海岸鐵路項(xiàng)目水泥攪拌樁處理鹽漬軟土地基試驗(yàn)方法

黃文集 中交四航局第一工程有限公司

1.鹽漬土概述

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)和《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》(TB10038-2001)，礦化度較高的地下水經(jīng)由土的毛細(xì)孔隙發(fā)生運(yùn)動(dòng)，呈持續(xù)上升的變化且有蒸發(fā)現(xiàn)象時(shí)，表層1m內(nèi)平均含鹽量超0.5%的特殊土需按鹽漬土開展勘察工作。相比于素土，鹽漬土與之存在明顯的區(qū)別，即鹽漬土中含易溶鹽，此部分物質(zhì)可溶解于水，若鹽分呈過(guò)飽和狀態(tài)，將產(chǎn)生結(jié)晶，此部分賦存在土顆粒間，起到類似于骨架的作用。隨著溫度和水分的改變，部分易溶鹽的形態(tài)發(fā)生改變，稱之為易溶鹽相。從具體劃分類別來(lái)看，鹽漬土包含固相、液相、氣相和易溶鹽的四相體，具有相對(duì)特殊的工程性質(zhì)。

鹽漬土的分布范圍廣，在我國(guó)新疆、青海、寧夏、甘肅等地均存在，也見于遼東灣、萊州灣等濱海地區(qū)?？傮w來(lái)看，我國(guó)鹽漬土的分布范圍廣，分布面積大。

2.鹽漬土的成因及其分布規(guī)律

鹽漬土的形成取決于現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)、水文、氣候、人類活動(dòng)等各式各樣的自然因素和人為因素。例如，巖石中鹽類發(fā)生溶解，在水流和風(fēng)力的推動(dòng)下，促進(jìn)鹽的遷移，土壤鹽漬化，此時(shí)將產(chǎn)生次生鹽漬土。鹽漬土的類型豐富，且內(nèi)部含復(fù)雜的成分，具體與鹽漬土的形成方式有著密切的關(guān)聯(lián)。

各鹽類的溶解度存在差異，在此條件下，地形、地貌、水文地質(zhì)條件的差異也均會(huì)在一定程度上影響鹽溶液蒸發(fā)的具體表現(xiàn)，換言之，鹽溶液蒸發(fā)由于條件的不同而存在特定的規(guī)律。從橫向來(lái)看，鹽漬土的規(guī)律主要取決于地形地貌；從豎向來(lái)看，則主要受到含鹽地下水或毛細(xì)水的影響，由于水出現(xiàn)蒸發(fā)或是存在遷移的運(yùn)動(dòng)跡象時(shí)，鹽漬土有特定的豎向規(guī)律。由于溶解度的差異，析出也具有規(guī)律性，例如碳酸鈣的溶解度較小，因此其析出時(shí)間較早，硫酸鈣則在低溫環(huán)境中有結(jié)晶析出，氯化鈉和硫酸鎂兩者的溶解度較大，基于此特點(diǎn)，普遍在極為干旱的天氣中才有一定量的鹽結(jié)晶析出。而對(duì)于具有易溶特性的氯化鎂和氯化鈣，在高溫環(huán)境中才能析出，但若現(xiàn)場(chǎng)空氣濕度有明顯升高的跡象，該部分析出物質(zhì)將在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?。由此可見，鹽漬土的豎向規(guī)律具有多樣性，氯鹽主要在地面淺層，下方則依次是硫酸鹽、碳酸鹽等，盡管其分布具有層次化的特點(diǎn)，但在實(shí)際環(huán)境中并不存在明顯的界限。

3.項(xiàng)目背景

中國(guó)交建馬來(lái)西亞?wèn)|海岸鐵路項(xiàng)目第四分部線路總長(zhǎng)77km，包含路基63.819km、橋梁11.055km、隧道2.126km。沿線含豐富的鹽漬軟基，為給該海岸鐵路項(xiàng)目建設(shè)工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，需采取軟基處理措施。項(xiàng)目以水泥攪拌樁的方法處理軟基，樁徑800mm，樁體主要設(shè)置在CH183+500～CH231+500。

4.試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康脑谟谔矫鲗?duì)水泥土抗壓強(qiáng)度造成影響的關(guān)鍵因素，確定合適的配合比，以合理的方式拌制水泥土，促進(jìn)水泥攪拌樁質(zhì)量的提升，為軟基處理提供重要的技術(shù)參考。

4.1 試驗(yàn)內(nèi)容

1）在水泥土齡期和鹽漬土含鹽量一定的前提下，探尋在調(diào)整水泥摻量后對(duì)應(yīng)水泥土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。

2）在水泥土齡期和水泥摻量一定的前提下，探尋不同含鹽量時(shí)水泥土具備的抗壓強(qiáng)度，即摸索出兩者具備何種關(guān)聯(lián)。

3）對(duì)鹽漬土做洗鹽處理，再摻入水泥，試驗(yàn)分析此時(shí)水泥土的抗壓強(qiáng)度，將該項(xiàng)結(jié)果與同一含鹽量的鹽漬土做對(duì)比分析。

4）探尋水泥土的抗壓強(qiáng)度與水灰比的關(guān)聯(lián)（在其它條件均一致的前提下進(jìn)行）。

4.2 試驗(yàn)方案

1）為明確在水泥摻量和齡期發(fā)生變化時(shí)對(duì)應(yīng)水泥土抗壓強(qiáng)度的具體表現(xiàn)，考慮5%、10%、15%、20%的水泥摻入比和7d、8d、60d、90d的齡期，在此條件下組織試驗(yàn)。每組試塊數(shù)量均為3個(gè)，總量為144塊。

