聚乙烯醇纖維在軟土地基加固中的應用研究★

王惠民 付佳佳 吳春楊

(鹽城工業職業技術學院建筑工程學院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

江蘇省毗鄰黃海，擁有豐富的海岸灘涂資源，占全國海岸灘涂總面積的1/4左右，鹽城市作為江蘇省面積最大，海岸線最長的城市，其沿海灘涂面積占江蘇省的70%，目前鹽城市未圍灘涂面積(不包括輻射沙脊群)約210萬畝，其中潮上帶灘涂面積約40萬畝，潮間帶灘涂面積約170萬畝，是國家重要的土地后備資源開發區。

鹽城沿海灘涂分布著廣袤的軟弱土層，這種軟弱土層的含水量高、空隙比大、壓縮性高強度低、透水性能極差、抗剪能力差、靈敏度高，不利于進行土地開發，由于城市的發展需要，往往需要對這類軟土土層進行加固，從而滿足實際工程的強度要求。

1 灘涂圍墾現狀與問題

沿海灘涂是一種重要的土地再生資源，對其進行圍墾開發。重構海陸變遷局勢，已成為沿海地區解決土地緊張、促進經濟發展的重要技術措施。我國在灘涂圍墾開發利用方面研究起步較晚，并且存在很多不足。當前采用的灘涂圍墾技術主要表現在幾個方面：1)灘涂開發利用技術方面；2)圍墾技術方面；3)灘涂促淤技術方面；4)生態圍墾技術方面等。而制約灘涂圍墾發展的主要原因有：1)國家政策措施的不完善；2)地質勘探測量與實際不符；3)灘涂圍墾技術的落后等。鑒于灘涂圍墾資源的重大戰略意義，在灘涂圍墾、軟土加固、沿海開放等方面進行深入的研究，意義重大。

2 常見的軟土加固方法

常見的軟土加固方法見表1。

3 高分子環保材料在軟土加固中的應用

合成材料主要原材料為聚合物，常見的有塑料，合成橡膠，合成纖維，膠黏劑等。此類合成材料具有過濾、排水、隔離、加固、防護作用，在土體加固硬化及施工中有著廣泛的應用。

土工合成材料包括土工織物、土工膜、土工網、土工復合材料等，這些材料用于土體內部，表面或者各種土體之間，發揮價錢或保護土體的作用。在粉碎的土中，摻入一定量的固化劑，經拌和得到的混合料再經擊實后，土體強度增加，這個過程稱為土體的固化。

3.1 鹽城射陽河地區域地層巖性分析

本文所選灘涂軟土區域位于鹽城射陽海陸交互和沉積堆積區。

根據相關地勘報告，本場地勘察深度范圍內，地基土自上而下分述如下：

①雜填土：灰～灰黃色，濕，主要成份為粘質粉土，層頂部夾少量植物根莖，松散，土質不均勻；

②粘質粉土：灰黃色，濕，稍密，見少量鐵錳質氧化物斑紋及粘性土條帶，搖震反應中等，無光澤反應，干強度及韌性低，土質較均勻；

表1 常見的軟土加固方法

③砂質粉土：灰黃色，濕，稍密，夾大量粘性土條帶，見少量云母碎屑，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低,土質不均勻；

