硅酸鹽水泥與環(huán)境工程地質(zhì)條件適用性

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【摘要】通過理論和試驗(yàn)分析硅酸鹽水泥品種及其礦物組成和添加劑對(duì)環(huán)境工程地質(zhì)的適用性，確定典型軟土水泥土加固中使用的硅酸鹽水泥品種及其礦物組成和添加劑，以確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)保護(hù)區(qū)地基加固質(zhì)量，這不僅對(duì)水泥土加固軟土地基的基本理論具有重要意義，而且還對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全和地鐵的正常運(yùn)營(yíng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】硅酸鹽水泥；地基加固；地鐵運(yùn)營(yíng)

1研究與實(shí)踐概況

1.1研究意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不僅軌道交通建設(shè)規(guī)模愈來愈大，而且軌道交通建設(shè)速度也不斷加快，然而，地鐵主要穿越的第④層土為軟土，其具有孔隙比大、天然含水量高、滲透性弱、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低和結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，這種軟土地基在連續(xù)不斷的行車荷載作用下，既是沒有其他因素影響軟土地基也容易產(chǎn)生較大的沉降，而實(shí)際上長(zhǎng)期存在大量對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生加載（或卸載）的施工活動(dòng)，這更加加速了地鐵隧道地基土體的沉降速率，對(duì)地鐵的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此，控制地鐵安全保護(hù)區(qū)施工活動(dòng)對(duì)隧道影響具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.2實(shí)踐概況

水泥土主要是指利用硅酸鹽水泥通過特制的機(jī)械(例如深層攪拌機(jī)、高壓噴射灌漿機(jī)等)在地基深處就地將原位土與水泥漿液或水泥粉體強(qiáng)制攪拌、破壞土體原有結(jié)構(gòu)或置換而形成的固結(jié)體。一般情況下，軌道交通保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的任何基坑工程，在靠近地鐵一側(cè)和基坑底部一定區(qū)域的土體都要進(jìn)行高壓漩噴和三軸攪拌樁加固，增強(qiáng)土體的強(qiáng)度，以減少施工活動(dòng)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。而無(wú)論采用高壓漩噴，還是采用三軸攪拌樁加固地基，其基本機(jī)理一樣，都是通過給軟土中混合加入硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥與土體混合后通過硅酸鹽水泥的水解和水化反應(yīng)、硅酸鹽水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)?；饔谩⒛沧饔?、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而使土體成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁（墻）體，從而減小施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。影響水泥土最終強(qiáng)度的主要因素主要包括工程地質(zhì)環(huán)境、硅酸鹽水泥的品種及其礦物組成和施工工藝三方面。施工工藝方面，只要施工機(jī)械的各施工參數(shù)控制合理，如鉆進(jìn)速度、鉆頭轉(zhuǎn)速、提升速度、硅酸鹽水泥漿壓力、硅酸鹽水泥用量等參數(shù)控制合理，就基本能夠保證硅酸鹽水泥與土的均勻混合，而這些參數(shù)一般只要通過在不同的工程地質(zhì)環(huán)境中的試驗(yàn)，就可以找到合適的施工參數(shù)。然而，僅僅通過控制施工質(zhì)量和硅酸鹽水泥摻量，有時(shí)不能保證最終具有良好的軟土加固效果，這主要因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)環(huán)境、硅酸鹽水泥的品種及硅酸鹽水泥品種對(duì)工程地質(zhì)環(huán)境的適用性對(duì)土體加固效果具有重要影響。一般施工場(chǎng)地的環(huán)境工程地質(zhì)條件是異常復(fù)雜和多變的，即使在很近的區(qū)域其土層的礦物組成也可能出現(xiàn)顯著的變化。一般認(rèn)為含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊里石、氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高、酸堿度（PH值）較低的粘性土加固效果較差。其次，地下水的含量和化學(xué)成分也是引起加固效果差異的重要因素，如果土體含水量接近所加硅酸鹽水泥水化反應(yīng)所需的水量時(shí)，加固后的水泥土的強(qiáng)度就大，如果含水量超過硅酸鹽水泥水化反應(yīng)所需的水量或者含水量不滿足硅酸鹽水泥水化反應(yīng)所需的水量時(shí)，水泥土的強(qiáng)度都要小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。另外，地下水的化學(xué)成分也是引起水泥土強(qiáng)度變化的主要因素。因此對(duì)施工場(chǎng)地的環(huán)境工程地質(zhì)條件和地下水的詳細(xì)調(diào)查、分析和試驗(yàn)是保證地基加固質(zhì)量的前提條件。加固軟弱地基土的硅酸鹽水泥的品種、水灰比、硅酸鹽水泥摻入比、齡期以及外加劑的配比等都對(duì)水泥土的強(qiáng)度具有重要影響。首先，硅酸鹽水泥的品種一般分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥五種，主要根據(jù)硅酸鹽水泥礦物組成和外加混合材料的種類確定的，若硅酸鹽水泥熟料中只加石膏而制得的硅酸鹽水泥稱純硅酸鹽水泥，如在其中加入高爐礦渣、粉煤灰或火山灰等混合材料，則分別稱為礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和火山灰硅酸鹽水泥。如果上述混合材料的加入量不超過15％，則稱為普通硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱普通水泥）。由此可見硅酸鹽水泥的礦物組成非常復(fù)雜，不僅不同地區(qū)生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料的礦物成分不同，而且各種硅酸鹽水泥中所加的硅酸鹽水泥熟料、石膏和外加混合材料（高爐礦渣、粉煤灰或火山灰）的比例不同，即使同一名稱的硅酸鹽水泥（硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥），其各種礦物組成也有很大差異，硅酸鹽水泥礦物組成的復(fù)雜性決定了其加固地基的差異，因此通過試驗(yàn)確定適合上海典型環(huán)境地質(zhì)條件的硅酸鹽水泥及其礦物組成對(duì)軟土加固質(zhì)量具有重要意義。由于與硅酸鹽水泥水化反應(yīng)相關(guān)的因素多而且復(fù)雜，因此，針對(duì)南方軟土的環(huán)境工程地質(zhì)條件試驗(yàn)測(cè)定適用軟土地基加固的具體礦物組成的硅酸鹽水泥品種對(duì)保證地基加固質(zhì)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2結(jié)論及意義

綜上所述，影響水泥土最終強(qiáng)度的主要因素為工程地質(zhì)環(huán)境、硅酸鹽水泥的品種及其礦物組成和施工工藝三方面。因此針對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行全面研究，尤其是不同工程地質(zhì)條件和不同硅酸鹽水泥品種的適用性，對(duì)確定軟土地基加固的硅酸鹽水泥品種及其礦物組成、保證加固質(zhì)量和確保軌道交通安全運(yùn)營(yíng)都具有重要意義。

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作者：李文婷 王英 梁本亮 查瓏瓏 單位：上海師范大學(xué)建工學(xué)院