昆明某泥炭質(zhì)土基坑土質(zhì)改良試驗研究

【摘要】本文在前人的研究基礎(chǔ)上對泥炭質(zhì)土進一步改良試驗，選用水泥和改性磷石膏共同做固化劑加固昆明某基坑泥炭質(zhì)土。通過對四組試件進行制備、養(yǎng)護、測定得出改性磷石膏對水泥加固泥炭質(zhì)土具有顯著作用。當(dāng)改性磷石膏摻量為泥炭質(zhì)土的3%至5%時，固化土強度隨改性磷石膏的摻量增大而增大，當(dāng)改性磷石膏摻量為5%時，固化土28天強度稍微高于摻量4%，考慮經(jīng)濟因素改性磷石膏摻量為4%最佳。

【關(guān)鍵詞】泥炭質(zhì)土；磷石膏；改良

1、前言

本基坑屬于昆明市高新區(qū)某項目，基坑開挖深度為8-11m之間，采用排樁加錨索支護。基坑中存在泥炭質(zhì)土層，顏色為灰、深灰色，流塑-軟塑狀態(tài)，昆明泥炭質(zhì)土[1]處于第四系湖相沉積層上，含水量高、孔隙比大、壓縮系數(shù)大，且具有很強的地域性?？紤]本基坑的支護形式及泥炭質(zhì)土的分布位置，采用合理的方法對泥炭質(zhì)土層改良具有重要意義。

2、理論方法

2.1水泥固化土

本基坑采用旋噴法進行地基加固，其原理是以高壓旋噴的方式將水泥與泥炭質(zhì)土拌和， 使泥炭質(zhì)土硬化成為水泥加固土以達到土體加固的目的。水泥加固土的強度主要來自于水泥水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用，唐和焱[2]通過泥炭質(zhì)土室內(nèi)試驗指出水灰比0.4，水泥摻量20%，28天齡期時試件水泥固化效果最佳。牛晨亮[3]經(jīng)大量試驗研究發(fā)現(xiàn)不同的土在加入相同用量的水泥并采用相同的工藝所得到的水泥土強度相差很遠，其認為水泥土的強度不僅與水泥用量有關(guān)，與泥炭質(zhì)土中的成分有很大關(guān)系。

2.2水泥石膏固化土

泥炭質(zhì)土本身為高有機質(zhì)土，經(jīng)PH測定為弱酸性，其本身性質(zhì)與普通土差別很大。黃新、胡同安[4]采用廢石膏與水泥配合加固軟土，取得較好的效果，其認為三者作用產(chǎn)生的水化物中水化硅酸鈣和鈣礬石能組成粘聚力較高且密實性較好的固化土?？紤]泥炭質(zhì)土特殊的組成和力學(xué)性質(zhì)，本文選用水泥和改性磷石膏共同作用加固泥炭質(zhì)土，研究其力學(xué)性質(zhì)。

3、改良試驗

3.1試驗材料及儀器

本試驗所用泥炭質(zhì)土取自該基坑，其中含有少量腐植物殘留，試驗用土參照《土工試驗方法標準》[5]制備重塑土；水泥選用普通硅酸鹽水泥標準為P·O42.5；改性磷石膏來自云南紅河建水石膏粉廠，經(jīng)測定呈堿性；試驗用三軸儀產(chǎn)自南京土壤儀器有限公司。

3.2試驗方法

按照四組配合比稱取所用泥炭質(zhì)土、水泥、水、改性磷石膏四者的用量，充分攪拌均勻后呈流塑狀，放入直徑39.1mm的制樣金屬圓模中，人工搗實。每組配合比分別制作9個試件，在模具中養(yǎng)護24小時后脫模，并用薄塑料膜包好放入標準養(yǎng)護室中，當(dāng)齡期為7天、14天、28天時分別取出四組試樣中的三個做三軸壓縮試驗。另外，考慮本基坑泥炭質(zhì)土層多處于8-15m處，根據(jù)理正深基坑軟件計算得出該位置土壓力約為183KN，為充分模擬實際基坑環(huán)境，本試驗研究中三軸壓縮試驗圍壓取200KN。采用不排水不固結(jié)剪試驗，每組測定3個試件，得出數(shù)據(jù)后取平均值，試樣的測定值與平均值之差超過平均值的±15%，則剔除該試樣的測定值，按余下試樣的測定值計算平均值。

3.3試驗結(jié)果

本試驗所用三軸儀的測力環(huán)規(guī)格為5KN，通過校正可知測力環(huán)系數(shù)為0.5 KN/mm，將百分表中所讀數(shù)據(jù)代入計算，得出每組試件在200KN圍壓下σ3強度，見下表1：

整理表中數(shù)據(jù)，四組不同改性磷石膏摻量的試件在200KN圍壓下，不同齡期的σ3強度對比見下圖1：

從圖中可以看出：在水泥固化泥炭質(zhì)土試驗中加入改性磷石膏對固化效果有很大影響。當(dāng)同時考慮固化強度和成本因素時，磷石膏摻量在4%為最佳摻入百分比。

4、探究分析

泥炭質(zhì)土本身具有弱酸性，水泥水化反應(yīng)所需堿性環(huán)境被土壤中酸性物質(zhì)破壞，其中CaO和OH-濃度降低，導(dǎo)致水泥不能充分水化，故單純使用水泥不能有效加固泥炭質(zhì)土。試驗選用的改性磷石膏為堿性，能夠中和泥炭質(zhì)土中的酸性物質(zhì)，為水泥水化反應(yīng)創(chuàng)造條件，有利于泥炭質(zhì)土的加固改良。另一方面，當(dāng)水泥固化劑中含有石膏時，加固土孔隙中能夠產(chǎn)生鈣礬石晶體，起到填充作用，從而增加了固化土的強度。

結(jié)論：

用水泥對泥炭質(zhì)土進行改良，加入適量改性磷石膏能夠大幅提高固化土強度，當(dāng)改性磷石膏摻量為泥炭質(zhì)土的4%時最佳。其中，改性磷石膏加入產(chǎn)生的堿性環(huán)境和鈣礬石晶體是固化土強度提高的根本原因。

參考文獻：

[1]熊恩來，阮永芬，劉文連.昆明泥炭、泥炭質(zhì)土的力學(xué)特性研究[J].土工基礎(chǔ)，2006，01：53-56.

[2]唐和焱.某泥炭質(zhì)軟土深基坑被動區(qū)加固優(yōu)化研究[D].河海大學(xué)，2015.

[3]牛晨亮，黃新，李戰(zhàn)國，趙永生.利用工業(yè)廢渣固化軟土的試驗研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，10：1871-1874.

[4]黃新，胡同安.工業(yè)廢石膏與水泥配合加固軟土地基[J].建筑技術(shù)，2001，03：161-163.

[5]GBT50123-1999.《土工試驗方法標準》[S].

作者簡介：

第一作者：趙婕（1988-），女，碩士研究生；

通訊作者：熊贊林（1994-），男，碩士研究生。