海岸铁路项目水泥搅拌桩处理盐渍软土地基试验方法

2022-06-08黄文集中交四航局第一工程有限公司

珠江水运 2022年10期

黄文集中交四航局第一工程有限公司

1.盐渍土概述

根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《铁路工程特殊岩土勘察规程》(TB10038-2001)，矿化度较高的地下水经由土的毛细孔隙发生运动，呈持续上升的变化且有蒸发现象时，表层1m内平均含盐量超0.5%的特殊土需按盐渍土开展勘察工作。相比于素土，盐渍土与之存在明显的区别，即盐渍土中含易溶盐，此部分物质可溶解于水，若盐分呈过饱和状态，将产生结晶，此部分赋存在土颗粒间，起到类似于骨架的作用。随着温度和水分的改变，部分易溶盐的形态发生改变，称之为易溶盐相。从具体划分类别来看，盐渍土包含固相、液相、气相和易溶盐的四相体，具有相对特殊的工程性质。

盐渍土的分布范围广，在我国新疆、青海、宁夏、甘肃等地均存在，也见于辽东湾、莱州湾等滨海地区。总体来看，我国盐渍土的分布范围广，分布面积大。

2.盐渍土的成因及其分布规律

盐渍土的形成取决于现场的地形、地质、水文、气候、人类活动等各式各样的自然因素和人为因素。例如，岩石中盐类发生溶解，在水流和风力的推动下，促进盐的迁移，土壤盐渍化，此时将产生次生盐渍土。盐渍土的类型丰富，且内部含复杂的成分，具体与盐渍土的形成方式有着密切的关联。

各盐类的溶解度存在差异，在此条件下，地形、地貌、水文地质条件的差异也均会在一定程度上影响盐溶液蒸发的具体表现，换言之，盐溶液蒸发由于条件的不同而存在特定的规律。从横向来看，盐渍土的规律主要取决于地形地貌；从竖向来看，则主要受到含盐地下水或毛细水的影响，由于水出现蒸发或是存在迁移的运动迹象时，盐渍土有特定的竖向规律。由于溶解度的差异，析出也具有规律性，例如碳酸钙的溶解度较小，因此其析出时间较早，硫酸钙则在低温环境中有结晶析出，氯化钠和硫酸镁两者的溶解度较大，基于此特点，普遍在极为干旱的天气中才有一定量的盐结晶析出。而对于具有易溶特性的氯化镁和氯化钙，在高温环境中才能析出，但若现场空气湿度有明显升高的迹象，该部分析出物质将在短时间内转变为溶液。由此可见，盐渍土的竖向规律具有多样性，氯盐主要在地面浅层，下方则依次是硫酸盐、碳酸盐等，尽管其分布具有层次化的特点，但在实际环境中并不存在明显的界限。

3.项目背景

中国交建马来西亚东海岸铁路项目第四分部线路总长77km，包含路基63.819km、桥梁11.055km、隧道2.126km。沿线含丰富的盐渍软基，为给该海岸铁路项目建设工作的开展创设良好的条件，需采取软基处理措施。项目以水泥搅拌桩的方法处理软基，桩径800mm，桩体主要设置在CH183+500～CH231+500。

4.试验

试验目的在于探明对水泥土抗压强度造成影响的关键因素，确定合适的配合比，以合理的方式拌制水泥土，促进水泥搅拌桩质量的提升，为软基处理提供重要的技术参考。

4.1 试验内容

1）在水泥土龄期和盐渍土含盐量一定的前提下，探寻在调整水泥掺量后对应水泥土抗压强度的变化规律。

2）在水泥土龄期和水泥掺量一定的前提下，探寻不同含盐量时水泥土具备的抗压强度，即摸索出两者具备何种关联。

3）对盐渍土做洗盐处理，再掺入水泥，试验分析此时水泥土的抗压强度，将该项结果与同一含盐量的盐渍土做对比分析。

4）探寻水泥土的抗压强度与水灰比的关联（在其它条件均一致的前提下进行）。

4.2 试验方案

1）为明确在水泥掺量和龄期发生变化时对应水泥土抗压强度的具体表现，考虑5%、10%、15%、20%的水泥掺入比和7d、8d、60d、90d的龄期，在此条件下组织试验。每组试块数量均为3个，总量为144块。

