渤海新區(qū)沿海區(qū)域水泥土攪拌樁成樁環(huán)境影響因素分析

□姚慧敏

渤海新區(qū)地處華北東部平原東端，屬華北平原東部濱海沖積平原區(qū)。沿海區(qū)域的工程地質(zhì)條件多為高鹽、高地下水位和具有中強(qiáng)腐蝕性等特點。在水利工程中，復(fù)合式地基為常見的基礎(chǔ)處理方式，水利工程中水泥土攪拌樁因起成本較低，施工技術(shù)成熟，強(qiáng)度穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，應(yīng)用較為廣泛。研究基于渤海新區(qū)板堂河河道綜合治理工程中水泥土攪拌樁的應(yīng)用，通過室內(nèi)試驗的手段，研究工程區(qū)環(huán)境對水泥土攪拌樁成樁的影響。

1.工程條件

板堂河治理工程位于渤海新區(qū)入?？诟浇?。工程區(qū)地下水位較高，且地下水與場區(qū)土均對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)具有一定的腐蝕性。環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱～中等腐蝕性。場區(qū)土的PH 值 8.3～9.03，礦 化 度 7322.1～19149.9Mg/L，Cl-含 量 3972.5～10528.3Mg/L，含量 226.5～2712.5Mg/L。揭露的地層主要有素填土、雜填土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)壤土、黏土、壤土。

墻式護(hù)岸的基礎(chǔ)的地基處理方式為復(fù)合式地基—水泥土攪拌樁，樁徑600mm，樁長8m，間距1.1m，正三角形布置，置換率26.9%。

地基軟黏土原狀土樣基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。土樣直剪（快剪）強(qiáng)度指標(biāo)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度見表2。試驗結(jié)果表明，板堂河綜合治理區(qū)地基土層靈敏度位于2.0～4.0之間，為中靈敏度土。

表1 滄州板堂河綜合治理區(qū)地基部分土樣基本物理性質(zhì)指標(biāo)

表2 滄州板堂河綜合治理區(qū)地基部分土樣基本力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.氯離子對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖1為不同濃度的NaCl溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖1（a）可見，無論齡期如何變化，水泥土強(qiáng)度隨氯離子溶液的濃度先增大后減小。不同齡期，強(qiáng)度的峰值點位置不同，7天和15天的齡期時，水泥土在溶液濃度為15g/L處出現(xiàn)峰值；28天和60天時，水泥土在10g/L時出現(xiàn)峰值。

由圖1（b）可見，無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。

氯離子對水泥土強(qiáng)度的影響主要是因為氯離子含量較少時，對水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣生成的阻礙作用小于其生成作用，表現(xiàn)為水泥土強(qiáng)度的增長；而當(dāng)氯離子含量較多時，對水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣生成的阻礙作用大于其生成作用，表現(xiàn)為水泥土強(qiáng)度的降低。

3.硫酸根離子對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖2為不同濃度的硫酸鈉溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖 2（a）可見，7天齡期時，水泥土強(qiáng)度隨溶液濃度增大而變大，而在其他3種齡期，水泥土強(qiáng)度隨硫酸根濃度先增大后減小。不同齡期，強(qiáng)度的峰值點位置不同，15天和28天的齡期時，水泥土在溶液濃度為10g/L處出現(xiàn)峰值；60天時，水泥土在15g/L時出現(xiàn)峰值。

由圖2（b）可見，無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。

圖1 氯離子對水泥土強(qiáng)度的影響

圖2 硫酸根離子對水泥土強(qiáng)度的影響

圖3 鎂離子對水泥土強(qiáng)度的影響

4.鎂離子對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖3為不同濃度的硝酸鎂溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖3可見，無論哪種齡期，水泥土強(qiáng)度都隨溶液濃度增大而減??；無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。

鎂離子對水泥土強(qiáng)度的影響主要因為，一方面Mg2+會與水化硅酸鈣（3CaO·2SiO2·3H2O）和水化鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·6H2O）反應(yīng)，使水泥土的主要強(qiáng)度來源物質(zhì)減少，導(dǎo)致水泥土強(qiáng)度降低；另一方面Mg2+會與Ca(OH)2反應(yīng)生成松軟無膠結(jié)能力的Mg(OH)2而使水泥土的強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

5.醋酸對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖4為不同濃度的醋酸溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖4（a）可見，無論何種齡期，水泥土強(qiáng)度隨溶液濃度的增大先減小后增大，而且四種齡期的強(qiáng)度值都在溶液濃度為30g/L時出現(xiàn)最小值。

