摘要：黃河三角洲地區是典型的濱海含鹽土區域，存在大面積地下咸水，同時還廣泛分布著以低液限粉土為主的沉積土，工程性質差。前期研究已表明，咸水拌和水泥土的耐久性很差，由此會引起水泥土構筑物及其上部建筑發生過大沉降(如橋頭跳車現象)或失穩破壞。本文針對高礦化度地下水環境服役條件，對黃河三角洲典型區域不同深度地下水和土的化學成分進行了調查和室內試驗研究。同時，通過室內試驗，對不同養護條件下(地下咸水浸泡與養護室)水泥土的抗壓強度及劈裂抗拉強度的發展規律，并對鹽水侵蝕環境下水泥土力學性能衰變規律進行初步探討。
關鍵詞：水泥土,強度,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的材料，一般可采用注漿法、深層攪拌法、高壓旋噴法等進行施工，起支護、防滲作用加固軟土地基[1,2]。近30年來，水泥土在我國越來越廣泛地應用于軟弱地基加固，并取得良好效果。然而在有些地區，地下水和土的礦化度很高，這使得水泥土性能隨時間發生劣化，由此造成路基脹裂、基礎開裂破壞的事故時有發生[3]。國內外學者對水泥土的劣化開展了一些研究[3-5]。目前，國內外學者主要集中于水泥土配合比參數對其強度的影響，而有關針對水泥土特定服役環境條件下，其力學性能及其劣化規律方面的系統研究成果還非常有限[6,7]。本文將針對黃河三角洲地下水環境(高礦化度)特點，通過室內試驗對地下咸水拌和水泥土的力學特性及其衰變規律進行研究。
2 黃河三角洲土水性質
三千年來，黃河下游多次決口泛濫，范圍北抵海河，南到淮河。大體分三個時期：自春秋戰國到南宋建炎二年(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的近代和現代三角洲。黃河三角洲地區，淺層地下淡水、微咸水資源貧乏，僅在黃河現行河道兩側及兩側的決口扇和古(故)河道地帶有小面積分布，其他廣大地區為咸水分布區。總體趨勢是古黃河三角洲淡水、微咸水分布面積相對較大、近代黃河三角洲分布面積較小、現代黃河三角洲基本無淡水、微咸水分布。
2.1 土樣化學特性分析
在黃河三角洲典型區域鉆芯取樣。按照交通部標準公路土工試驗規程(JTJ051–1993)對不同深度的土樣進行了易溶鹽含量分析。圖1所示為陰陽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。可見在深度8-10m處圖中鹽分最多，而這個部位正處于加固區;其余各部位含鹽量有所差別但不大。土中陽離子主要為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，皆表現為酸性，這一特性將對水泥膠結材料產生腐蝕。
2.2 地下水化學成分分析
為了解黃河三角洲典型區域水的特性，取河口區15m深度范圍內的地下水進行了化學分析。發現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指標。可見，水中陽離子以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。
黃河三角洲地區地下咸水分布面積很廣。從土樣和水樣試驗結果看，地下土水特性有分層現象，但總的來說，該地區土以粘土和粉質粘土為主，土和水匯總陽離子主要是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水泥土等水泥膠結材料的力學特性產生不良影響。
3 咸水拌合水泥土強度衰變規律分析
利用路面強度試驗儀對水泥土試件進行了抗壓和劈裂抗拉強度試驗。試驗采用原位土樣與地下咸水;水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用一級粉煤灰，礦渣微粉質量符合規程規定。試驗采用兩種養護條件：養護室養護與地下咸水浸泡養護，分別模擬水位以上及以下地下環境。正常水泥土試件由原位土料經三次水洗，用水泥加固后浸泡在淡水中進行養護;含鹽水泥土試件為原位土料浸泡在地下咸水中養護。
3.1抗拉強度
圖1與圖2所示為正常水泥土與含鹽水泥土在不同養護環境下抗拉強度隨齡期的變化曲線。可見，在試驗測試齡期范圍內，兩種環境下水泥土試件的抗拉強度隨著齡期的延長均呈現增加趨勢。在養護室環境下，含鹽水泥土與正常水泥土抗拉強度值差異不大，說明鹽對水泥土抗拉強度影響不是很明顯。浸泡環境下，28天與180天齡期含鹽水泥土與正常水泥土抗拉強度值相同，90天齡期含鹽土抗拉強度大于正常土。總的來說，鹽分的存在并沒有使水泥土的抗拉強度降低。同時，養護環境對抗拉強度的影響較小。
3.2抗壓強度
圖3與圖4所示為正常水泥土與含鹽水泥土在不同養護環境下抗壓強度隨齡期的變化曲線。在養護室環境下，含鹽水泥土初期抗壓強度低于正常水泥土，90天齡期時，兩者基本相同，但180天齡期時，含鹽水泥土抗壓強度值高于正常水泥土。這是由于水泥土在養護室中經正常水化作用后，水中的鹽析出并填充在水泥土的孔隙中使水泥土密實，從而抗壓強度得到提高，而這一過程需要一定的時間，所以在后期這種密實作用才發揮出來。
在浸泡環境下，含鹽水泥土的抗壓強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度基本沒有繼續增長。說明由于鹽水的作用，使鹽與水泥水化產物發生反應，反應產物強度較低甚至有膨脹作用，使水泥土產生膨脹損傷。浸泡條件下90天齡期的含鹽水泥土抗壓強度相對正常水泥土下降了18.5%，180天抗壓強度下降了21.6%。由此可見，在地下水位以下，水泥土長期被鹽水浸泡，其抗壓強度將會明顯降低，致使樁體乃至復合地基的承載力降低。黃河三角洲大部分地區，地下水礦化度高且地下水位也高，在水泥土構筑物設計中應充分考慮地下咸水對水泥土抗壓強度的影響。
4 結論
黃河三角洲地區地下咸水分布面積很廣。從土樣和水樣試驗結果看，典型試驗段地下土水特性有分層現象，但總的來說，該地區土以粘土和粉質粘土為主，土和水匯總陽離子主要是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水泥土等水泥膠結材料的力學特性產生不良影響。
試驗得出：地下咸水的存在使水泥土的強度下降，發生衰變。與正常水泥土相比，咸水浸泡90天的水泥土的抗壓強度降低了18.5%，180天的降低了21.6%。同時，地下咸水的存在沒有使水泥土的抗拉強度降低。
本文研究成果對地下咸水環境下水泥土材料強度特性研究提供了重要的理論依據。
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