥的固化反應。因此，有機質對水泥土強度的影響是國內外研究的一個重要課題。邵玉芳[2]等以杭州市粉質粘土為例，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，通過試驗發現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，對水泥土強度影響較大，針對海相淤泥有機質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 土質條件

試驗土樣取自泉州市，該場地地表為粉質粘土，厚度為0～1.6m；下部為海相沉積的淤泥和淤泥質土，灰黑色～黑色，流塑～軟塑，厚度為2.4～9.2m，下伏花崗巖風化殘積土，深度未揭露。其中，淤泥和淤泥質土含水量較高，且含有一定含量的有機質，其中有機質含量測定通過重鉻酸鉀容量法，淤泥和淤泥質土的主要物理力學性質指標見表1 所示。

表1 淤泥和淤泥質土的主要物理力學性質指標

2.2 試驗方法

為研究有機質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干粉碎處理，在風干的土體內添加有機質(該有機質為某公司生產的腐殖酸鈉)。根據設計的有機質含量，將風干土、有機質、蒸餾水和水泥粉按比例進行混合，并充分攪拌均勻，然后倒入試件7.07cm×7.07cm×7.07cm 的正立方體模具中。含水量配制成與現場土體的相同，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人工振搗使其密實，并裝入塑料袋內進行密封綁扎(防止水分蒸發)，放入自來水中進行養護。試件養護3d時，進行脫模，放入標準養護室(溫度20±3℃，相對濕度為100%)進行養護。試件分別養護7d、14d、28d 和60d 時進行無側限抗壓強度試驗，壓縮速率為1mm/min，每個條件的試樣取3 個試件的算術平均值作為其無側限抗壓強度值。若某個試件的測試結果與平均值之差超過平均值的15%時，則將該結果剔除，采取其余2個數據的平均值。

3 試驗結果分析

3.1 齡期對無側限抗壓強度的影響

試驗結果表明，水泥土的無側限抗壓強度隨著養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越充分。在60d 齡期內，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 強度預測到其它時間的強度。以7d 齡期為基準，其它齡期T 的強度quT與7d 強度qu7之比定義為強度比。則各個有機質含量的強度比匯總于表2 中，其與齡期的關系繪制于圖1 中。依據式(1)可以由水泥土7d 齡期時的強度，預測出齡期為T 時的強度。

通過數值回歸得到強度比與齡期的經驗關系式為：

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

圖1 強度比quT/Qu7 與齡期T 之間的關系

3.2 有機質含量對無側限抗壓強度的影響

淤泥有機質含量與制備的水泥土無側限抗壓強度之間的關系繪制于圖2 中?？梢钥闯觯鱾€齡期的水泥土，隨著有機質含量的增大，水泥土強度呈現逐漸遞減的趨勢，兩者之間近似呈線性關系。有機質含量由5.2%增加到14.2%時，后者水泥土強度約是前者的57%～74%。這是因為有機質存在時，其內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物產生解體，破壞了水泥土的內部結構，進而阻礙了水化反應。儲誠富等[1]通過試驗研究發現相對于土體的粘粒含量、PH 值等因素，有機質含量對水泥土的影響最大。由此，當淤泥的有機質含量較高時，對采用攪拌樁的工程須謹慎其強度。

圖2 有機質含量與無側限抗壓強度之間的關系

3.3 添加劑對無側限抗壓強度的影響

通過比較無添加劑和添加8%粉煤灰的水泥土無側限抗壓強度，可以發現添加后，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發生火山灰效應，生產了大量水化硅酸鈣、鋁酸鈣，這樣大大提高了水泥土強度；(2)Ca(OH)2提高了PH 值，中和了部分有機質富里酸，削減了富里酸吸附層的厚度，促進水泥的水化反應。

圖3 添加劑對水泥土強度的影響

4 結論

通過對不同有機質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限抗壓強度，通過研究主要得到了以下結論：

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

(2)隨著有機質含量的增大，水泥土強度呈現逐漸遞減的趨勢，兩者之間近似呈線性關系。有機質含量由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.有機質含量對水泥土強度影響的室內定量研究[J].巖土力學，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].江蘇大學學報(自然科學版)，2007.28(4)：354-357.

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

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