由圖4（b）可見，無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。

6.腐殖酸對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖5為不同濃度的腐殖酸溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖5（a）可見，無論哪種齡期，水泥土強(qiáng)度都隨溶液濃度增大而減小。這是因為腐殖酸對水泥水化的進(jìn)程有延緩作用，而且能使水化產(chǎn)物分解，破壞水泥加固土的結(jié)構(gòu)，因此水泥土強(qiáng)度會隨腐殖酸的濃度增大而降低。

由圖5（b）可見，無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。但是對于濃度為5g/L和8g/L的溶液，強(qiáng)度隨齡期增大到一定程度后就趨于穩(wěn)定，增大的趨勢很小。

7.黃腐殖酸對水泥土強(qiáng)度的影響規(guī)律

圖6為不同濃度的黃腐殖酸溶液下，水泥摻量20%，水灰比0.6的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度散點圖。

由圖6（a）可見，無論哪種齡期，水泥土強(qiáng)度都隨溶液濃度增大而減小，其原因是黃腐殖酸對黏土顆粒的分散作用很大，不利于水泥土強(qiáng)度的增長。

由圖6（b）可見，無論哪種溶液濃度，水泥土強(qiáng)度都隨齡期增大。

需要特別指出的是，黃腐殖酸除了以上4種濃度，還配置了3g/L和5g/L的溶液，但是試模中的試樣一直處于軟塑的狀態(tài)，無法將其從試模中取出。由此可見，黃腐殖酸對水泥土的硬化有強(qiáng)烈影響。

圖4 酸根離子對水泥土強(qiáng)度的影響

圖5 腐殖酸對水泥土強(qiáng)度的影響

圖6 黃腐殖酸對水泥土強(qiáng)度的影響

8.土性對水泥土的影響

一般認(rèn)為，水泥土攪拌樁在用于處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、pH值小于4的酸性土、塑性指數(shù)大于25的黏土的地基時，效果較差，必須通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定其使用性。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）給出的原因大致有以下幾種：一是泥炭土、有機(jī)質(zhì)含量大于5%或pH值小于4的酸性土，可能出現(xiàn)水泥不凝固或發(fā)生后期崩解；二是當(dāng)黏土的塑性指數(shù)Ip大于25時，容易在攪拌頭葉片上形成泥團(tuán)，無法完成水泥土的拌和。另外，據(jù)文獻(xiàn)資料報道，軟土的靈敏度過大，也不適應(yīng)用水泥土攪拌樁。

8.1 黏土的有機(jī)質(zhì)含量及pH值

根據(jù)測試，板堂河工程區(qū)淤泥質(zhì)土中有機(jī)質(zhì)含量為0.72～1.13%，小于5%；土樣的pH值為8.62～8.98，大于4。

8.2 黏土的塑性指數(shù)Ip和靈敏度St

原狀地基土樣的物理力學(xué)試驗結(jié)果表明，板堂河工程區(qū)地基土塑性指數(shù)Ip為 9.1～22.3，小于 25；靈敏度為 2.0～4.0，為中靈敏度土。

綜合上述試驗結(jié)果，可以看出板堂河工程區(qū)地基土的土性指標(biāo)適宜水泥土攪拌樁地基處理。

9.結(jié)語

9.1 酸和酸性水侵蝕

根據(jù)地下水水樣檢測結(jié)果，板堂河工程區(qū)地下水pH值為7.9～8.8，為堿性環(huán)境，不存在酸性水侵蝕。

9.2 鹽類侵蝕

二是鎂鹽侵蝕。板堂河工程區(qū)地下水的鎂離子含量為0.7g/L～2.1g/L。試驗表明水泥土強(qiáng)度隨鎂離子溶液濃度增大而減小。不過，當(dāng)添加的溶液濃度達(dá)到20g/L時，水泥土強(qiáng)度仍能達(dá)到MPa級?？梢哉J(rèn)為板堂河工程區(qū)地下水的鎂離子含量對水泥土強(qiáng)度的形成影響微弱。

三是氯鹽侵蝕。板堂河工程區(qū)地下水的氯離子含量為19.0g/L～29.3g/L。試驗結(jié)果表明水泥土強(qiáng)度值隨著氯離子溶液的濃度先增大后減小，水泥土強(qiáng)度在沒有消除飽和淤泥質(zhì)土中氯離子基礎(chǔ)上，添加溶液濃度15g/L處出現(xiàn)峰值。因此，板堂河工程區(qū)地下水的氯離子含量沒有劣化水泥土強(qiáng)度的增長。

9.3 強(qiáng)堿侵蝕

板堂河工程區(qū)地下水pH值為7.9～8.8，為弱堿性環(huán)境，不存在強(qiáng)堿侵蝕。

9.4 場地土的影響

根據(jù)測試結(jié)果，場地土的有機(jī)質(zhì)含量、PH值、塑性指數(shù)和靈敏度的指標(biāo)不會對水泥土攪拌樁的成樁造成太大影響。