GS土體硬化劑對軟土地基土壤加固土力學(xué)性能影響的研究

張沈裔，康明，胡家棟

（上海寶鋼新型建材科技有限公司，上海200942）

1 引言

隨著地下建筑工程的日益增多，包括水泥等在內(nèi)的各種土體硬化劑在地基加固處理中已得到廣泛的應(yīng)用和研究[1，2]。為了拓展工業(yè)固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，針對上海市地質(zhì)特點和軟土地基較多的特點，寶武集團(tuán)環(huán)境資源科技有限公司與同濟(jì)大學(xué)等單位合作開發(fā)應(yīng)用于基礎(chǔ)土體和基坑圍護(hù)工程軟土地基土體加固處理用的GS土體硬化劑。該產(chǎn)品以寶武集團(tuán)工業(yè)廢棄物為主要組成材料，具有綠色環(huán)保、性能優(yōu)良等特點，是一種綜合性能優(yōu)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(yīng)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(tuán)環(huán)境資源科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的GS土體硬化劑，主要是由寶武集團(tuán)的多種工業(yè)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(jié)果如表1所示。土壤：從某工程軟土地基取得的淤泥質(zhì)土壤，水：自來水。

表1土體硬化劑的性能測試結(jié)果

2.2 試驗方法

按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計規(guī)程》進(jìn)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(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、壓縮特性等。GS土體硬化劑摻量為土壤質(zhì)量的8%、10%、13%和16%?？紤]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(jī)中，攪拌均勻為止（一般為10min）；然后按照J(rèn)GJ/T 233—2011《水泥土配合比設(shè)計規(guī)程》進(jìn)行樣品成型制備，實驗室養(yǎng)護(hù)48h后，放入（20±1）℃水中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

3 結(jié)果與討論

3.1 GS土體硬化劑對加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是衡量加固土力學(xué)性能最基本指標(biāo)，因此，本文首先研究了GS土體硬化劑摻量變化及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，如圖1所示?？梢钥闯觯瑹o論養(yǎng)護(hù)齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)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(cè)限抗壓強(qiáng)度，且其摻量越大，越有利于提高加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

養(yǎng)護(hù)齡期也顯著影響加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，GS土體硬化劑摻量不變的情況下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長，加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也均呈現(xiàn)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(yǎng)護(hù)齡期7d和14d時，加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨GS土體硬化劑摻量增大而增大的趨勢較緩；但養(yǎng)護(hù)齡期28d和90d時，加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨GS土體硬化劑摻量增大而顯著增大。這表明，養(yǎng)護(hù)齡期有利于提高加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長和GS固化劑摻量增大而顯著增大。

圖1 GS土體硬化劑摻量及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

3.2 GS土體硬化劑對加固土抗剪強(qiáng)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(yǎng)護(hù)齡期對加固土抗剪強(qiáng)度的影響，如圖2所示。可以看出，無論養(yǎng)護(hù)齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的抗剪強(qiáng)度也均呈現(xiàn)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(qiáng)度，且其摻量越大，越有利于提高加固土的抗剪強(qiáng)度。

養(yǎng)護(hù)齡期也顯著影響到加固土的抗剪強(qiáng)度，GS土體硬化劑摻量不變情況下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長，加固土抗剪強(qiáng)度也均呈現(xiàn)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(yǎng)護(hù)齡期7d時，加固土抗剪強(qiáng)度隨GS土體硬化劑摻量增大而增大的趨勢較緩；但養(yǎng)護(hù)齡期14d以后，加固土抗剪強(qiáng)度隨GS土體硬化劑摻量增大而顯著增大。這表明，養(yǎng)護(hù)齡期有利于提高加固土的抗剪強(qiáng)度，加固土抗剪強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長和GS固化劑摻量增大而顯著增大。

圖2 GS土體硬化劑摻量及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土抗剪強(qiáng)度的影響

3.3 GS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?？捎脡嚎s系數(shù)和壓縮模量來評價。GS土體硬化劑摻量變化及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土壓縮系數(shù)的影響，如圖3所示?？梢钥闯?，無論養(yǎng)護(hù)齡期長短，隨著GS土體硬化劑摻量增大，加固土的壓縮系數(shù)均呈現(xiàn)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(shù)，且其摻量越大，越有利于降低加固土的壓縮系數(shù)。

圖3 GS土體硬化劑摻量及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土壓縮系數(shù)的影響

養(yǎng)護(hù)齡期也顯著影響到加固土的壓縮系數(shù)，GS土體硬化劑摻量不變情況下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長，加固土壓縮系數(shù)也均呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢。這表明，養(yǎng)護(hù)齡期也有利于降低加固土的壓縮系數(shù)。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(shù)均小于0.1MPa-1，相比于表2中該軟土地基土壤的壓縮系數(shù)，加固土的壓縮系數(shù)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(shù)，使得固化處理后的加固土表現(xiàn)為低壓縮性土體。

GS土體硬化劑摻量變化及養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)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(xiàn)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(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)齡期延長，加固土壓縮模量也均呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢；14d齡期以后的增幅相對較大。這表明，養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)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(shù)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(yǎng)護(hù)早齡期就呈現(xiàn)出低壓縮系數(shù)和高壓縮模量的特點。

圖4 GS土體硬化劑摻量及養(yǎng)護(hù)齡期對加固土壓縮模量的影響

4 結(jié)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(xué)性能的影響規(guī)律研究，可得到以下結(jié)論：（1）GS土體硬化劑和養(yǎng)護(hù)齡期對軟土地基土壤固化處理后的加固土不同力學(xué)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(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和壓縮模量，明顯降低加固土的壓縮系數(shù)，且摻量越大，作用效果越明顯；（3）隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長，加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和壓縮模量明顯增大，壓縮系數(shù)降低，且隨著養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)早齡期就具有良好的力學(xué)性能，表現(xiàn)出較高的高無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和壓縮模量，以及較低的壓縮系數(shù)。