天津市濱海新區固化氯鹽漬土抗凍性能研究

趙 軍 李 燦 駱昊舒 李寶來

(1.中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075; 2.山西交通科學研究院，山西 太原 030006;3.陜西省交通規劃設計研究院，陜西 西安 710065; 4.陜西省地震局，陜西 西安 710068)

天津市濱海新區固化氯鹽漬土抗凍性能研究

趙 軍1李 燦2駱昊舒3李寶來4

(1.中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075; 2.山西交通科學研究院，山西 太原 030006;3.陜西省交通規劃設計研究院，陜西 西安 710065; 4.陜西省地震局，陜西 西安 710068)

以天津濱海新區典型氯鹽漬土為研究對象，采用凍融穩定次數和抗凍穩定系數兩個指標評判了加固土抗凍性能的好壞，研究表明：凍融穩定次數、抗凍穩定系數能較好的反映出各種加固土抗凍性能的好壞，具有說明性，建議在工程中使用。

抗凍性，凍融穩定次數，抗凍穩定系數

鹽漬土在我國分布較為廣泛，主要分布在西北干旱地區地勢低平的盆地和平原中、華北一些湖盆洼地及沿海地區。我國鹽漬土的分布區域差異很大，其工程特性即使在同一區域也有較大區別，而其對工程的影響也因鹽漬土的成因、組成等不同而不同。如濱海地區地下水位很高，主要表現為對基礎和地下設施的腐蝕，而水位很深地區，主要表現為地基溶陷[1-3]。由于鹽漬土中的鹽分在外界因素影響下會發生相態的改變，對工程造成不利影響，所以工程中需要對鹽漬土進行固化處理，使之更好的適應工程實際中的要求[2-9]。本文以天津濱海新區的鹽漬土作為研究對象，對該區固化鹽漬土進行抗凍融性能研究分析。該地區極端最低氣溫與最高氣溫相差59.2 ℃(-18.3 ℃～40.9 ℃)，多次凍融循環將導致道路路基土體中水分的遷移，降低路基的穩定性。

1 試驗方案及結果分析

試驗試樣采用天津濱海新區的氯鹽漬土，凍融循環溫度的設定參照當地的氣溫變化規律(凍結溫度：-15 ℃；融化溫度：25 ℃)。在進行凍融試驗之前先將試樣飽水24 h。一個凍融周期為：在-15 ℃恒溫冰箱存放12 h，之后在25 ℃標準養護箱中浸水放置12 h。重復凍融直至氯鹽漬土樣本破壞。在凍融每個循環次數中取出樣本(不少于5個)測定無側限飽水抗壓強度，從而得出了不同固化鹽漬土的強度隨凍融循環次數的變化規律。抗凍性模擬試驗中對濱海新區氯鹽漬土采用四種不同的加固方案：石灰6%，水泥5%,石灰6%+粉煤灰6%和石灰6%+水泥4%，結果見圖1。由圖1試驗結果可知，不同加固方案固化鹽漬土的強度均隨凍融循環次數的增長有了較大幅度的降低。從圖1可以明顯看出不同加固方案凍融強度變化特點：采用兩種材料(石灰6%+粉煤灰6%、石灰6%+水泥4%)的加固方案在凍融周期各個階段強度降幅速率基本一致呈現出線性變化的規律；一種材料(石灰6%、水泥5%)單獨加固的方案在凍融周期前期強度下降明顯，后期強度下降幅值較小趨于穩定呈現二次曲線變化規律(未進行曲線方程模擬)。

2 抗凍性研究

目前質量衰減率作為抗凍性分析最顯著的因子,廣泛應用于判定加固方案的抗凍穩定性分析當中。在具有經濟意義的道路交通工程中，對路基土強度穩定性有較大影響的是自然氣候環境下凍融。因而，在本工程中選用強度衰減率(公式如下)對各不同加固方案的抗凍穩定性做分析比對。

(1)

其中，mi為第i次凍融循環后強度相對于初始值的衰減率，%；P0為強度初始值，即未經凍融試樣的強度，MPa；Pi為不同齡期下凍融穩定次數對應的強度值，MPa。

對于不同的凍融次數下的強度衰減率各個加固方案有很大差異，單純的采用一個i值進行分析顯然存在誤差，結果也不具有工程參考價值。因此在進行強度衰減分析的同時，也應采取新的參數矯正不同加固方案對凍融周期的敏感性(例如：單種材料加固凍融早期強度急劇衰減，而復合材料加固早期強度衰減較慢，此時的mi值顯然不恰當)。在此作者引入凍融穩定次數、抗凍穩定系數這兩個參數進行加固方案抗凍性能對比。

凍融穩定次數，實驗樣本在凍融實驗中，強度衰減率趨于穩定時的凍融次數。然而凍融穩定次數無法直觀的體現不同固化方案固化鹽漬土抗凍性的優劣，故而將凍融穩定時強度與初始強度值的比值也就是抗凍穩定系數K作為比對指標，來反映凍融后強度穩定的衰減程度，見式(2)：

