GS 新型固化劑加固濱海軟土地層試驗研究

程占括，蔡 強，李金軒

（1.東華理工大學水資源與環(huán)境工程學院，江西 南昌 330013；2.安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232000）

0 引言

隨著我國科學技術的不斷提升，在土工建設方面的要求越來越高，對關乎人們生命安全的建筑越來越受到重視，對建筑物的地基要求也越嚴格。我國有著大量的軟土分布且區(qū)域類型繁多，如三角洲沉積、濱海相沉積、溺谷相沉積、內陸湖泊相沉積等［1］。軟土地基作為目前工程建設中常用的建設地基之一，在日常工程建設當中發(fā)揮著不可或缺的作用。軟土地基的合理利用，不僅可以做到物盡其用，還可以節(jié)省土地資源，做到合理規(guī)劃，戰(zhàn)略發(fā)展，符合我們國家經濟建設的發(fā)展。然而天然軟土地基并不能滿足建筑物對地基的要求，對人們的生命安全造成嚴重的威脅，因此在工程建設當中，需要對軟土地層進行加固處理，各種加固軟土的措施和技術層出不窮，其中注漿技術是當今研究的一個非常重要的課題。國內外學者對注漿技術也進行了更深層次的研究，如：肖華溪［2］對深厚軟土鉆孔灌注樁的研究，得出注漿技術可以有效改善鉆孔灌注樁的缺陷，使得其能在工程建設當中發(fā)揮更好的作用；梁文泉等［3］對 GA 新型系列土壤固化劑的性能及固化機理進行了研究，得出了 GA 新型系列固化劑的一些加固優(yōu)勢；張玉蘋等［4］就無機土壤固化劑對黏土無側限抗壓強度的影響進行了研究，得出在摻入固化劑以后，土體的抗壓強度確實能得到提高。

軟土的加固處理離不開固化劑。固化劑的選用，關乎著對軟土處理的好壞。國內外常用的固化劑按其組成形態(tài)可大致分為兩種，一種是液體泥土固化劑，另一種是粉體/固體土體固化劑；若按組成成分劃分則為無機類、離子類與有機聚合類固化劑［5］。因軟土的性質各異，所以對軟土所使用的固化劑的種類也各不相同，加固機理也各不相同。

1 試驗材料及方法

本次試驗所用的材料是福州淤泥軟土，加固劑選用的是 GS 新型固化劑。此次試驗對新型固化劑加固后的軟土進行無側限抗壓強度的試驗，同時為能更好凸顯出新型加固劑的優(yōu)勢，采用控制變量的方法，做了另外一組以傳統(tǒng)水泥加固的軟土無側限抗壓強度對照試驗。水泥采用的是傳統(tǒng)的標準硅酸鹽水泥 P·O42.5R。同時又就新型固化劑摻入量、養(yǎng)護齡期這兩方面，分析其對新型加固劑加固軟土效果的影響，得出新型固化劑加固效果與其之間的關系。最后根據試驗所得數據結果，在確定水灰比的情況下，歸納總結出當取得最佳加固效果時新型固化劑的摻入量。具體試驗材料用量指標如表 1～ 2 所示。

根據試驗要求，使用專用模具、根據規(guī)范制備所需試樣：模具采用 76 mm×38 mm 圓柱形模具；每組試件用泥漿凈液攪拌機攪拌，將固化劑、土、水攪拌均勻，攪拌時間在 10～20 min 之間。

制備好試樣后，分別對其進行無側限抗壓強度試驗，本次試驗所采用的儀器是 GDS 標準應力路徑三軸試驗儀，依據相關規(guī)范嚴格操作，安裝好試樣，然后施加不同荷載（變形速率取 0.76 mm/min），將所得數據記錄下來，根據試驗所得數據，利用相關公式進行分析計算，總結規(guī)律，得出結論。

2 試驗結果分析

1）本次試驗采用控制變量法，將分別使用了新型固化劑和傳統(tǒng)水泥加固后軟土的無側限抗壓強度試驗結果進行對比，發(fā)現新型加固劑較 P·O42.5R 水泥來講，加固效果更明顯、更有益，能以更少的加固劑的量達到更好的加固效果，更經濟、實惠。具體結果如表3～5 所示。

表1 材料選用量表一

表2 材料選用量表二

由表 3～5 數據可以看出：整體而言，軟土的抗壓強度在分別使用了兩種固化劑后都有所提升。然而，由這些數據明顯可以看出，新型加固劑加固軟土的加固效果明顯要比用傳統(tǒng)水泥加固軟土的加固效果要好得多。如：在確定水灰比為 1，當固化劑摻入量為 10 %、養(yǎng)護齡期為 28 d 時，使用 P·O42.5R 水泥加固后的軟土的抗壓強度為 0.64 MPa，而使用新型加固劑加固后的軟土抗壓強度值達到 1.25 MPa，幾乎是水泥加固后強度的兩倍。新型固化劑加固軟土后，軟土的抗壓強度在前期變化較大，在后期變化不是特別明顯，在前期差不多達到峰值，養(yǎng)護時間相對來說更短，用量也更少，相比于傳統(tǒng)水泥的加固效果，新型固化劑加固效果更好。

2）為了進一步凸顯出新型加固劑的優(yōu)勢，也為了探討摻入比以及養(yǎng)護齡期對新型加固劑加固效果的影響，得出此次試驗的新型固化劑的最優(yōu)摻入比，并對所得出的數據進行進一步分析，具體結果如表 6 所示。

