聚乙烯醇纖維在軟土地基加固中的應(yīng)用研究★

王惠民 付佳佳 吳春楊

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

江蘇省毗鄰黃海，擁有豐富的海岸灘涂資源，占全國(guó)海岸灘涂總面積的1/4左右，鹽城市作為江蘇省面積最大，海岸線最長(zhǎng)的城市，其沿海灘涂面積占江蘇省的70%，目前鹽城市未圍灘涂面積(不包括輻射沙脊群)約210萬(wàn)畝，其中潮上帶灘涂面積約40萬(wàn)畝，潮間帶灘涂面積約170萬(wàn)畝，是國(guó)家重要的土地后備資源開發(fā)區(qū)。

鹽城沿海灘涂分布著廣袤的軟弱土層，這種軟弱土層的含水量高、空隙比大、壓縮性高強(qiáng)度低、透水性能極差、抗剪能力差、靈敏度高，不利于進(jìn)行土地開發(fā)，由于城市的發(fā)展需要，往往需要對(duì)這類軟土土層進(jìn)行加固，從而滿足實(shí)際工程的強(qiáng)度要求。

1 灘涂圍墾現(xiàn)狀與問(wèn)題

沿海灘涂是一種重要的土地再生資源，對(duì)其進(jìn)行圍墾開發(fā)。重構(gòu)海陸變遷局勢(shì)，已成為沿海地區(qū)解決土地緊張、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要技術(shù)措施。我國(guó)在灘涂圍墾開發(fā)利用方面研究起步較晚，并且存在很多不足。當(dāng)前采用的灘涂圍墾技術(shù)主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：1)灘涂開發(fā)利用技術(shù)方面；2)圍墾技術(shù)方面；3)灘涂促淤技術(shù)方面；4)生態(tài)圍墾技術(shù)方面等。而制約灘涂圍墾發(fā)展的主要原因有：1)國(guó)家政策措施的不完善；2)地質(zhì)勘探測(cè)量與實(shí)際不符；3)灘涂圍墾技術(shù)的落后等。鑒于灘涂圍墾資源的重大戰(zhàn)略意義，在灘涂圍墾、軟土加固、沿海開放等方面進(jìn)行深入的研究，意義重大。

2 常見(jiàn)的軟土加固方法

常見(jiàn)的軟土加固方法見(jiàn)表1。

3 高分子環(huán)保材料在軟土加固中的應(yīng)用

合成材料主要原材料為聚合物，常見(jiàn)的有塑料，合成橡膠，合成纖維，膠黏劑等。此類合成材料具有過(guò)濾、排水、隔離、加固、防護(hù)作用，在土體加固硬化及施工中有著廣泛的應(yīng)用。

土工合成材料包括土工織物、土工膜、土工網(wǎng)、土工復(fù)合材料等，這些材料用于土體內(nèi)部，表面或者各種土體之間，發(fā)揮價(jià)錢或保護(hù)土體的作用。在粉碎的土中，摻入一定量的固化劑，經(jīng)拌和得到的混合料再經(jīng)擊實(shí)后，土體強(qiáng)度增加，這個(gè)過(guò)程稱為土體的固化。

3.1 鹽城射陽(yáng)河地區(qū)域地層巖性分析

本文所選灘涂軟土區(qū)域位于鹽城射陽(yáng)海陸交互和沉積堆積區(qū)。

根據(jù)相關(guān)地勘報(bào)告，本場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下分述如下：

①雜填土：灰～灰黃色，濕，主要成份為粘質(zhì)粉土，層頂部夾少量植物根莖，松散，土質(zhì)不均勻；

②粘質(zhì)粉土：灰黃色，濕，稍密，見(jiàn)少量鐵錳質(zhì)氧化物斑紋及粘性土條帶，搖震反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，土質(zhì)較均勻；

表1 常見(jiàn)的軟土加固方法

③砂質(zhì)粉土：灰黃色，濕，稍密，夾大量粘性土條帶，見(jiàn)少量云母碎屑，搖震反應(yīng)迅速，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低,土質(zhì)不均勻；

④淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰～灰黃色，飽和，流塑，夾少量粉土團(tuán)塊或薄層，無(wú)搖震反應(yīng)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)較均勻；

⑤粉砂：灰色，飽和，中密，局部密實(shí)，見(jiàn)少量云母碎屑與貝殼碎屑，粘粒含量平均為5.6%，土質(zhì)不均勻；

⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，夾少量粉土團(tuán)塊或薄層，無(wú)搖震反應(yīng)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)較均勻。

