水泥固化鄱阳湖疏浚土试验研究

王宇姣,柴新军，邓卫平，王世波，张红

（1东华理工大学建筑工程学院，江西南昌 330013；2东华理工大学水文地质学院，江西南昌 330013；3浙江省工程勘察院，浙江舟山 316000）

0 引言

鄱阳湖是中国第一大淡水湖，也是中国第二大湖。价值所在不仅仅表现在经济方面，更重要的是它对生态及环境的影响。近年来，随着经济及基础建设的飞速发展，鄱阳湖流域由于疏浚湖泊、河流清淤等产生了大量疏浚土。由于疏浚土的高含水量、高压缩性、低渗透性及低强度等问题，从岩土工程的角度来看，疏浚土属于不良软弱土。因此，长期以来被大量堆弃，不仅占用大量生产建设用地，而且污染环境。软弱土地基经过处理，不用再建深基础，防止了各类坍塌、下沉、倾斜等恶性事故发生，确保了上部基础和建筑结构的使用安全和耐久性，具有巨大的技术和经济意义。所以采用固化剂对软粘土进行固化，水泥土通常情况下与土性质较接近，一般会产生剪切破坏[2]。黄新等(1994、1995)认为水泥土的强度主要来自水泥水化所产生的水化硅酸钙(C-SH)等水化物的胶结作用，而钙矾石(AFt)的作用却是不确定的，C-S-H和AFt生成量的多少，受到土体本身以及掺入的固化剂两方面的影响。高国瑞等(1996)分析了水泥固化软土的作用机理，由于不同的粘土矿物所消耗的水泥量不同，因此软土的成分决定着水泥掺量的多少。Shirazils认为石灰和粉煤灰的混合物可以消除由于水泥土干缩而容易引起的开裂；Bell在水泥和石灰中分别添加PFA对其加固粘土的效果进行了研究；Millerl等对水泥窖粉尘(CKD)加固处理土体的性能进行了研究。本文通过大量的室内试验研究了水泥掺入比，含水率，水灰比，养护条件等的强度规律和变形规律。

1 试验材料

该实验采用江西省鄱阳湖区域湖底疏浚土作为实验原料土，原料为现场采集后立即用塑胶桶盛装、密封，置于实验室阴凉处。每次实验前均检测其含水量有无变化，用完立即密封。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，拌和水选用蒸馏水.

根据实验研究土样的物理力学指标如表1所示。

表1 物理力学指标

试验方法如下：

（1）将土样从土样桶中取出，在105～110℃温度下烘干，将碾散的风干土样过2mm的筛，取筛下足够试验用的土样，装入保湿缸备用。

（2）根据试验设计的水泥掺入量分别计算出风干土中所需的水泥用量，将风干土与水泥放入容器中充分搅拌均匀。

（3）把搅拌均匀的混合物，分三次填入内径为61.8mm，高度为20mm的环刀内压实，置于阴凉处24h脱模。

（4）放置在标准养护箱内养护7d，养护箱温度为±20℃，湿度为92%。

2 试验结果分析

2.1 水泥对软粘土强度变化规律的影响

在含水率35%，水灰比0.5，养护条件为恒温恒湿养护箱，龄期7d的试验条件下，随着水泥掺量的变化黏聚力也在变化（图1）。

图1 水泥对软粘土强度变化规律的影响

图1为采用多项式曲线函数对其进行回归分析。从图中可以看出随着水泥掺量的增加，黏聚力在逐渐增大，水泥掺量在5%～20%之间黏聚力的增长幅度基本沿直线增长，当水泥掺量超过20%时黏聚力也在增大，但是增长幅度比较缓慢。

2.2 含水率对水泥土力学性质的影响规律

水泥掺入比15%，水灰比0.5，养护条件为恒温恒湿养护箱，龄期7d的试验条件下，随着含水率的变化水泥土抗剪强度的变化见图2。

图2 含水率对水泥土力学性质的影响规律

图2为采用多项式曲线函数对其进行回归分析，从图中可以看出在含水率低于27%时黏聚力处于下降的趋势，这是由于固化剂在发生水化反应时会消耗大量的水，当含水率低于27%时固化剂水化反应不充分，使得强度降低，当含水率超过27%时，随着含水率的增加黏聚力逐渐减小。所以采用水泥做固化剂时含水率的最佳控制点应在25.30%～30%范围内。

2.3 水灰比对水泥土力学性质的影响规律

水泥掺入比15%，含水率35%，养护条件为恒温恒湿养护箱，龄期7d的试验条件下，水灰比对压缩系数的影响见图3。

图3 水灰比对水泥土力学性质的影响规律

图3为采用多项式曲线函数对其进行回归分析，从图中可以看出在水灰比为0.5时的压缩系数处于最低点，水灰比在0.4～0.5时随着水灰比的增加压缩系数逐渐减小，水灰比在大于0.5时，随着水灰比的增加压缩系数在逐渐增大，由此我们可以得出压缩系数受水灰比的影响，对于不含有机质的疏浚土水灰比为0.5时，压缩系数最小，抗压强度最大，是最佳水灰比。

2.4 养护条件对水泥土力学性质的影响规律

表2 养护条件对水泥土力学性质的影响规律

从表2中可以看出，在不同的养护条件下，水泥土的黏聚力和内摩擦角存在比较明显的差异，在自然养护下水泥土的黏聚力最大，在恒温恒湿的养护条件下黏聚力最小。

3 结论

（1）随着水泥掺量的增加水泥土的强度也在增加，当水泥掺量高于一定限度时增加缓慢，影响效果不明显。

（2）含水率对水泥土强度有一定的影响，随着含水率的增大抗剪强度逐渐减小。在水灰比为0.5时水泥土的压缩系数最小。

（3）养护条件不同，水泥土的抗剪强度不同，在自然养护条件下水泥土的抗剪强度最大。

[1]荀勇.有机质含量对水泥土强度的影响与对策[J].四川建筑科学研究，2000，26(3):58-60.

[2]王珊珊，卢成原，孟凡丽.水泥土抗剪强度试验研究[J].浙江工业大学学报，2008，36(4):456-460.

[3]肖武权，冷伍明.律文田深层搅拌法加固软弱土层的室内实验研究 [J].中南大学学报 (自然科学版)，2004，35(3):490-494.