2）為探明水泥土的抗壓強(qiáng)度在水灰比調(diào)整后的具體表現(xiàn)，對(duì)3號(hào)土摻10%的水泥，考慮0.5和0.6的水灰比，7d、28d、60d、90d的齡期，在此條件下組織試驗(yàn)。每組試塊數(shù)量均為3個(gè)，總量為24塊。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.3.1 水泥摻入比對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

水泥摻入比指的是水泥與被加固濕土的質(zhì)量比，在摻入適量的水泥后，其能夠與土發(fā)生接觸，并有水泥水解、水化反應(yīng)、硬凝反應(yīng)，水泥作為固化劑，隨著其摻量的增加，與土體的反應(yīng)更為劇烈，產(chǎn)生的加固效果更加良好。取3種不同深度水泥攪拌鹽漬土，試驗(yàn)分析在水泥摻量發(fā)生變化后其具備的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。

圖1 水泥摻入比與水泥土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)圖1可知，在水泥摻入比增加的變化之下，水泥土的強(qiáng)度有提高的趨勢(shì)，但對(duì)比分析各齡期可以發(fā)現(xiàn)，每增加單位水泥摻入比所對(duì)應(yīng)的水泥土強(qiáng)度增幅存在差異，在0～90d的齡期內(nèi)，隨著單位水泥摻量的增加，呈現(xiàn)出強(qiáng)度顯著提升的變化，表明水泥摻入量的增加對(duì)水泥土強(qiáng)度的提高有明顯的促進(jìn)作用。

4.3.2 水灰比對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

以3號(hào)土為例，取10%的水泥摻入比，水灰比μ設(shè)為0.5和0.6，分別制得兩項(xiàng)水灰比對(duì)應(yīng)的試塊，考慮多種齡期，測(cè)定各自的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度并做對(duì)比分析，具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 水灰比與水泥土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)圖2可知，在水泥摻入比為10%時(shí)，隨著水灰比的增加，各齡期水泥土的抗壓強(qiáng)度有降低的變化趨勢(shì)；同時(shí)，隨著齡期的延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度受水灰比的影響逐步減弱。

4.3.3 含鹽量和含水量對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響

取5號(hào)土，考慮的是洗鹽前后水泥土的抗壓強(qiáng)度，即對(duì)比分析在不同含鹽量的條件下對(duì)應(yīng)水泥土所具備的抗壓強(qiáng)度，具體如圖3所示。

圖3 含鹽量與水泥土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)圖3 可知，水泥摻入比在10%以內(nèi)時(shí)，相比于洗鹽后水泥土的抗壓強(qiáng)度，未洗鹽的該值更小，且各齡期均具有此特點(diǎn)?？梢?，隨著含鹽量的增加，水泥土的抗壓強(qiáng)度有降低的變化趨勢(shì)，但此差異在摻入比超過(guò)10%后開始減弱，此時(shí)兩者的抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯的差異。究其原因，在增加水泥摻量的生產(chǎn)條件下，鹽分雖然會(huì)對(duì)水泥土的抗壓強(qiáng)度造成影響，但程度有限，而水泥摻量則對(duì)抗壓強(qiáng)度有更強(qiáng)的主導(dǎo)性。

取1號(hào)土和5號(hào)土，均考慮90d齡期，探討水泥土的抗壓強(qiáng)度在水泥土含水量和含鹽量發(fā)生變化時(shí)的表現(xiàn)，具體如圖4所示。

圖4 含鹽量和含水量與水泥土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)圖4可知，在水泥摻入比一致的前提下，1號(hào)土的水泥土強(qiáng)度曲線在5號(hào)土對(duì)應(yīng)圖形之上，由此可見，若增加鹽漬土的含水量和含鹽量，對(duì)應(yīng)條件下水泥土具備的抗壓強(qiáng)度則有降低的變化趨勢(shì)。

4.3.4 水泥土配合比的確定

考慮10%的水泥摻量、0.5的水灰比，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，三種水泥土的28d抗壓強(qiáng)度依次為3.3MPa、2.7MPa、2.6MPa，通過(guò)與28d抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（1.5MPa）的對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，各自分別達(dá)到該值的220%、180%、173%，由此可見，可以考慮水泥摻量10%、水灰比0.5的生產(chǎn)方式，此時(shí)拌制得到的水泥土能夠滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)還可減少水泥用量（約減少1/3），兼顧質(zhì)量和效益的要求。

5.試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：

（1）水泥土的抗壓強(qiáng)度是極為關(guān)鍵的性能指標(biāo)，會(huì)對(duì)水泥攪拌樁的成型效果造成影響，進(jìn)而關(guān)聯(lián)至鹽漬軟土地基的處理效果；從影響水泥土抗壓強(qiáng)度的因素來(lái)看，則包含水泥摻量、水灰比、含鹽量等。

（2）其它條件一致，水泥摻量增加時(shí)，水泥土的抗壓強(qiáng)度提高；水灰比增加時(shí)抗壓強(qiáng)度降低；洗鹽后水泥土的抗壓強(qiáng)度高于未洗鹽時(shí)，表明含鹽量偏高時(shí)將導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度偏低。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章首先簡(jiǎn)述鹽漬土及其成因，再以工程實(shí)例為依托，提出試驗(yàn)方法，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，摸索出對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度造成影響的幾項(xiàng)關(guān)鍵因素，最終確定滿足抗壓強(qiáng)度要求和成本控制要求的水泥土配合比，以供參考。