本場(chǎng)地分布第④層、第⑥層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土軟土層，該土層厚度較大，呈流塑狀，強(qiáng)度低，觸變性大，為擬建場(chǎng)地之不良土層。需要對(duì)此類土層進(jìn)行加固處理，以滿足使用要求。

3.2 原狀土試配試驗(yàn)

試驗(yàn)用軟土選自鹽城射陽(yáng)河地區(qū)，其主要物理性質(zhì)如表2所示。

表2 主要物理性質(zhì)

3.3 高分子環(huán)保材料摻合土與普通原狀土對(duì)比試驗(yàn)

3.3.1試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)采用聚乙烯醇纖維加固軟土。

高分子合成樹脂加入土中后，通過(guò)單體在土中發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚合物。聚合物合成后，將發(fā)生如下反應(yīng)：1)在土體中產(chǎn)生大量有機(jī)離子，置換土顆粒表面的離子，并且提供了連接土粒的離子鍵。2)聚合物進(jìn)一步發(fā)生聚合作用，生成強(qiáng)度高、有塑性鏈的大分子物質(zhì)，將土顆粒包圍起來(lái)，并使之受到鍵合，與土顆粒形成一個(gè)強(qiáng)大的三維空間，從而提高土體強(qiáng)度。

測(cè)定不同聚乙烯醇纖維摻量的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試。試驗(yàn)時(shí)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試塊為直徑為3.91 cm、高為8 cm的標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸。

3.3.2試件的制備

通過(guò)前期物理性能的試驗(yàn)，得到鹽城地區(qū)軟土的最優(yōu)含水量為17%，試驗(yàn)所制備的土樣均在最優(yōu)含水量的條件下制得。

將制備的土料風(fēng)干后粉碎，過(guò)2 mm篩，得到實(shí)驗(yàn)原狀土。首先將過(guò)篩后的風(fēng)干土料加水配制到最優(yōu)含水量的土樣，再將聚乙烯醇纖維按一定配比倒入攪拌機(jī)中干拌均勻，然后分別制備成若干組土樣試樣備用。分別對(duì)原狀土和摻加不同含量的聚乙烯醇纖維的土樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，按照相關(guān)規(guī)范，設(shè)定標(biāo)養(yǎng)溫度為20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度95%，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d，28 d，分別取不同齡期土體試塊待測(cè)。

考慮到摻入材料與土體結(jié)合的性能，以及后期大量使用的經(jīng)濟(jì)成本，本研究聚乙烯醇纖維摻入量分別為0%，3%，6%，9%，12%。

3.3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比與分析

針對(duì)每組相同含水量的土樣，分別對(duì)原狀土和不同齡期摻加聚乙烯醇纖維的土樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 MPa

由試驗(yàn)過(guò)程可知，在同等含水量的條件下，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得知：摻有聚乙烯醇纖維的土樣比普通土樣強(qiáng)度高；不同養(yǎng)護(hù)齡期也對(duì)土樣的強(qiáng)度有著影響，同樣聚乙烯醇纖維摻量土樣，28 d齡期比7 d齡期強(qiáng)度更高。綜合分析，對(duì)土樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，土體的強(qiáng)度會(huì)隨之增強(qiáng)；聚乙烯醇纖維摻量在6%左右，土體的強(qiáng)度最大。由試驗(yàn)結(jié)果分析，在普通土體中摻加聚乙烯醇纖維可以提高土體的強(qiáng)度。

4 結(jié)論與展望

本文通過(guò)研究鹽城射陽(yáng)地區(qū)灘涂軟土的主要物理性質(zhì)，結(jié)合灘涂開發(fā)與軟土加固的研究現(xiàn)狀，選取了高分子環(huán)保材料聚乙烯醇纖維對(duì)所選土樣進(jìn)行了加固處理，并且分析不同養(yǎng)護(hù)齡期，不同摻量情況下的土樣強(qiáng)度。得出了如下結(jié)論：

1)摻加了高分子環(huán)保材料聚乙烯醇纖維的土體強(qiáng)度明顯強(qiáng)于原始土體，能夠滿足基本的使用要求，實(shí)際應(yīng)用中可以選取最優(yōu)摻量的聚乙烯醇纖維對(duì)土體進(jìn)行加固處理。

2)養(yǎng)護(hù)齡期的長(zhǎng)短對(duì)土體的強(qiáng)度也有影響，齡期越長(zhǎng)，土體強(qiáng)度越高。

本文所選取的高分子環(huán)保材料相比于其他無(wú)機(jī)材料成本相對(duì)較高，大面積推廣使用還需要進(jìn)一步研究。但高分子環(huán)保材料可以運(yùn)用于有特殊使用要求的土體加固，并且對(duì)今后高分子材料在土體加固方面的研究提供借鑒和參考。