■林 鹏

(福建省交通建设工程监理咨询公司，福州 350001)

1 引言

水泥土是利用特定的搅拌机械将水泥粉(浆)强制搅拌到地基内形成的加固体，由于其具有无污染和加固费用低等显著优点，在地基加固、挡墙支护和防渗工程中得到了广泛应用。但是近年来，搅拌桩在处理有机质含量较高的深厚软基时，不断出现工程质量问题[1]。究其原因，是因为加固土体中的有机质含量较高，影响了软土与水泥的固化反应。因此，有机质对水泥土强度的影响是国内外研究的一个重要课题。邵玉芳[2]等以杭州市粉质粘土为例，研究了腐殖酸对水泥强度的影响；潘永灿[3]掺加磷石膏和粉煤灰到水泥土中，通过试验发现掺加后有助于水泥土强度的提高；焦志斌等[4]对水泥土的固化做了定性分析。由于海相淤泥一般具有较高含量的有机质，对水泥土强度影响较大，针对海相淤泥有机质对水泥土强度影响的研究较少。因此，本文将进行不同有机质含量的海相淤泥加固试验，同时分析龄期和添加剂对固化强度的影响。

2 试验概况

2.1 土质条件

试验土样取自泉州市，该场地地表为粉质粘土，厚度为0～1.6m；下部为海相沉积的淤泥和淤泥质土，灰黑色～黑色，流塑～软塑，厚度为2.4～9.2m，下伏花岗岩风化残积土，深度未揭露。其中，淤泥和淤泥质土含水量较高，且含有一定含量的有机质，其中有机质含量测定通过重铬酸钾容量法，淤泥和淤泥质土的主要物理力学性质指标见表1 所示。

表1 淤泥和淤泥质土的主要物理力学性质指标

2.2 试验方法

为研究有机质含量对水泥土强度的影响，试验前首先将取回的淤泥进行风干粉碎处理，在风干的土体内添加有机质(该有机质为某公司生产的腐殖酸钠)。根据设计的有机质含量，将风干土、有机质、蒸馏水和水泥粉按比例进行混合，并充分搅拌均匀，然后倒入试件7.07cm×7.07cm×7.07cm 的正立方体模具中。含水量配制成与现场土体的相同，所有试件的水泥掺量均为10%。同时为研究添加剂对其强度的贡献作用，试验对淤泥还掺加一定比例的粉煤灰进行测试。倒入模具后进行适当人工振捣使其密实，并装入塑料袋内进行密封绑扎(防止水分蒸发)，放入自来水中进行养护。试件养护3d时，进行脱模，放入标准养护室(温度20±3℃，相对湿度为100%)进行养护。试件分别养护7d、14d、28d 和60d 时进行无侧限抗压强度试验，压缩速率为1mm/min，每个条件的试样取3 个试件的算术平均值作为其无侧限抗压强度值。若某个试件的测试结果与平均值之差超过平均值的15%时，则将该结果剔除，采取其余2个数据的平均值。

3 试验结果分析

3.1 龄期对无侧限抗压强度的影响

试验结果表明，水泥土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增长而提高，这是因为龄期越长，水泥与软土的水化反应越充分。在60d 龄期内，水泥土强度一直提高。工程上，有时为了缩短工期，希望提前明确水泥土的强度，可以采用7d 强度预测到其它时间的强度。以7d 龄期为基准，其它龄期T 的强度quT与7d 强度qu7之比定义为强度比。则各个有机质含量的强度比汇总于表2 中，其与龄期的关系绘制于图1 中。依据式(1)可以由水泥土7d 龄期时的强度，预测出龄期为T 时的强度。

通过数值回归得到强度比与龄期的经验关系式为：

式中，quT和qu7分别为水泥土龄期为T 和7d 时的无侧限抗压强度(MPa)，T 为固化龄期(d)。

图1 强度比quT/Qu7 与龄期T 之间的关系

3.2 有机质含量对无侧限抗压强度的影响

淤泥有机质含量与制备的水泥土无侧限抗压强度之间的关系绘制于图2 中。可以看出，各个龄期的水泥土，随着有机质含量的增大，水泥土强度呈现逐渐递减的趋势，两者之间近似呈线性关系。有机质含量由5.2%增加到14.2%时，后者水泥土强度约是前者的57%～74%。这是因为有机质存在时，其内部的富里酸与水泥矿物吸附后形成一层吸附层，这种吸附层能够延缓水泥水化的进程；再者在已经生成的水化铝酸钙等晶体中，富里酸对含铝矿物特殊的分解作用使得这些水化产物产生解体，破坏了水泥土的内部结构，进而阻碍了水化反应。储诚富等[1]通过试验研究发现相对于土体的粘粒含量、PH 值等因素，有机质含量对水泥土的影响最大。由此，当淤泥的有机质含量较高时，对采用搅拌桩的工程须谨慎其强度。

图2 有机质含量与无侧限抗压强度之间的关系

3.3 添加剂对无侧限抗压强度的影响

通过比较无添加剂和添加8%粉煤灰的水泥土无侧限抗压强度，可以发现添加后，其强度有了明显幅度的提高，见图3 所示。添加8%粉煤灰后，水泥土强度比无添加时提高了25%～72%。粉煤灰能够提高有机质含量水泥土的强度，其原因主要有二：(1)粉煤灰的主要成分SiO2、Al2O3、Ca(OH)2发生火山灰效应，生产了大量水化硅酸钙、铝酸钙，这样大大提高了水泥土强度；(2)Ca(OH)2提高了PH 值，中和了部分有机质富里酸，削减了富里酸吸附层的厚度，促进水泥的水化反应。

图3 添加剂对水泥土强度的影响

4 结论

通过对不同有机质含量的海相淤泥进行水泥土配方试验，测试其不同龄期的无侧限抗压强度，通过研究主要得到了以下结论：

(1)水泥土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增长而提高，得出了以水泥土龄期为7d 时的强度，预测龄期为T 时的强度公式。

(2)随着有机质含量的增大，水泥土强度呈现逐渐递减的趋势，两者之间近似呈线性关系。有机质含量由5.2%增加到14.2%时，后者水泥土强度约是前者的57%～74%。

(3)添加8%粉煤灰后，水泥土无侧限抗压强度有了明显幅度的提高，添加后水泥土强度比无添加时提高了25%～72%。

[1]储诚富，邵俐，刘松玉,等.有机质含量对水泥土强度影响的室内定量研究[J].岩土力学，2006.27(9)：1613-1616.

[2]邵玉芳，龚晓南，徐日庆,等.腐殖酸对水泥土强度的影响[J].江苏大学学报(自然科学版)，2007.28(4)：354-357.

[3]潘永灿，蒋莹玉.水泥土强度受有机质含量影响试验研究[J].盐城工学院学报，2002.15(1)：29-31.

[4]焦志斌，盛华兴，马建国,等.深层搅拌桩加固应天河套闸软基工程[J].水运工程，2004(8)：70-73.