天津市滨海新区固化氯盐渍土抗冻性能研究

赵 军 李 灿 骆昊舒 李宝来

(1.中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075; 2.山西交通科学研究院，山西 太原 030006;3.陕西省交通规划设计研究院，陕西 西安 710065; 4.陕西省地震局，陕西 西安 710068)

天津市滨海新区固化氯盐渍土抗冻性能研究

赵 军1李 灿2骆昊舒3李宝来4

(1.中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075; 2.山西交通科学研究院，山西 太原 030006;3.陕西省交通规划设计研究院，陕西 西安 710065; 4.陕西省地震局，陕西 西安 710068)

以天津滨海新区典型氯盐渍土为研究对象，采用冻融稳定次数和抗冻稳定系数两个指标评判了加固土抗冻性能的好坏，研究表明：冻融稳定次数、抗冻稳定系数能较好的反映出各种加固土抗冻性能的好坏，具有说明性，建议在工程中使用。

抗冻性，冻融稳定次数，抗冻稳定系数

盐渍土在我国分布较为广泛，主要分布在西北干旱地区地势低平的盆地和平原中、华北一些湖盆洼地及沿海地区。我国盐渍土的分布区域差异很大，其工程特性即使在同一区域也有较大区别，而其对工程的影响也因盐渍土的成因、组成等不同而不同。如滨海地区地下水位很高，主要表现为对基础和地下设施的腐蚀，而水位很深地区，主要表现为地基溶陷[1-3]。由于盐渍土中的盐分在外界因素影响下会发生相态的改变，对工程造成不利影响，所以工程中需要对盐渍土进行固化处理，使之更好的适应工程实际中的要求[2-9]。本文以天津滨海新区的盐渍土作为研究对象，对该区固化盐渍土进行抗冻融性能研究分析。该地区极端最低气温与最高气温相差59.2 ℃(-18.3 ℃～40.9 ℃)，多次冻融循环将导致道路路基土体中水分的迁移，降低路基的稳定性。

1 试验方案及结果分析

试验试样采用天津滨海新区的氯盐渍土，冻融循环温度的设定参照当地的气温变化规律(冻结温度：-15 ℃；融化温度：25 ℃)。在进行冻融试验之前先将试样饱水24 h。一个冻融周期为：在-15 ℃恒温冰箱存放12 h，之后在25 ℃标准养护箱中浸水放置12 h。重复冻融直至氯盐渍土样本破坏。在冻融每个循环次数中取出样本(不少于5个)测定无侧限饱水抗压强度，从而得出了不同固化盐渍土的强度随冻融循环次数的变化规律。抗冻性模拟试验中对滨海新区氯盐渍土采用四种不同的加固方案：石灰6%，水泥5%,石灰6%+粉煤灰6%和石灰6%+水泥4%，结果见图1。由图1试验结果可知，不同加固方案固化盐渍土的强度均随冻融循环次数的增长有了较大幅度的降低。从图1可以明显看出不同加固方案冻融强度变化特点：采用两种材料(石灰6%+粉煤灰6%、石灰6%+水泥4%)的加固方案在冻融周期各个阶段强度降幅速率基本一致呈现出线性变化的规律；一种材料(石灰6%、水泥5%)单独加固的方案在冻融周期前期强度下降明显，后期强度下降幅值较小趋于稳定呈现二次曲线变化规律(未进行曲线方程模拟)。

2 抗冻性研究

目前质量衰减率作为抗冻性分析最显著的因子,广泛应用于判定加固方案的抗冻稳定性分析当中。在具有经济意义的道路交通工程中，对路基土强度稳定性有较大影响的是自然气候环境下冻融。因而，在本工程中选用强度衰减率(公式如下)对各不同加固方案的抗冻稳定性做分析比对。

(1)

其中，mi为第i次冻融循环后强度相对于初始值的衰减率，%；P0为强度初始值，即未经冻融试样的强度，MPa；Pi为不同龄期下冻融稳定次数对应的强度值，MPa。

对于不同的冻融次数下的强度衰减率各个加固方案有很大差异，单纯的采用一个i值进行分析显然存在误差，结果也不具有工程参考价值。因此在进行强度衰减分析的同时，也应采取新的参数矫正不同加固方案对冻融周期的敏感性(例如：单种材料加固冻融早期强度急剧衰减，而复合材料加固早期强度衰减较慢，此时的mi值显然不恰当)。在此作者引入冻融稳定次数、抗冻稳定系数这两个参数进行加固方案抗冻性能对比。

冻融稳定次数，实验样本在冻融实验中，强度衰减率趋于稳定时的冻融次数。然而冻融稳定次数无法直观的体现不同固化方案固化盐渍土抗冻性的优劣，故而将冻融稳定时强度与初始强度值的比值也就是抗冻稳定系数K作为比对指标，来反映冻融后强度稳定的衰减程度，见式(2)：

