掺酶淤泥有机质加固土的强度实验研究

时间：2024-07-28

姚学群李丽蓉莫南明宋高丽郭丽辉

（昆明学院建工学院，云南昆明 650216）

0 前言

将江河、湖泊、海湾等疏浚淤泥进行固化处理，使其转化为土工材料和建筑材料进行再利用，可以节约资金，又解决了废弃淤泥占用土地资源和污染环境的问题。但淤泥具有孔隙比大，含水量高，压缩性大，高灵敏度、抗剪强度低、承载力低等特点，对软弱淤泥质土的地基及边坡进行加固，特别对于淤泥中有机质含量超过5%的有机质土，一般需要进行水泥土的室内配比试验[1]，选择除水泥外其它合适的固化剂和外掺料，确定其掺量配比，提供各种配比的强度参数。

将来在符合生态环保的发展趋势下，粉煤灰应该尽量少用，因此研制其它符合生态环保的新型固化剂是未来重要的发展方向。其中派酶（帕尔玛）土壤固化剂，就是这样一种固化剂[2]，原产于美国的这种高科技液态复合酶制品，已在我国20 多个省、自治区及直辖市很多路面工程中采用，长江安徽段岸堤顶防汛道路中也有采用[3]。但国内目前没有类似这种专用于加固，而且加固效果较好的同类产品，因此，研制试验和配置这类酶制剂产品很有必要。

1 试验用土和固化剂、外掺料的选择

1.1 试验用土及其性质

本次试验采用的土是昆明某一距离河道不到100 米远的工程的地基开挖土，开挖深度约1～4 米层的灰褐色土，呈软塑～流塑状态，经土工试验，各项物理性质指标平均值为：含水量51%，湿密度1.68g/cm3, 孔隙比1.4，液限45%，塑限28%，有机质含量5.8%。

研究表明，在采用水泥固化淤泥质土时，由于淤泥质土中有机质的存在，有机质腐化后形成的腐殖酸对土的固化有较大的影响，腐殖酸吸附于水泥颗粒及粘土颗粒表面，阻碍和延缓了水泥水化产物的形成及水泥水化物与粘土颗粒间的作用，腐殖酸颗粒带负电，且具比粘土矿物颗粒更发育的双电层，这样使得土壤具较大水容量和塑性，较大的膨胀性和渗透性。腐殖酸与金属盐类产生混凝作用，与水泥水化产物Ca（OH）2产生反应，降低了ca2+的浓度，阻碍了固化过程中胶凝物质的生成，同时也不利于土壤中硅和铝的溶解而大大减弱固化土中的火山灰反应。

1.2 试验用固化剂和外掺料及其对被加固土的作用机理分析

本次试验采用了标号为42.5 的普通硅酸盐水泥作为主要固化剂，不采用工业废渣，尝试加入对环境影响小的石膏粉和一种国产的复合酶来辅助进行加固试验。

本次试验采用的复合酶制剂是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合酶物, 能够破坏淤泥质土中的植物残根，分解有机质蛋白，此复合酶最适pH 值为6.0，有机质土中的腐殖酸造成土壤酸性环境，利于发挥复合酶的活性。因此本次实验尝试采用这样一种酶制品作为外加剂。

2 试验方法和方案

原土的扰动土按质量比，各掺入两种不同配比的水泥（4%，2.5%）、熟石膏粉（4%，2.5%）、酶（0.1%，0.15%），搅拌好后，采用土工试验的环刀装入原土和各种配比的加固土，分别测试其7 天、28 天、60 天龄期试块的直接剪切快剪强度的粘聚力c 和摩擦角φ两个指标。每个配比每个龄期做6 个试块，同一组试块的强度取平均值。试验方案设计为三因素二水平正交试验（Lnqp，n＝4，q＝2，p＝3），编为1～4 组；对照无酶和外掺料组为第5 组，见表格1。

3 试验成果数据分析

3.1 直观分析

直剪快剪强度试验线性拟合结果数据见表格1。从表中可以直接看出, 直剪快剪强度试验28 天和60 天龄期4 种配比的加固土，最大粘聚力c 和最大摩擦角均出自第3 组A2B1C2。第2 组水泥和熟石膏掺入比之和与第3 组相同，但第3 组强度有关指标均大于第2 组，可见水泥与熟石膏掺入量的组合有个最佳配比问题。水泥，熟石膏的掺入比在4%和2.5%效果较好。

表格 1 正交试验各分组试验结果数据

四个不同配比的固化土与原土的粘聚力和摩擦角随龄期的变化规律.第三组A2B1C2 两个强度指标在28 天后变化幅度最大，指标值比其它配比的加固土要高。

3.2 计算结果分析

正交试验分析中，极差大的因素通常是主要因素，而极差小的因素，往往是不重要的因素，可用极差R 的大小用来衡量实验中各因素作用的大小。由表中可以看出因素的主次顺序，对粘聚力C 和摩擦角φ影响最大的因素是水泥，其次是熟石膏，酶对粘聚力影响不太显着，对摩擦角φ影响较大的是酶，熟石膏对摩擦角影响很小。若后龄期摩擦角增大，对加固土的抗剪强度提高是较有利的，说明本次试验的复合酶有一定的加固效果，酶的掺入比在0.15%加固效果相对较好。