摘要：黃河三角洲地區(qū)是典型的濱海含鹽土區(qū)域，存在大面積地下咸水，同時(shí)還廣泛分布著以低液限粉土為主的沉積土，工程性質(zhì)差。前期研究已表明，咸水拌和水泥土的耐久性很差，由此會(huì)引起水泥土構(gòu)筑物及其上部建筑發(fā)生過(guò)大沉降(如橋頭跳車現(xiàn)象)或失穩(wěn)破壞。本文針對(duì)高礦化度地下水環(huán)境服役條件，對(duì)黃河三角洲典型區(qū)域不同深度地下水和土的化學(xué)成分進(jìn)行了調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)研究。同時(shí)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同養(yǎng)護(hù)條件下(地下咸水浸泡與養(yǎng)護(hù)室)水泥土的抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律，并對(duì)鹽水侵蝕環(huán)境下水泥土力學(xué)性能衰變規(guī)律進(jìn)行初步探討。

　　關(guān)鍵詞：水泥土,強(qiáng)度,地下咸水

　　1 引言

　　水泥土是將土、硅酸鹽水泥和水等按一定比例拌合而成的一種具有一定工程性質(zhì)的材料，一般可采用注漿法、深層攪拌法、高壓旋噴法等進(jìn)行施工，起支護(hù)、防滲作用加固軟土地基[1,2]。近30年來(lái)，水泥土在我國(guó)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于軟弱地基加固，并取得良好效果。然而在有些地區(qū)，地下水和土的礦化度很高，這使得水泥土性能隨時(shí)間發(fā)生劣化，由此造成路基脹裂、基礎(chǔ)開(kāi)裂破壞的事故時(shí)有發(fā)生[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水泥土的劣化開(kāi)展了一些研究[3-5]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要集中于水泥土配合比參數(shù)對(duì)其強(qiáng)度的影響，而有關(guān)針對(duì)水泥土特定服役環(huán)境條件下，其力學(xué)性能及其劣化規(guī)律方面的系統(tǒng)研究成果還非常有限[6,7]。本文將針對(duì)黃河三角洲地下水環(huán)境(高礦化度)特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)地下咸水拌和水泥土的力學(xué)特性及其衰變規(guī)律進(jìn)行研究。

　　2 黃河三角洲土水性質(zhì)

　　三千年來(lái)，黃河下游多次決口泛濫，范圍北抵海河，南到淮河。大體分三個(gè)時(shí)期：自春秋戰(zhàn)國(guó)到南宋建炎二年(公元前602年-公元1128年)，黃河北流入渤海;自南宋到清咸豐四年(公元1128年-1855年)，南流入黃海;1855年6月在蘭考縣銅瓦廂決口改道，奪大清河河道，重新匯入渤海。根據(jù)三角洲形成的年代，將黃河三角洲劃分為古黃河三角洲、近代黃河三角洲和現(xiàn)代黃河三角洲。古黃河三角洲形成于1855年以前。1855年6月黃河回流入渤海后，尾閭決口50多次，大的改道11次，分別于1855-1934年和1934年至今形成以寧海和漁洼為頂點(diǎn)的近代和現(xiàn)代三角洲。黃河三角洲地區(qū)，淺層地下淡水、微咸水資源貧乏，僅在黃河現(xiàn)行河道兩側(cè)及兩側(cè)的決口扇和古(故)河道地帶有小面積分布，其他廣大地區(qū)為咸水分布區(qū)。總體趨勢(shì)是古黃河三角洲淡水、微咸水分布面積相對(duì)較大、近代黃河三角洲分布面積較小、現(xiàn)代黃河三角洲基本無(wú)淡水、微咸水分布。

　　2.1 土樣化學(xué)特性分析

　　在黃河三角洲典型區(qū)域鉆芯取樣。按照交通部標(biāo)準(zhǔn)公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051–1993)對(duì)不同深度的土樣進(jìn)行了易溶鹽含量分析。圖1所示為陰陽(yáng)離子含量隨深度的變化曲線，圖2所示為全含鹽量隨深度的變化曲線。可見(jiàn)在深度8-10m處圖中鹽分最多，而這個(gè)部位正處于加固區(qū);其余各部位含鹽量有所差別但不大。土中陽(yáng)離子主要為Na+、K+、Ca2+及Mg2+，陰離子主要為Cl-、SO42-及HCO3-。離子含量分層現(xiàn)象明顯，9m深度處含量最大。PH值在10m以上為6.2，以下為6.1，皆表現(xiàn)為酸性，這一特性將對(duì)水泥膠結(jié)材料產(chǎn)生腐蝕。

　　2.2 地下水化學(xué)成分分析

　　為了解黃河三角洲典型區(qū)域水的特性，取河口區(qū)15m深度范圍內(nèi)的地下水進(jìn)行了化學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)地下水基本上為礦化度大于5g/L的鹽水，PH值在6.1到6.2之間，呈酸性。表1所示為地下0.5m處地下水的物理化學(xué)指標(biāo)?？梢?jiàn)，水中陽(yáng)離子以K+、Na+為主，Cl-、SO42-為主要陰離子，其它有侵蝕性的陰離子如HCO3-含量較少。

