水泥加固高有機質(zhì)含量軟土改良方案研究項目摘要

水泥作為固化劑加固軟土地基的方法已經(jīng)被廣泛采用并取得了一定效果，但在一些工程實例中出現(xiàn)了加固效果不理想甚至加固失敗的問題，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)軟土中的有機質(zhì)在加固過程中起到一定的作用，它能阻礙水泥的水化反應(yīng)，從而影響水泥土強度的形成。因此有必要深入研究有機質(zhì)在水泥加固軟土中的行為，了解有機質(zhì)的各種作用，以改良加固方法，指導(dǎo)工程實踐。本次研究中，通過搜集資料及野外調(diào)查查明工程建設(shè)過程中所涉及的我國不同氣候區(qū)、不同自然環(huán)境條件下形成的高有機質(zhì)軟土的分布情況，采取土樣，測定試樣中的有機質(zhì)成分，分析不同區(qū)域有機質(zhì)土的成分特征，從有機質(zhì)與水泥相互作用的機理出發(fā)，選取適當(dāng)外摻劑與水泥共同作用加固高有機含量軟土，通過對試樣力學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)組成、化學(xué)性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的測試分析，研究不同外摻劑的改良效果，以建立水泥加固不同成因、不同地域高有機質(zhì)含量軟土的改良方案體系。

項目對影響水泥加固軟土地基效果的有機質(zhì)因素進行研究，探索有機質(zhì)在水泥加固軟土過程中所產(chǎn)生的各種作用進行研究，以明確有機質(zhì)的作用機理，改良加固方法，從而能更好地指導(dǎo)工程實踐。本次研究中，通過搜集資料及野外調(diào)查，查明了工程建設(shè)過程中所涉及的我國不同氣候、不同自然環(huán)境條件下形成的高有機質(zhì)含量軟土的分布情況，采取廣州、福州、珠海、天津、大連、營口等地土樣，測定試樣中的有機質(zhì)成分，分析不同區(qū)域有機質(zhì)土的成分特征。通過對試樣物質(zhì)組成及成因特點分析其有機質(zhì)的組成特點，并選定廣州、營口、珠海、福州地區(qū)軟土進行水泥加固試驗。從有機質(zhì)與水泥相互作用的機理出發(fā)，選取適當(dāng)外摻劑與水泥共同作用對各地軟土試樣進行加固。對固化后試樣的力學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)組成、化學(xué)性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)等進行分析，明確了不同外摻劑對各地軟土的加固改良效果，并初步確定了各類軟土的有效的加固方案。 其次，研究過程中發(fā)現(xiàn)軟土經(jīng)水泥加固后形成結(jié)構(gòu)性土體，其在外力作用下的破壞過程就是其結(jié)構(gòu)逐步演化并最終破損的過程，因此在項目研究的基礎(chǔ)上，對水泥加固土的結(jié)構(gòu)性損傷模型進行了研究。選用大連吹填土樣為研究對象，對水泥固化后的土樣施加不同等級荷載，通過壓汞試驗確定各等級荷載作用下試樣中的孔隙特征，對各區(qū)間孔隙含量的變化情況進行分析，并建立了以孔隙率為參數(shù)的試樣損傷變量計算公式及其演化方程。研究發(fā)現(xiàn)，在試樣變形的不同階段，其孔隙特征表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，其微觀結(jié)構(gòu)的變化是其宏觀力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的本質(zhì)，試樣破壞時損傷變量值約為0.05。 另一方面，以本項目為基礎(chǔ)，申請并獲批了國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）交流合作項目——人工填土研究的理論與方法論原理及其性質(zhì)的調(diào)控，對我國天津與大連的吹填軟土地基的加固處理及快速落淤沉降方法進行了室內(nèi)模擬實驗，選用鋁和鐵的酸性鹽溶液作為凝結(jié)及絮凝劑改善吹填軟土的沉降特性，研究成果對吹填土的加固處理提供了必要的依據(jù)及參考，同時也豐富了項目的研究內(nèi)容。 2100433B

有機質(zhì)是促使軟土特別親水，吸水和難以脫水的關(guān)鍵性控制因素。以往多認為土中的有機質(zhì)僅僅是動植物的殘體及其分解物，而忽略了微生物及其代謝物的作用。其實，真正影響軟土工程性質(zhì)形成的是腐殖酸，微生物及其代謝物，就它們的本質(zhì)而言都是蛋白質(zhì)。據(jù)此，提出了“蛋白質(zhì)總量”的新概念。運用生物地球化學(xué)分析法測定滬寧高速公路草場濱段軟土的蛋白質(zhì)總量表明：土中的蛋白質(zhì)總量與其有機質(zhì)，粘粒的含量，礦物組成，以及與其物理力學(xué)性質(zhì)等。均存在有極好的相關(guān)關(guān)系。蛋白蛋總量的研究成功地揭示了軟土工程性質(zhì)形成的機理。蛋白質(zhì)總量可直接用于評價和預(yù)測軟土的工程性質(zhì)。蛋白質(zhì)總量更是軟土工程分類的理想指標(biāo)。 2100433B

軟土特征

(1)軟土顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機質(zhì)含量高時，有腥臭味；

(2)軟土的粒度成分主要為黏粒及粉粒，黏粒含量高達60%～70%。

(3)軟土的礦物成分，除粉粒中的石英、長石、云母外，黏粒中的黏土礦物主受是伊利石，高嶺石次之二此外，軟土中常有一定量的有機質(zhì)，可高達8%～9%

(4)軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這是造成軟土孔隙比大、含水率高、透水性小、壓縮性大、強度低的主要原因之一；

(5)軟土常具有層理構(gòu)造，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互交替沉積，或孥透鏡體相間形成性質(zhì)復(fù)雜的土體；

(6)松軟土由于形成于長期飽水作用而有別于典型軟土．其特征與軟土較為接近，但其含水量、力學(xué)性質(zhì)明顯低于軟土。

軟土分布

我國軟土分布廣泛，主要位于沿海、平原地帶、內(nèi)陸湖盆、洼地及河流兩岸地帶，沿海、平原地帶軟土多位于大河下游入海三角洲或沖積平原處，如長汀、珠江三角洲地帶，塘沽、溫卅I、閩江口平原等地帶；內(nèi)陸湖盆、洼地則以洞庭湖、洪澤湖、久湖、滇池等地為代表；山問盆地及河流中下游兩岸漫灘、階地、廢棄河道等處也常有軟土分布；沼澤地帶則分仿著富含有機質(zhì)的軟土和泥炭。