纖維加筋水泥土用于攪拌樁填料的力學特性研究

2022-03-24 01:33:00吳會龍

四川建材 2022年3期

袁釗，吳會龍，李彬

(1.上海城地建設股份有限公司，上海 200062；2.上海城地巖土設計有限公司，上海 200062；3.宿遷學院，江蘇宿遷 223800；4.中鐵第五勘察設計院集團有限公司常州分院，江蘇常州 213000)

0 前言

水泥土目前已廣泛應用于基坑工程中作為擋土構件及止水帷幕的關鍵技術[1]。為進一步達到穩定土體的目的，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]。

本文基于相關水泥土及纖維水泥土方向的應用發展情況，針對上海地區的淤泥質粉質黏土層，以玄武巖纖維為外加劑形成纖維水泥土，通過室內無側限抗壓強度及滲透試驗來研究纖維水泥土的力學特性，得出合理配合比，以期為不良水土環境中纖維水泥土攪拌樁的工程實際應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究主要選取上海地區淤泥質粉質黏土作為研究對象，依托某基坑工程進行原狀土取樣。根據地質勘察報告，該土層場地遍布，呈流塑性，屬于高等壓縮性土層，土性較差，具體物理力學指標詳見表1。試驗所用水泥采用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指標

1.2 試驗方案

本試驗所需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，采用正交試驗對試件分別進行無側限抗壓試驗及滲透試驗。通過選用L9(四因素三水平正交方式)組合模式進行9組試驗，不同影響因素設置包括纖維長度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%；養護齡期D：14d、28d、90d，同時，設置無纖維水泥土作為對照組。

2 結果與分析

2.1 抗壓強度試驗

圖1表示不同試驗組試樣無側限抗壓強度試驗的應力應變關系曲線。由圖可知，纖維水泥土應力應變曲線均呈現應變軟化特征，當軸向應力達到峰值后，隨軸向應變的繼續增長，軸向應力迅速降低，且逐漸趨于穩定狀態。顯而易見的是，在相同齡期下，纖維水泥土的無側限抗壓強度較純水泥土試樣均有較大增長，抗壓強度顯著提高，而纖維水泥土破壞應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，我們發現纖維摻量對強度影響較水泥摻量影響較弱，在相同齡期下，當水泥摻量含量最大時，水泥土抗壓強度表現為最強，這可能是較高的水泥含量會引起更多的水化反應，產生初級及二次凝膠反應，導致水泥土強度急劇增強。

(a)14 d養護齡期

2.2 滲透試驗

圖2表示不同組別試樣的抗滲性正交試驗結果。由圖可知，纖維水泥土的滲透系數處于10-9～10-8cm/s，而純水泥土為10-10cm/s，因此，添加纖維會提高水泥土的滲透性1～2個數量級，但仍能滿足抗滲的安全需求標準。陳峰等人發現纖維的增多可能導致纖維與土顆粒間裂隙增多，纖維發生結團，致使水泥土抗滲性能呈現減緩趨勢，這與本研究相一致[5]。