GS 新型固化剂加固滨海软土地层试验研究

程占括，蔡 强，李金轩

（1.东华理工大学水资源与环境工程学院，江西 南昌 330013；2.安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232000）

0 引言

随着我国科学技术的不断提升，在土工建设方面的要求越来越高，对关乎人们生命安全的建筑越来越受到重视，对建筑物的地基要求也越严格。我国有着大量的软土分布且区域类型繁多，如三角洲沉积、滨海相沉积、溺谷相沉积、内陆湖泊相沉积等［1］。软土地基作为目前工程建设中常用的建设地基之一，在日常工程建设当中发挥着不可或缺的作用。软土地基的合理利用，不仅可以做到物尽其用，还可以节省土地资源，做到合理规划，战略发展，符合我们国家经济建设的发展。然而天然软土地基并不能满足建筑物对地基的要求，对人们的生命安全造成严重的威胁，因此在工程建设当中，需要对软土地层进行加固处理，各种加固软土的措施和技术层出不穷，其中注浆技术是当今研究的一个非常重要的课题。国内外学者对注浆技术也进行了更深层次的研究，如：肖华溪［2］对深厚软土钻孔灌注桩的研究，得出注浆技术可以有效改善钻孔灌注桩的缺陷，使得其能在工程建设当中发挥更好的作用；梁文泉等［3］对 GA 新型系列土壤固化剂的性能及固化机理进行了研究，得出了 GA 新型系列固化剂的一些加固优势；张玉苹等［4］就无机土壤固化剂对黏土无侧限抗压强度的影响进行了研究，得出在掺入固化剂以后，土体的抗压强度确实能得到提高。

软土的加固处理离不开固化剂。固化剂的选用，关乎着对软土处理的好坏。国内外常用的固化剂按其组成形态可大致分为两种，一种是液体泥土固化剂，另一种是粉体/固体土体固化剂；若按组成成分划分则为无机类、离子类与有机聚合类固化剂［5］。因软土的性质各异，所以对软土所使用的固化剂的种类也各不相同，加固机理也各不相同。

1 试验材料及方法

本次试验所用的材料是福州淤泥软土，加固剂选用的是 GS 新型固化剂。此次试验对新型固化剂加固后的软土进行无侧限抗压强度的试验，同时为能更好凸显出新型加固剂的优势，采用控制变量的方法，做了另外一组以传统水泥加固的软土无侧限抗压强度对照试验。水泥采用的是传统的标准硅酸盐水泥 P·O42.5R。同时又就新型固化剂掺入量、养护龄期这两方面，分析其对新型加固剂加固软土效果的影响，得出新型固化剂加固效果与其之间的关系。最后根据试验所得数据结果，在确定水灰比的情况下，归纳总结出当取得最佳加固效果时新型固化剂的掺入量。具体试验材料用量指标如表 1～ 2 所示。

根据试验要求，使用专用模具、根据规范制备所需试样：模具采用 76 mm×38 mm 圆柱形模具；每组试件用泥浆净液搅拌机搅拌，将固化剂、土、水搅拌均匀，搅拌时间在 10～20 min 之间。

制备好试样后，分别对其进行无侧限抗压强度试验，本次试验所采用的仪器是 GDS 标准应力路径三轴试验仪，依据相关规范严格操作，安装好试样，然后施加不同荷载（变形速率取 0.76 mm/min），将所得数据记录下来，根据试验所得数据，利用相关公式进行分析计算，总结规律，得出结论。

2 试验结果分析

1）本次试验采用控制变量法，将分别使用了新型固化剂和传统水泥加固后软土的无侧限抗压强度试验结果进行对比，发现新型加固剂较 P·O42.5R 水泥来讲，加固效果更明显、更有益，能以更少的加固剂的量达到更好的加固效果，更经济、实惠。具体结果如表3～5 所示。

表1 材料选用量表一

表2 材料选用量表二

由表 3～5 数据可以看出：整体而言，软土的抗压强度在分别使用了两种固化剂后都有所提升。然而，由这些数据明显可以看出，新型加固剂加固软土的加固效果明显要比用传统水泥加固软土的加固效果要好得多。如：在确定水灰比为 1，当固化剂掺入量为 10 %、养护龄期为 28 d 时，使用 P·O42.5R 水泥加固后的软土的抗压强度为 0.64 MPa，而使用新型加固剂加固后的软土抗压强度值达到 1.25 MPa，几乎是水泥加固后强度的两倍。新型固化剂加固软土后，软土的抗压强度在前期变化较大，在后期变化不是特别明显，在前期差不多达到峰值，养护时间相对来说更短，用量也更少，相比于传统水泥的加固效果，新型固化剂加固效果更好。

