水泥固化鄱陽湖疏浚土試驗(yàn)研究

王宇姣,柴新軍，鄧衛(wèi)平，王世波，張紅

（1東華理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌 330013；2東華理工大學(xué)水文地質(zhì)學(xué)院，江西南昌 330013；3浙江省工程勘察院，浙江舟山 316000）

0 引言

鄱陽湖是中國(guó)第一大淡水湖，也是中國(guó)第二大湖。價(jià)值所在不僅僅表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)方面，更重要的是它對(duì)生態(tài)及環(huán)境的影響。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)及基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，鄱陽湖流域由于疏浚湖泊、河流清淤等產(chǎn)生了大量疏浚土。由于疏浚土的高含水量、高壓縮性、低滲透性及低強(qiáng)度等問題，從巖土工程的角度來看，疏浚土屬于不良軟弱土。因此，長(zhǎng)期以來被大量堆棄，不僅占用大量生產(chǎn)建設(shè)用地，而且污染環(huán)境。軟弱土地基經(jīng)過處理，不用再建深基礎(chǔ)，防止了各類坍塌、下沉、傾斜等惡性事故發(fā)生，確保了上部基礎(chǔ)和建筑結(jié)構(gòu)的使用安全和耐久性，具有巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。所以采用固化劑對(duì)軟粘土進(jìn)行固化，水泥土通常情況下與土性質(zhì)較接近，一般會(huì)產(chǎn)生剪切破壞[2]。黃新等(1994、1995)認(rèn)為水泥土的強(qiáng)度主要來自水泥水化所產(chǎn)生的水化硅酸鈣(C-SH)等水化物的膠結(jié)作用，而鈣礬石(AFt)的作用卻是不確定的，C-S-H和AFt生成量的多少，受到土體本身以及摻入的固化劑兩方面的影響。高國(guó)瑞等(1996)分析了水泥固化軟土的作用機(jī)理，由于不同的粘土礦物所消耗的水泥量不同，因此軟土的成分決定著水泥摻量的多少。Shirazils認(rèn)為石灰和粉煤灰的混合物可以消除由于水泥土干縮而容易引起的開裂；Bell在水泥和石灰中分別添加PFA對(duì)其加固粘土的效果進(jìn)行了研究；Millerl等對(duì)水泥窖粉塵(CKD)加固處理土體的性能進(jìn)行了研究。本文通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)研究了水泥摻入比，含水率，水灰比，養(yǎng)護(hù)條件等的強(qiáng)度規(guī)律和變形規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料

該實(shí)驗(yàn)采用江西省鄱陽湖區(qū)域湖底疏浚土作為實(shí)驗(yàn)原料土，原料為現(xiàn)場(chǎng)采集后立即用塑膠桶盛裝、密封，置于實(shí)驗(yàn)室陰涼處。每次實(shí)驗(yàn)前均檢測(cè)其含水量有無變化，用完立即密封。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，拌和水選用蒸餾水.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究土樣的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 物理力學(xué)指標(biāo)

試驗(yàn)方法如下：

（1）將土樣從土樣桶中取出，在105～110℃溫度下烘干，將碾散的風(fēng)干土樣過2mm的篩，取篩下足夠試驗(yàn)用的土樣，裝入保濕缸備用。

（2）根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的水泥摻入量分別計(jì)算出風(fēng)干土中所需的水泥用量，將風(fēng)干土與水泥放入容器中充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

（3）把攪拌均勻的混合物，分三次填入內(nèi)徑為61.8mm，高度為20mm的環(huán)刀內(nèi)壓實(shí)，置于陰涼處24h脫模。

（4）放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)7d，養(yǎng)護(hù)箱溫度為±20℃，濕度為92%。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水泥對(duì)軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律的影響

在含水率35%，水灰比0.5，養(yǎng)護(hù)條件為恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，齡期7d的試驗(yàn)條件下，隨著水泥摻量的變化黏聚力也在變化（圖1）。

圖1 水泥對(duì)軟粘土強(qiáng)度變化規(guī)律的影響

圖1為采用多項(xiàng)式曲線函數(shù)對(duì)其進(jìn)行回歸分析。從圖中可以看出隨著水泥摻量的增加，黏聚力在逐漸增大，水泥摻量在5%～20%之間黏聚力的增長(zhǎng)幅度基本沿直線增長(zhǎng)，當(dāng)水泥摻量超過20%時(shí)黏聚力也在增大，但是增長(zhǎng)幅度比較緩慢。

2.2 含水率對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

水泥摻入比15%，水灰比0.5，養(yǎng)護(hù)條件為恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，齡期7d的試驗(yàn)條件下，隨著含水率的變化水泥土抗剪強(qiáng)度的變化見圖2。

圖2 含水率對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

圖2為采用多項(xiàng)式曲線函數(shù)對(duì)其進(jìn)行回歸分析，從圖中可以看出在含水率低于27%時(shí)黏聚力處于下降的趨勢(shì)，這是由于固化劑在發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)會(huì)消耗大量的水，當(dāng)含水率低于27%時(shí)固化劑水化反應(yīng)不充分，使得強(qiáng)度降低，當(dāng)含水率超過27%時(shí)，隨著含水率的增加黏聚力逐漸減小。所以采用水泥做固化劑時(shí)含水率的最佳控制點(diǎn)應(yīng)在25.30%～30%范圍內(nèi)。

2.3 水灰比對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

水泥摻入比15%，含水率35%，養(yǎng)護(hù)條件為恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，齡期7d的試驗(yàn)條件下，水灰比對(duì)壓縮系數(shù)的影響見圖3。

圖3 水灰比對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

圖3為采用多項(xiàng)式曲線函數(shù)對(duì)其進(jìn)行回歸分析，從圖中可以看出在水灰比為0.5時(shí)的壓縮系數(shù)處于最低點(diǎn)，水灰比在0.4～0.5時(shí)隨著水灰比的增加壓縮系數(shù)逐漸減小，水灰比在大于0.5時(shí)，隨著水灰比的增加壓縮系數(shù)在逐漸增大，由此我們可以得出壓縮系數(shù)受水灰比的影響，對(duì)于不含有機(jī)質(zhì)的疏浚土水灰比為0.5時(shí)，壓縮系數(shù)最小，抗壓強(qiáng)度最大，是最佳水灰比。

2.4 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

表2 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)水泥土力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律

從表2中可以看出，在不同的養(yǎng)護(hù)條件下，水泥土的黏聚力和內(nèi)摩擦角存在比較明顯的差異，在自然養(yǎng)護(hù)下水泥土的黏聚力最大，在恒溫恒濕的養(yǎng)護(hù)條件下黏聚力最小。

3 結(jié)論

（1）隨著水泥摻量的增加水泥土的強(qiáng)度也在增加，當(dāng)水泥摻量高于一定限度時(shí)增加緩慢，影響效果不明顯。

（2）含水率對(duì)水泥土強(qiáng)度有一定的影響，隨著含水率的增大抗剪強(qiáng)度逐漸減小。在水灰比為0.5時(shí)水泥土的壓縮系數(shù)最小。

（3）養(yǎng)護(hù)條件不同，水泥土的抗剪強(qiáng)度不同，在自然養(yǎng)護(hù)條件下水泥土的抗剪強(qiáng)度最大。

[1]荀勇.有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響與對(duì)策[J].四川建筑科學(xué)研究，2000，26(3):58-60.

[2]王珊珊，盧成原，孟凡麗.水泥土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36(4):456-460.

[3]肖武權(quán)，冷伍明.律文田深層攪拌法加固軟弱土層的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究 [J].中南大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2004，35(3):490-494.