由表 6 可知，當養(yǎng)護齡期為 7 d，固化劑的摻入量由 10 %→14 % 時，新型固化劑的抗壓強度增量為 2.07，增量系數為2.73；在相同條件下，傳統(tǒng)水泥的抗壓強度僅有 0.46，增量系數僅為 1.07。由此可以看出，新型加固劑的加固效果要比傳統(tǒng)水泥的加固效果好很多。當新型固化劑摻入量由 14 %→16 % 時，新型固化劑的抗壓強度增量僅為 0.62，增量系數為 0.22，可以推斷出，新型加固劑的早期強度比較高，后面強度變化不大，很早就達到峰值。初步可以推斷出此次試驗加固劑最優(yōu)的固化劑摻入比在 10 %～14 %。

3）固化劑摻入量對加固后軟土無側限抗壓強度的影響。從圖 1～3 可以看出，新型固化劑加固效果要比傳統(tǒng)水泥的加固效果更好。當新型固化劑摻入量在 10 %～14 % 時，加固效果非常地明顯，抗壓強度上升速率也非常地快；當摻入量在 14 %～16 % 時，抗壓強度的上升速率變緩，加固效果較之前不是特別的明顯。由此可以推斷出：此次試驗新型固化劑的最優(yōu)摻入量在 10 %～14 %。同時還可以看出，當新型固化劑摻入在 10 % 時達到的加固效果和傳統(tǒng)水泥在摻入量為 14 % 時達到的加固效果基本一致，新型加固劑的用量更少，達到的加固效果更好，比傳統(tǒng)水泥更具有優(yōu)勢。

表3 新型固化劑加固軟土試驗結果

表4 P·O42.5R 水泥加固軟土試驗結果

表5 水泥與新型固化劑加固軟土試驗對比結果

表6 新型固化劑與傳統(tǒng)水泥固化土在不同養(yǎng)護齡期下無側限抗壓強度增量系數變化表（一）

圖1 7 d 新型加固劑與水泥摻量與加固軟土后無側限強度關系

圖2 14 d 新型加固劑與水泥摻量與加固軟土后無側限強度關系

圖3 28 d 新型加固劑與水泥摻量與加固軟土后無側限強度關系

4）為了進一步研究養(yǎng)護齡期對新型加固劑加固軟土的影響，對試驗做了進一步分析，具體結果如表7 所示。由表 7 可以看出，當新型固化劑的摻入量為10%，養(yǎng)護齡期由 7 d→14 d 時，固化土抗壓強度增量只有 0.23，增量系數為 0.30；當養(yǎng)護齡期由 14 d→28 d 時，增量是 0.26，增量系數為 0.26，固化土的抗壓強度變化不大。由此發(fā)現，固化后的軟土的抗壓強度與養(yǎng)護齡期之間關系不大，使用新型加固劑加固后軟土的抗壓強度基本上在前期就已經達到峰值。

表7 新型固化劑與傳統(tǒng)水泥固化土在不同養(yǎng)護齡期下無側限抗壓強度增量系數變化表（二）

圖4 10 % 固化劑摻入量固化軟土后養(yǎng)護齡期與軟土的無側限強度關系

圖5 14 % 固化劑摻入量固化軟土后養(yǎng)護齡期與軟土的無側限強度關系

圖6 16 % 固化劑摻入量固化軟土后養(yǎng)護齡期與軟土的無側限強度關系

5）試樣養(yǎng)護齡期對固化劑加固后的軟土無側限抗壓強度的影響。由圖 4～6 可知，新型加固劑比傳統(tǒng)水泥加固軟土的效果更好，更具有優(yōu)勢。新型固化劑的摻入量在 10% 時，加固效果不是特別明顯；當固化劑摻入量在 14 %、16 % 時，加固軟土的抗壓強度并沒有隨著齡期的增大而變大，加固效果并不明顯。由此可以推斷出，新型固化劑加固后的軟土的抗壓強度跟養(yǎng)護齡期之間關系不是很大，進一步確定，本次試驗新型固化劑的最優(yōu)摻入量在 10 %～14 % 之間。

3 結論

本次試驗通過將新型固化劑和傳統(tǒng)水泥加固軟土的無側限抗壓強度進行了對比，凸顯出了新型固化劑的優(yōu)勢，對所得出的數據進行了分析，得到以下結論。

1）新型固化劑加固效果較傳統(tǒng)水泥加固效果更好，優(yōu)勢更大。在新型加固劑摻入量在 10 % 時，所得到的加固效果能達到傳統(tǒng)水泥摻入量為 14 % 時達到的效果，且用量更少，節(jié)省了工程建設的成本，更經濟、實惠。

2）此次試驗水灰比確定為 1，新型固化劑在加固效果達到最好的時候固化劑的摻入量在 10 %～14 % 之間。在以后的工程建設當中，應當根據工程具體情況合理地設置水灰比，合理地確定固化劑的摻入量，爭取以最經濟的方式達到最好的效果。

3）由此次試驗可知，新型固化劑加固軟土后，軟土的抗壓強度在前期就達到峰值，隨著養(yǎng)護齡期的增長，強度值并沒有特別大的變化，一定程度上縮短了工程建設周期，具有非常可觀的經濟價值。