2）为了进一步凸显出新型加固剂的优势，也为了探讨掺入比以及养护龄期对新型加固剂加固效果的影响，得出此次试验的新型固化剂的最优掺入比，并对所得出的数据进行进一步分析，具体结果如表 6 所示。

由表 6 可知，当养护龄期为 7 d，固化剂的掺入量由 10 %→14 % 时，新型固化剂的抗压强度增量为 2.07，增量系数为2.73；在相同条件下，传统水泥的抗压强度仅有 0.46，增量系数仅为 1.07。由此可以看出，新型加固剂的加固效果要比传统水泥的加固效果好很多。当新型固化剂掺入量由 14 %→16 % 时，新型固化剂的抗压强度增量仅为 0.62，增量系数为 0.22，可以推断出，新型加固剂的早期强度比较高，后面强度变化不大，很早就达到峰值。初步可以推断出此次试验加固剂最优的固化剂掺入比在 10 %～14 %。

3）固化剂掺入量对加固后软土无侧限抗压强度的影响。从图 1～3 可以看出，新型固化剂加固效果要比传统水泥的加固效果更好。当新型固化剂掺入量在 10 %～14 % 时，加固效果非常地明显，抗压强度上升速率也非常地快；当掺入量在 14 %～16 % 时，抗压强度的上升速率变缓，加固效果较之前不是特别的明显。由此可以推断出：此次试验新型固化剂的最优掺入量在 10 %～14 %。同时还可以看出，当新型固化剂掺入在 10 % 时达到的加固效果和传统水泥在掺入量为 14 % 时达到的加固效果基本一致，新型加固剂的用量更少，达到的加固效果更好，比传统水泥更具有优势。

表3 新型固化剂加固软土试验结果

表4 P·O42.5R 水泥加固软土试验结果

表5 水泥与新型固化剂加固软土试验对比结果

表6 新型固化剂与传统水泥固化土在不同养护龄期下无侧限抗压强度增量系数变化表（一）

图1 7 d 新型加固剂与水泥掺量与加固软土后无侧限强度关系

图2 14 d 新型加固剂与水泥掺量与加固软土后无侧限强度关系

图3 28 d 新型加固剂与水泥掺量与加固软土后无侧限强度关系

4）为了进一步研究养护龄期对新型加固剂加固软土的影响，对试验做了进一步分析，具体结果如表7 所示。由表 7 可以看出，当新型固化剂的掺入量为10%，养护龄期由 7 d→14 d 时，固化土抗压强度增量只有 0.23，增量系数为 0.30；当养护龄期由 14 d→28 d 时，增量是 0.26，增量系数为 0.26，固化土的抗压强度变化不大。由此发现，固化后的软土的抗压强度与养护龄期之间关系不大，使用新型加固剂加固后软土的抗压强度基本上在前期就已经达到峰值。

表7 新型固化剂与传统水泥固化土在不同养护龄期下无侧限抗压强度增量系数变化表（二）

图4 10 % 固化剂掺入量固化软土后养护龄期与软土的无侧限强度关系

图5 14 % 固化剂掺入量固化软土后养护龄期与软土的无侧限强度关系

图6 16 % 固化剂掺入量固化软土后养护龄期与软土的无侧限强度关系

5）试样养护龄期对固化剂加固后的软土无侧限抗压强度的影响。由图 4～6 可知，新型加固剂比传统水泥加固软土的效果更好，更具有优势。新型固化剂的掺入量在 10% 时，加固效果不是特别明显；当固化剂掺入量在 14 %、16 % 时，加固软土的抗压强度并没有随着龄期的增大而变大，加固效果并不明显。由此可以推断出，新型固化剂加固后的软土的抗压强度跟养护龄期之间关系不是很大，进一步确定，本次试验新型固化剂的最优掺入量在 10 %～14 % 之间。

3 结论

本次试验通过将新型固化剂和传统水泥加固软土的无侧限抗压强度进行了对比，凸显出了新型固化剂的优势，对所得出的数据进行了分析，得到以下结论。

1）新型固化剂加固效果较传统水泥加固效果更好，优势更大。在新型加固剂掺入量在 10 % 时，所得到的加固效果能达到传统水泥掺入量为 14 % 时达到的效果，且用量更少，节省了工程建设的成本，更经济、实惠。

2）此次试验水灰比确定为 1，新型固化剂在加固效果达到最好的时候固化剂的掺入量在 10 %～14 % 之间。在以后的工程建设当中，应当根据工程具体情况合理地设置水灰比，合理地确定固化剂的掺入量，争取以最经济的方式达到最好的效果。

3）由此次试验可知，新型固化剂加固软土后，软土的抗压强度在前期就达到峰值，随着养护龄期的增长，强度值并没有特别大的变化，一定程度上缩短了工程建设周期，具有非常可观的经济价值。