硬化劑對軟土地基土壤力學性能影響

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【摘要】主要研究了GS土體硬化劑固化處理軟土地基土壤后，GS土體硬化劑摻量和養護齡期變化對加固土力學性能的影響規律。研究發現，GS土體硬化劑能顯著提高加固土的無側限抗壓強度、抗剪強度和壓縮模量，明顯降低壓縮系數，能使得加固土在養護早齡期就具有良好的力學性能。

【關鍵詞】加固土；GS土體硬化劑；軟土地基土壤；力學性能；應用

1引言

隨著地下建筑工程的日益增多，包括水泥等在內的各種土體硬化劑在地基加固處理中已得到廣泛的應用和研究[1，2]。為了拓展工業固體廢棄物資源化利用領域，針對上海市地質特點和軟土地基較多的特點，寶武集團環境資源科技有限公司與同濟大學等單位合作開發應用于基礎土體和基坑圍護工程軟土地基土體加固處理用的GS土體硬化劑。該產品以寶武集團工業廢棄物為主要組成材料，具有綠色環保、性能優良等特點，是一種綜合性能優良的新型土壤固化處理材料。為明確GS土體硬化劑的工程特性，以及其在軟土地基加固處理工程中的實踐應用效果，急需開展GS土體硬化劑加固處理軟土地基土壤的研究。

2試驗

2.1原材料

GS土體硬化劑：寶武集團環境資源科技有限公司研發生產的GS土體硬化劑，主要是由寶武集團的多種工業廢棄物組成，并輔以少量添加劑而制成。該土體硬化劑性能測試結果如表1所示。土壤：從某工程軟土地基取得的淤泥質土壤，水：自來水。

2.2試驗方法

按照國家行業標準JGJ/T233—2011《水泥土配合比設計規程》進行GS土體硬化劑固化土壤后得到的加固土性能測試，性能主要包括無側限抗壓強度、抗剪強度、壓縮特性等。GS土體硬化劑摻量為土壤質量的8%、10%、13%和16%。考慮加固土工作性能，水灰比固定為1.0。樣品制備時，首先將土壤破碎、烘干、粉碎，并篩除5mm以上的大顆粒；然后將土壤、GS土體硬化劑、水等放入水泥膠砂攪拌機中，攪拌均勻為止（一般為10min）；然后按照JGJ/T233—2011《水泥土配合比設計規程》進行樣品成型制備，實驗室養護48h后，放入（20±1）℃水中養護至規定齡期。

3結果與討論

3.1GS土體硬化劑對加固土無側限抗壓強度的影響

加固土的無側限抗壓強度是衡量加固土力學性能最基本指標，因此，本文首先研究了GS土體硬化劑摻量變化及養護齡期對加固土無側限抗壓強度的影響，如圖1所示。可以看出，無論養護齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的無側限抗壓強度均呈現出逐漸增大的趨勢。這表明，GS土體硬化劑能使得加固土具有較高的無側限抗壓強度，且其摻量越大，越有利于提高加固土的無側限抗壓強度。養護齡期也顯著影響加固土的無側限抗壓強度，GS土體硬化劑摻量不變的情況下，隨著養護齡期延長，加固土無側限抗壓強度也均呈現出逐漸增大趨勢；早齡期時的增幅相對較小，而28d以后的增幅較大。養護齡期7d和14d時，加固土無側限抗壓強度隨GS土體硬化劑摻量增大而增大的趨勢較緩；但養護齡期28d和90d時，加固土無側限抗壓強度隨GS土體硬化劑摻量增大而顯著增大。這表明，養護齡期有利于提高加固土的無側限抗壓強度，加固土無側限抗壓強度隨著養護齡期延長和GS固化劑摻量增大而顯著增大。