(2)

其中，K为抗冻稳定系数，%。

因此，可以计算出不同配比、不同龄期的冻融稳定次数及抗冻稳定系数值，分别见表1和表2。

表1 样本在不同配比或龄期时的冻融次数

表2 试样在不同配比或龄期对应的抗冻稳定系数

由表1可知，冻融稳定次数与固化盐渍土材料的配比无关，只与其龄期有关。冻融稳定次数当龄期为7 d时均为3次；14 d为5次左右；28 d均为6次；60 d为8次左右。为在工程中评判方便，建议7 d，14 d，28 d和60 d冻融稳定次数分别采用3次，5次，6次和8次。

由上文中定义的抗冻稳定系数可以得出，该值越大也就是冻融稳定时具有较大的强度残留率，也就表明该加固方案具有较好的抗冻性。由表2可以看出：不同加固方案由于材料不同加固效果相差显著。而且材料不同强度发挥的时间不同，导致一些材料早期的加固效果较好，而一些则后期强度较高。如采用单一石灰6%、水泥5%加固方式进行加固的盐渍土在不同龄期时对应的抗冻稳定系数明显低于采用混合材料如石灰6%+粉煤灰6%和石灰6%+水泥4%在同龄期时对应的数值。对于混合材料加固土体，不同的混合材料加固效果也不同。如采用6%石灰+6%粉煤灰混合加固方案的早期抗冻稳定系数低于6%石灰+4%水泥作为加固材料时的值，但是其后期却明显高于6%石灰+4%水泥的加固效果。之所以会出现以上实验结果是因为水泥主要对石灰+水泥类的早期强度做贡献，随着反应的进行，水泥逐渐消耗，强度的增长也变得缓慢。而石灰和粉煤灰类这一加固方案反应较为缓慢，其强度发挥的时间也会延迟，早期强度小，而后期强度随着反应的进行不断的提高。

3 结语

通过对不同配比、不同龄期的试样进行冻融循环研究，取得了以下成果：1)首次提出新的加固抗冻性评价指标：冻融稳定次数和抗冻稳定系数K=Pi/P0×100%。2)进行了不同固化方案的冻融性能研究实验。并且得出以下成果：

虽然加固材料的配比不同但是龄期为7 d，14 d，28 d和60 d时冻融稳定次数均可分别采用3次，5次，6次和8次；石灰6%+粉煤灰6%、石灰6%+水泥4%作为混合材料进行加固的抗冻性指标优于单一材料如石灰6%或水泥5%的加固效果；石灰6%+水泥4%加固方案的早期加固抗冻性高于石灰6%+粉煤灰6%，而后期效果较差。

[1] 徐攸在.盐渍土地基[M].北京：中国建筑工业出版社,1993.

[2] 周 琦，邓 安，韩文峰，等.固化滨海盐渍土耐久性试验研究[J].岩土力学，2007，28(6)：1129-1132.

[3] 骆昊舒.天津市滨海新区固化氯盐渍土综合性能研究[D].西安：长安大学,2009.

[4] 赵海艳，张 渊，韩文峰.我国北方滨海盐渍土的工程特性研究[J].天津城市建设学院学报，2005，11(4)：250-253.

[5] 罗伟甫.盐渍土地区公路工程[M].北京：人民交通出版社，1980.

[6] 新疆公路学会.盐渍土地区公路设计与施工指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[7] 柴寿喜.固化滨海盐渍土的强度特性研究[D].兰州：兰州大学，2006.

[8] 邢爱国，李世争，陈龙珠.高速公路水泥固化盐渍土的试验研究[J].公路，2007(7)：76-79.

[9] 周永祥，阎培渝.固化盐渍土抗冻融性能的研究[J].岩土工程学报，2007,29(1):14-19.

Study on frost-resistance of curing chlorine saline soil in Tianjin Binhai new area

Zhao Jun1Li Can2Luo Haoshu3Li Baolai4

(1.ZhongjiaoTongliConstructionCo.,Ltd,Xi’an710075,China;2.ShanxiInstituteofCommunicationalScience,Taiyuan030006,China;3.ShaanxiProvincialCommunicationPlanningDesignandResearchInstitute,Xi’an710065,China;4.EarthquakeAdministrationofShaanxiProvince,Xi’an710068,China)

Taking curing chlorine saline frost-resistance performance in Binhai new region of Tianjin city as the research target, the article identifies merits and defects of curing soil frost-resistance performance by applying two indicators of freeze-thaw stability times and frost-resisting stability coefficient. The research results show that: freeze-thaw stability times and frost-resisting stability coefficient better reflect curing soil frost-resistance performance and have good illustrative quality, and is suggested to be used in engineering.

frost-resistance, freeze-thaw stability times, frost-resisting stability coefficient

2015-01-16

赵 军(1981- )，男，工程师

1009-6825(2015)09-0065-02

TU448

A