2）为探明水泥土的抗压强度在水灰比调整后的具体表现，对3号土掺10%的水泥，考虑0.5和0.6的水灰比，7d、28d、60d、90d的龄期，在此条件下组织试验。每组试块数量均为3个，总量为24块。

4.3 试验结果及分析

4.3.1 水泥掺入比对水泥土抗压强度的影响

水泥掺入比指的是水泥与被加固湿土的质量比，在掺入适量的水泥后，其能够与土发生接触，并有水泥水解、水化反应、硬凝反应，水泥作为固化剂，随着其掺量的增加，与土体的反应更为剧烈，产生的加固效果更加良好。取3种不同深度水泥搅拌盐渍土，试验分析在水泥掺量发生变化后其具备的抗压强度，结果如图1所示。

图1 水泥掺入比与水泥土抗压强度的关系

根据图1可知，在水泥掺入比增加的变化之下，水泥土的强度有提高的趋势，但对比分析各龄期可以发现，每增加单位水泥掺入比所对应的水泥土强度增幅存在差异，在0～90d的龄期内，随着单位水泥掺量的增加，呈现出强度显著提升的变化，表明水泥掺入量的增加对水泥土强度的提高有明显的促进作用。

4.3.2 水灰比对水泥土抗压强度的影响

以3号土为例，取10%的水泥掺入比，水灰比μ设为0.5和0.6，分别制得两项水灰比对应的试块，考虑多种龄期，测定各自的无侧限抗压强度并做对比分析，具体内容如图2所示。

图2 水灰比与水泥土抗压强度的关系

根据图2可知，在水泥掺入比为10%时，随着水灰比的增加，各龄期水泥土的抗压强度有降低的变化趋势；同时，随着龄期的延长，抗压强度受水灰比的影响逐步减弱。

4.3.3 含盐量和含水量对水泥土抗压强度的影响

取5号土，考虑的是洗盐前后水泥土的抗压强度，即对比分析在不同含盐量的条件下对应水泥土所具备的抗压强度，具体如图3所示。

图3 含盐量与水泥土抗压强度的关系

根据图3 可知，水泥掺入比在10%以内时，相比于洗盐后水泥土的抗压强度，未洗盐的该值更小，且各龄期均具有此特点。可见，随着含盐量的增加，水泥土的抗压强度有降低的变化趋势，但此差异在掺入比超过10%后开始减弱，此时两者的抗压强度无明显的差异。究其原因，在增加水泥掺量的生产条件下，盐分虽然会对水泥土的抗压强度造成影响，但程度有限，而水泥掺量则对抗压强度有更强的主导性。

取1号土和5号土，均考虑90d龄期，探讨水泥土的抗压强度在水泥土含水量和含盐量发生变化时的表现，具体如图4所示。

图4 含盐量和含水量与水泥土抗压强度的关系

根据图4可知，在水泥掺入比一致的前提下，1号土的水泥土强度曲线在5号土对应图形之上，由此可见，若增加盐渍土的含水量和含盐量，对应条件下水泥土具备的抗压强度则有降低的变化趋势。

4.3.4 水泥土配合比的确定

考虑10%的水泥掺量、0.5的水灰比，经试验测定发现，三种水泥土的28d抗压强度依次为3.3MPa、2.7MPa、2.6MPa，通过与28d抗压强度设计值（1.5MPa）的对比分析可以发现，各自分别达到该值的220%、180%、173%，由此可见，可以考虑水泥掺量10%、水灰比0.5的生产方式，此时拌制得到的水泥土能够满足强度要求，同时还可减少水泥用量（约减少1/3），兼顾质量和效益的要求。