3.2GS土體硬化劑對加固土抗剪強度的影響

在控制垂直壓力固定為300kPa條件下，試驗測試了GS土體硬化劑摻量變化及養護齡期對加固土抗剪強度的影響，如圖2所示。可以看出，無論養護齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的抗剪強度也均呈現出逐漸增大的趨勢。這表明，GS土體硬化劑能使得加固土具有較高的抗剪強度，且其摻量越大，越有利于提高加固土的抗剪強度。養護齡期也顯著影響到加固土的抗剪強度，GS土體硬化劑摻量不變情況下，隨著養護齡期延長，加固土抗剪強度也均呈現出逐漸增大趨勢；早齡期時的增幅相對較大，而28d以后的增幅相對較小。養護齡期7d時，加固土抗剪強度隨GS土體硬化劑摻量增大而增大的趨勢較緩；但養護齡期14d以后，加固土抗剪強度隨GS土體硬化劑摻量增大而顯著增大。這表明，養護齡期有利于提高加固土的抗剪強度，加固土抗剪強度隨著養護齡期延長和GS固化劑摻量增大而顯著增大。

3.3GS土體硬化劑對加固土壓縮性能的影響

加固土的壓縮性能通常可用壓縮系數和壓縮模量來評價。GS土體硬化劑摻量變化及養護齡期對加固土壓縮系數的影響，如圖3所示。可以看出，無論養護齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的壓縮系數均呈現出逐漸降低的趨勢。這表明，GS土體硬化劑能使得加固土具有較小的壓縮系數，且其摻量越大，越有利于降低加固土的壓縮系數。養護齡期也顯著影響到加固土的壓縮系數，GS土體硬化劑摻量不變情況下，隨著養護齡期延長，加固土壓縮系數也均呈現出逐漸降低趨勢。這表明，養護齡期也有利于降低加固土的壓縮系數。同時，除了7d和14d齡期的GS土體硬化劑摻量8%的加固土，GS土體硬化劑不同摻量的加固土在各齡期下的壓縮系數均小于0.1MPa-1，相比于表2中該軟土地基土壤的壓縮系數，加固土的壓縮系數大幅降低。這表明，GS土體硬化劑能顯著降低軟土地基土壤的壓縮系數，使得固化處理后的加固土表現為低壓縮性土體。GS土體硬化劑摻量變化及養護齡期對加固土壓縮模量的影響，如圖4所示。可以看出，無論養護齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的壓縮模量均呈現出逐漸增大的趨勢。這表明，GS土體硬化劑能使得加固土具有較高的壓縮模量，且其摻量越大，越有利于提高加固土的壓縮模量。養護齡期也顯著影響到加固土的壓縮模量，GS土體硬化劑摻量不變情況下，隨著養護齡期延長，加固土壓縮模量也均呈現出逐漸增大趨勢；14d齡期以后的增幅相對較大。這表明，養護齡期有利于提高加固土的壓縮模量，加固土壓縮模量隨著養護齡期延長和GS固化劑摻量增大而顯著增大。綜合加固土的壓縮系數和壓縮模量變化情況可知，GS土體硬化劑能使得軟土地基土壤固化處理后的加固土在養護早齡期就呈現出低壓縮系數和高壓縮模量的特點。

4結論

基于GS土體硬化劑對軟土地基土壤固化處理后的加固土力學性能的影響規律研究，可得到以下結論：（1）GS土體硬化劑和養護齡期對軟土地基土壤固化處理后的加固土不同力學性能具有顯著而又不同的影響；（2）GS土體硬化劑能顯著提高加固土的無側限抗壓強度、抗剪強度和壓縮模量，明顯降低加固土的壓縮系數，且摻量越大，作用效果越明顯；（3）隨著養護齡期延長，加固土的無側限抗壓強度、抗剪強度和壓縮模量明顯增大，壓縮系數降低，且隨著養護齡期延長，上述變化越明顯。綜上可知，GS土體硬化劑可用于軟土地基土壤的固化處理，能使得軟土地基土壤固化處理后的加固土在養護早齡期就具有良好的力學性能，表現出較高的高無側限抗壓強度、抗剪強度和壓縮模量，以及較低的壓縮系數。

【參考文獻】

【1】張大捷,田曉峰,侯浩波.礦渣膠凝材料固化軟土的力學性狀及機制[J].巖土力學,2007,28(9):1987-1991.

【2】樊恒輝,高建恩,吳普特,等.水泥基土壤固化劑固化土的物理化學作用[J].巖土力學,2010,31(12):3741-3745.

作者：張沈裔 康明 胡家棟 單位：上海寶鋼新型建材科技有限公司