　　黃河三角洲地區(qū)地下咸水分布面積很廣。從土樣和水樣試驗(yàn)結(jié)果看，地下土水特性有分層現(xiàn)象，但總的來(lái)說(shuō)，該地區(qū)土以粘土和粉質(zhì)粘土為主，土和水匯總陽(yáng)離子主要是K+、Na+，陰離子主要是Cl-、SO42-。地下水礦化程度較高呈酸性。土水的這些特性將對(duì)水泥土等水泥膠結(jié)材料的力學(xué)特性產(chǎn)生不良影響。

　　3 咸水拌合水泥土強(qiáng)度衰變規(guī)律分析

　　利用路面強(qiáng)度試驗(yàn)儀對(duì)水泥土試件進(jìn)行了抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)采用原位土樣與地下咸水;水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用一級(jí)粉煤灰，礦渣微粉質(zhì)量符合規(guī)程規(guī)定。試驗(yàn)采用兩種養(yǎng)護(hù)條件：養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)與地下咸水浸泡養(yǎng)護(hù)，分別模擬水位以上及以下地下環(huán)境。正常水泥土試件由原位土料經(jīng)三次水洗，用水泥加固后浸泡在淡水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù);含鹽水泥土試件為原位土料浸泡在地下咸水中養(yǎng)護(hù)。

　　3.1抗拉強(qiáng)度

　　圖1與圖2所示為正常水泥土與含鹽水泥土在不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下抗拉強(qiáng)度隨齡期的變化曲線?？梢?jiàn)，在試驗(yàn)測(cè)試齡期范圍內(nèi)，兩種環(huán)境下水泥土試件的抗拉強(qiáng)度隨著齡期的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。在養(yǎng)護(hù)室環(huán)境下，含鹽水泥土與正常水泥土抗拉強(qiáng)度值差異不大，說(shuō)明鹽對(duì)水泥土抗拉強(qiáng)度影響不是很明顯。浸泡環(huán)境下，28天與180天齡期含鹽水泥土與正常水泥土抗拉強(qiáng)度值相同，90天齡期含鹽土抗拉強(qiáng)度大于正常土?？偟膩?lái)說(shuō)，鹽分的存在并沒(méi)有使水泥土的抗拉強(qiáng)度降低。同時(shí)，養(yǎng)護(hù)環(huán)境對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響較小。

　　3.2抗壓強(qiáng)度

　　圖3與圖4所示為正常水泥土與含鹽水泥土在不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化曲線。在養(yǎng)護(hù)室環(huán)境下，含鹽水泥土初期抗壓強(qiáng)度低于正常水泥土，90天齡期時(shí)，兩者基本相同，但180天齡期時(shí)，含鹽水泥土抗壓強(qiáng)度值高于正常水泥土。這是由于水泥土在養(yǎng)護(hù)室中經(jīng)正常水化作用后，水中的鹽析出并填充在水泥土的孔隙中使水泥土密實(shí)，從而抗壓強(qiáng)度得到提高，而這一過(guò)程需要一定的時(shí)間，所以在后期這種密實(shí)作用才發(fā)揮出來(lái)。

　　在浸泡環(huán)境下，含鹽水泥土的抗壓強(qiáng)度值一直低于正常水泥土，并且在90天齡期后，含鹽水泥土的抗壓強(qiáng)度基本沒(méi)有繼續(xù)增長(zhǎng)。說(shuō)明由于鹽水的作用，使鹽與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物強(qiáng)度較低甚至有膨脹作用，使水泥土產(chǎn)生膨脹損傷。浸泡條件下90天齡期的含鹽水泥土抗壓強(qiáng)度相對(duì)正常水泥土下降了18.5%，180天抗壓強(qiáng)度下降了21.6%。由此可見(jiàn)，在地下水位以下，水泥土長(zhǎng)期被鹽水浸泡，其抗壓強(qiáng)度將會(huì)明顯降低，致使樁體乃至復(fù)合地基的承載力降低。黃河三角洲大部分地區(qū)，地下水礦化度高且地下水位也高，在水泥土構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮地下咸水對(duì)水泥土抗壓強(qiáng)度的影響。

　　4 結(jié)論

　　黃河三角洲地區(qū)地下咸水分布面積很廣。從土樣和水樣試驗(yàn)結(jié)果看，典型試驗(yàn)段地下土水特性有分層現(xiàn)象，但總的來(lái)說(shuō)，該地區(qū)土以粘土和粉質(zhì)粘土為主，土和水匯總陽(yáng)離子主要是K+、Na+，陰離子主要是Cl-、SO42-。地下水礦化程度較高且呈酸性。土水的這些特性將對(duì)水泥土等水泥膠結(jié)材料的力學(xué)特性產(chǎn)生不良影響。

　　試驗(yàn)得出：地下咸水的存在使水泥土的強(qiáng)度下降，發(fā)生衰變。與正常水泥土相比，咸水浸泡90天的水泥土的抗壓強(qiáng)度降低了18.5%，180天的降低了21.6%。同時(shí)，地下咸水的存在沒(méi)有使水泥土的抗拉強(qiáng)度降低。

　　本文研究成果對(duì)地下咸水環(huán)境下水泥土材料強(qiáng)度特性研究提供了重要的理論依據(jù)。

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