(2)

其中，K為抗凍穩定系數，%。

因此，可以計算出不同配比、不同齡期的凍融穩定次數及抗凍穩定系數值，分別見表1和表2。

表1 樣本在不同配比或齡期時的凍融次數

表2 試樣在不同配比或齡期對應的抗凍穩定系數

由表1可知，凍融穩定次數與固化鹽漬土材料的配比無關，只與其齡期有關。凍融穩定次數當齡期為7 d時均為3次；14 d為5次左右；28 d均為6次；60 d為8次左右。為在工程中評判方便，建議7 d，14 d，28 d和60 d凍融穩定次數分別采用3次，5次，6次和8次。

由上文中定義的抗凍穩定系數可以得出，該值越大也就是凍融穩定時具有較大的強度殘留率，也就表明該加固方案具有較好的抗凍性。由表2可以看出：不同加固方案由于材料不同加固效果相差顯著。而且材料不同強度發揮的時間不同，導致一些材料早期的加固效果較好，而一些則后期強度較高。如采用單一石灰6%、水泥5%加固方式進行加固的鹽漬土在不同齡期時對應的抗凍穩定系數明顯低于采用混合材料如石灰6%+粉煤灰6%和石灰6%+水泥4%在同齡期時對應的數值。對于混合材料加固土體，不同的混合材料加固效果也不同。如采用6%石灰+6%粉煤灰混合加固方案的早期抗凍穩定系數低于6%石灰+4%水泥作為加固材料時的值，但是其后期卻明顯高于6%石灰+4%水泥的加固效果。之所以會出現以上實驗結果是因為水泥主要對石灰+水泥類的早期強度做貢獻，隨著反應的進行，水泥逐漸消耗，強度的增長也變得緩慢。而石灰和粉煤灰類這一加固方案反應較為緩慢，其強度發揮的時間也會延遲，早期強度小，而后期強度隨著反應的進行不斷的提高。

3 結語

通過對不同配比、不同齡期的試樣進行凍融循環研究，取得了以下成果：1)首次提出新的加固抗凍性評價指標：凍融穩定次數和抗凍穩定系數K=Pi/P0×100%。2)進行了不同固化方案的凍融性能研究實驗。并且得出以下成果：

雖然加固材料的配比不同但是齡期為7 d，14 d，28 d和60 d時凍融穩定次數均可分別采用3次，5次，6次和8次；石灰6%+粉煤灰6%、石灰6%+水泥4%作為混合材料進行加固的抗凍性指標優于單一材料如石灰6%或水泥5%的加固效果；石灰6%+水泥4%加固方案的早期加固抗凍性高于石灰6%+粉煤灰6%，而后期效果較差。

[1] 徐攸在.鹽漬土地基[M].北京：中國建筑工業出版社,1993.

[2] 周 琦，鄧 安，韓文峰，等.固化濱海鹽漬土耐久性試驗研究[J].巖土力學，2007，28(6)：1129-1132.

[3] 駱昊舒.天津市濱海新區固化氯鹽漬土綜合性能研究[D].西安：長安大學,2009.

[4] 趙海艷，張 淵，韓文峰.我國北方濱海鹽漬土的工程特性研究[J].天津城市建設學院學報，2005，11(4)：250-253.

[5] 羅偉甫.鹽漬土地區公路工程[M].北京：人民交通出版社，1980.

[6] 新疆公路學會.鹽漬土地區公路設計與施工指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[7] 柴壽喜.固化濱海鹽漬土的強度特性研究[D].蘭州：蘭州大學，2006.

[8] 邢愛國，李世爭，陳龍珠.高速公路水泥固化鹽漬土的試驗研究[J].公路，2007(7)：76-79.

[9] 周永祥，閻培渝.固化鹽漬土抗凍融性能的研究[J].巖土工程學報，2007,29(1):14-19.

Study on frost-resistance of curing chlorine saline soil in Tianjin Binhai new area

Zhao Jun1Li Can2Luo Haoshu3Li Baolai4

(1.ZhongjiaoTongliConstructionCo.,Ltd,Xi’an710075,China;2.ShanxiInstituteofCommunicationalScience,Taiyuan030006,China;3.ShaanxiProvincialCommunicationPlanningDesignandResearchInstitute,Xi’an710065,China;4.EarthquakeAdministrationofShaanxiProvince,Xi’an710068,China)

Taking curing chlorine saline frost-resistance performance in Binhai new region of Tianjin city as the research target, the article identifies merits and defects of curing soil frost-resistance performance by applying two indicators of freeze-thaw stability times and frost-resisting stability coefficient. The research results show that: freeze-thaw stability times and frost-resisting stability coefficient better reflect curing soil frost-resistance performance and have good illustrative quality, and is suggested to be used in engineering.

frost-resistance, freeze-thaw stability times, frost-resisting stability coefficient

2015-01-16

趙 軍(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0065-02

TU448

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