④淤泥質粉質粘土：灰～灰黃色，飽和，流塑，夾少量粉土團塊或薄層，無搖震反應，切面稍有光滑，干強度及韌性中等，土質較均勻；

⑤粉砂：灰色，飽和，中密，局部密實，見少量云母碎屑與貝殼碎屑，粘粒含量平均為5.6%，土質不均勻；

⑥淤泥質粉質粘土：灰色，飽和，流塑，夾少量粉土團塊或薄層，無搖震反應，切面稍有光滑，干強度及韌性中等，土質較均勻。

本場地分布第④層、第⑥層淤泥質粉質粘土軟土層，該土層厚度較大，呈流塑狀，強度低，觸變性大，為擬建場地之不良土層。需要對此類土層進行加固處理，以滿足使用要求。

3.2 原狀土試配試驗

試驗用軟土選自鹽城射陽河地區，其主要物理性質如表2所示。

表2 主要物理性質

3.3 高分子環保材料摻合土與普通原狀土對比試驗

3.3.1試驗原理

本試驗采用聚乙烯醇纖維加固軟土。

高分子合成樹脂加入土中后，通過單體在土中發生聚合反應生成聚合物。聚合物合成后，將發生如下反應：1)在土體中產生大量有機離子，置換土顆粒表面的離子，并且提供了連接土粒的離子鍵。2)聚合物進一步發生聚合作用，生成強度高、有塑性鏈的大分子物質，將土顆粒包圍起來，并使之受到鍵合，與土顆粒形成一個強大的三維空間，從而提高土體強度。

測定不同聚乙烯醇纖維摻量的無側限抗壓強度。無側限抗壓強度采用液壓萬能試驗機測試。試驗時無側限抗壓強度試驗試塊為直徑為3.91 cm、高為8 cm的標準試樣尺寸。

3.3.2試件的制備

通過前期物理性能的試驗，得到鹽城地區軟土的最優含水量為17%，試驗所制備的土樣均在最優含水量的條件下制得。

將制備的土料風干后粉碎，過2 mm篩，得到實驗原狀土。首先將過篩后的風干土料加水配制到最優含水量的土樣，再將聚乙烯醇纖維按一定配比倒入攪拌機中干拌均勻，然后分別制備成若干組土樣試樣備用。分別對原狀土和摻加不同含量的聚乙烯醇纖維的土樣進行無側限抗壓強度試驗。

將試件放入標準養護條件下養護，按照相關規范，設定標養溫度為20 ℃±2 ℃，相對濕度95%，養護齡期為7 d，28 d，分別取不同齡期土體試塊待測。

考慮到摻入材料與土體結合的性能，以及后期大量使用的經濟成本，本研究聚乙烯醇纖維摻入量分別為0%，3%，6%，9%，12%。

3.3.3試驗數據的對比與分析

針對每組相同含水量的土樣，分別對原狀土和不同齡期摻加聚乙烯醇纖維的土樣進行無側限抗壓強度試驗。對比試驗結果如表3所示。

表3 對比試驗結果 MPa

由試驗過程可知，在同等含水量的條件下，進行無側限抗壓強度試驗得知：摻有聚乙烯醇纖維的土樣比普通土樣強度高；不同養護齡期也對土樣的強度有著影響，同樣聚乙烯醇纖維摻量土樣，28 d齡期比7 d齡期強度更高。綜合分析，對土樣進行無側限抗壓強度試驗，隨著養護時間的增加，土體的強度會隨之增強；聚乙烯醇纖維摻量在6%左右，土體的強度最大。由試驗結果分析，在普通土體中摻加聚乙烯醇纖維可以提高土體的強度。

4 結論與展望

本文通過研究鹽城射陽地區灘涂軟土的主要物理性質，結合灘涂開發與軟土加固的研究現狀，選取了高分子環保材料聚乙烯醇纖維對所選土樣進行了加固處理，并且分析不同養護齡期，不同摻量情況下的土樣強度。得出了如下結論：

1)摻加了高分子環保材料聚乙烯醇纖維的土體強度明顯強于原始土體，能夠滿足基本的使用要求，實際應用中可以選取最優摻量的聚乙烯醇纖維對土體進行加固處理。

2)養護齡期的長短對土體的強度也有影響，齡期越長，土體強度越高。

本文所選取的高分子環保材料相比于其他無機材料成本相對較高，大面積推廣使用還需要進一步研究。但高分子環保材料可以運用于有特殊使用要求的土體加固，并且對今后高分子材料在土體加固方面的研究提供借鑒和參考。