吹填土固化处理试验对比分析

董玉林，胡文浩

(1.辽宁省工程勘查研究院，辽宁 沈阳110032;2.沈阳建筑大学 土木工程学院，辽宁 沈阳 110168)

吹填土是在整理和疏通江河航道，或有计划地围海造地时用挖泥船通过泥浆泵将夹有大量水分的泥砂吹送至岸上洼地形成的沉积土。在我国长江、广州珠江、上海黄浦江以及天津海河等沿海地区均分布着不同性质的吹填土。吹填土的渗透性低，压缩性较高，抗剪强度低。吹填软土地基的加固处理也已成为海海地区基本建设的一个重要问题。一般而言，在吹填土表面形成一定强度的硬壳层，需要在吹填之后经过2～3年的自然沉积固结，这种造陆方式在时间和财力上的消耗很大。

利用土壤固化技术在吹填土的表面制造一层“人工硬壳”层，这种工法改变了人们传统的施工观念，可以为基本建设工程节约了大量的时间;由于固化土可以就地取材，因此其成本低于其它加固方法。

土壤固化技术从20世纪70年代开始蓬勃发展，至今已经形成一门综合性的交叉学科。它涉及建筑基础、海港码头、公路建设、堤坝工事、井下作业、石油开采、垃圾填埋、防尘固沙等多种领域，包括机械方法、物理作用、土工织物、化学胶结等多种手段，综合了力学、结构理论、胶体化学、表面化学等众多理论，它的处理对象也扩充到砂土、淤泥、生活垃圾等多种固体、半固体，处理的目的也不仅仅是单一的加固，还包括增加渗透性、提高抗冻能力、防止污染物质泄漏等诸多方面。

当土壤固化剂与含有一定水分的土壤混合后，即发生一系列物理化学反应，溶液中的高价离子可以改变土壤颗粒表面电荷的特性，降低土壤颗粒间的排斥力，破坏土壤颗粒的吸附水膜，提高土壤颗粒间的吸附力，使土壤中的含水量达到稳定平衡，同时形成结晶盐，土壤中大量形成富含结晶水的针状结晶体，穿插在土壤颗粒空隙间形成强度骨架;其次，水化物填充在强度骨架之中，使固化体系进一步密实;土壤固化剂和部分土壤颗粒参加化学反应，使加固后的场地具有极强的耐久性，防水性和稳定性。

1 固化剂的分类

按照材料的物质组成特点，土壤固化剂可分为无机型、离子型、复合型固化剂三大基本类型。

无机类固化剂一般为粉末状，多采用工业废料作为主固剂，添加各种激发剂配制而成。主固剂包括粉煤灰、各类矿渣、煤矸石或水泥、沸石、石灰等，激发剂主要包括各种硫酸盐类、各种酸类和其他无机盐，也包含少量的表面活性剂等其他有机材料。添加无机类土壤固化剂的固化土性能比较稳定，在正常条件下，其性能可保持30～50年基本不变。由于添加了一些工业废料和较易取得的建筑材料，而且施工简便，不仅可以降低工程造价，而且还具有环保和节能意义。

离子型固化剂是由含有多种强离子的粘稠状液体物质组成，离子型固化剂，具有以下几方面特点:

(1)持续作用时间长，固化土体强度高;

(2)加固土体为柔性基层，不易产生裂缝;

(3)材料对人、动物、植物没有毒害作用，是绿色产品。

复合型固化剂是指采用两种或两种以上化学物质按一定比例配合，形成一种新型固化材料，改善土的物理力学性质。从形态上看，复合型固化剂包括固态和液态两种;从化学组成上看，有主固化剂和助固化剂两部分。

本次试验采用的固化剂属于复合型固化剂。

2 固化剂的加固机理

土壤固化剂加固机理可以分为以下几个方面:

(1)土壤固化剂与含有一定水分的土壤混合后，即发生一系列物理化学反应，溶液中的高价离子可以改变土壤颗粒表面电荷的特性，降低土壤颗粒间的排斥力，破坏土壤颗粒的吸附水膜，提高土壤颗粒间的吸附力，使土壤中的含水量达到稳定平衡，同时形成结晶盐，在土壤中大量形成富含结晶水的针状结晶体，穿插在土壤颗粒空隙间形成强度骨架;

(2)水化物填充在强度骨架之中，使固化体系进一步密实;

(3)土壤固化剂和部分土壤颗粒参加化学反应，使加固后的场地具有极强的耐久性、防水性和稳定性。

3 试验材料

3.1 土样

试验土样取自为丹东沿海的吹填土，分为两种土样，其中土样A主要未吹填的细砂;土样B为吹填细砂和淤泥的混合物。两种土样天然含水率为32%～40%。

3.2 固化剂

本试验选用的固化剂主要成分为水泥、粉煤灰和激发剂。

3.3 击实试验

本次试验的采用的是电动击实试验，分为以下几个步骤:

(1)取制备好的混合土分3次装入击实筒内，每次填入得土样量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3，每层击27下，击实锤应自由垂直下落，锤迹应均匀分布在土样表面。每层击实后，将层面“拉毛”，以利于层间结合，然后再次填入土样进行击实。

(2)重复上述方法，对其它土样进行击实。试样击实后，试样不应当高出自筒顶面5 mm，且不能低于筒面。

(3)用削土刀沿套筒内壁削齐，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，并脱模。

(4)把试件放于标准环境下养护14 d。

(5)将养护好试件放到压力机上进行压缩试验并记录试验数据。

4 试验结果以及对比

4.1 无侧限抗压强度对比分析

通过室内压缩试验得到土样A和土样B的无侧限抗压强度和弹性模量。表1、表2分别给出了土样A、B在固化剂不同掺入比时，试样的无侧限抗压强度和弹性模量。图1、图2为不同掺入比时，试样的应力应变关系。

表1 土样A固化剂与强度和弹性模量的关系

表2 土样A固化剂与强度和弹性模量的关系

图1 土样A不同掺入比的应力—应变曲线

图2 土样B不同掺入比的应力—应变曲线

从表1、2和图1、2可以看出，无侧限抗压强度和弹性模量随着固化剂的掺入比增加而加大。由于土样B为吹填细砂和淤泥的混合物，因此，土样A的固化效果低于土样B。

4.2 试件的破坏方式

在无侧限压缩试验过程中，试件的破坏一般分为四个阶段:第一阶段，当荷载较小时，试件的破坏从表面开始出现一些细微裂缝，随着荷载的增加裂缝逐渐变大;第二阶段裂缝由外向试件的中间扩展，表面裂缝加大加宽;第三阶段，试件的表面开始剥落，而试件的两端无明显破坏，见图3土样表面开始剥落;第四阶段，试件的四周剥落，两端呈锥子状相连，试件完全破坏，见图4土样完全破坏。

图3 土样表面开始剥落

图4 土样完全破坏

5 结语

固化剂的加入使吹填土的抗压强度和弹性模量有了显著提高。

固化剂对吹填土的无侧限抗压强度的影响是多方面的，包括:固化剂的不同配比，固化剂的掺入量，龄期的长短，而对于同一种固化剂在不同土体中，固化剂对土体的影响也是有所差异的。

本文利用固化剂对吹填土固化仅是一个尝试，在实际工程中对吹填土的固化处理尚需要进行大量的试验。

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