中国石油集团东北炼化工程设计有限公司吉林设计院
摘要：随着国家经济发展战略向沿海地区的转移，沿海地区建设的不断增多。沿海地区腐蚀环境下软土地基如何使用也成为设计工作的主要内容。
关键词：水泥土搅拌桩；水泥土搅拌桩复合地基；腐蚀
沿海地区的场地多为厚层软土地基，场地地下水位较高，地基土中含有较多的硫酸盐、氯盐等具有腐蚀性的介质。软土地基的加固有多种方法，结合工程实践简要的介绍一下水泥土搅拌桩复合地基的使用。
1.水泥土的加固机理：
水泥土搅拌法加固软土地基是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和浆液或粉状的固化剂进行强制搅拌，经拌和后的混合物发生一系列物理化学反应，使软土硬结成整体性、水稳性和一定强度的加固体。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。水泥矿物成分中的硫酸钙再与水泥土中的水化铝酸钙反应生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物—钙矾石。这种反应迅速，反应结果把大量的自由水以结晶水的形式固定下来，并具有膨胀作用，钙矾石结晶膨胀力达20MPa，这对于高含量的软黏土的强度增长有特殊意义。
碳酸化作用：水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收软土中的水和土孔隙中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙。这种反应能使水泥土强度增加，但增长的速度较慢，幅度也很小。在实际工程中可以不予考虑。
正常情况下，CaSO4在水泥的成分中存在的比例是有限的，一般不超过5%，水泥的掺入量也在7~20%左右，形成具有膨胀作用的钙矾石也是有限的。但沿海地区场地土中含有大量的硫酸盐，大量的SO42-离子与水泥中的Ca2+离子发生反应，生成硫酸钙，二水石膏（CaSO4·2H2o）结晶，体积膨胀1.5倍多。硫酸钙继续与水泥土中铝酸三钙化学反应，生成硫铝酸钙（钙矾石）。硫酸盐的存在使生成钙矾石的量不断增多，膨胀作用也不断地加大，但由于水泥掺量有限，这种膨胀力不会像混凝土那样产生不利的膨胀力，这种有限的膨胀作用对软弱土地基的加固却十分有力，大大地提高了软黏土的密实度，加速了优质地基的形成。
沿海地区场地含有硫酸盐的特点，在水泥土搅拌桩复合地基处理中得到充分地利用。这种作用是积极的、有利的，从这一点上水泥土搅拌桩在沿海地区的使用是值得推广的。
但也应该注意硫酸盐与场地土或水中的碳酸盐和水泥水化的产物水化硅酸钙反应，生成无胶结作用的碳硫硅钙石，随着水化硅酸钙的不断消耗，胶凝材料逐渐变成“泥质”，产生酥化现象。
另外，沿海地区的场地也含有一些不利于提高水泥土搅拌桩复合地基的离子。譬如Mg2+离子等。
Mg2+离子的腐蚀：当水泥水解或水化产物处于含有大量镁盐的海水或地下水中，镁盐会与水泥石中的氢氧化钙反应，生成松软无胶凝力的氢氧化镁，易被其它物质带走。而且氢氧化镁溶液碱度低，导致水化产物不稳定而离解，严重时Mg2+还将置换水泥石水化硅酸钙中的Ca2+，使之胶凝性能极大地降低。但离解出来的Ca2+离子可以继续同SO42-离子发生反应，所以说水泥的水化反应是一个复杂的过程。
2.水泥土搅拌桩的设计使用：
根据沿海地区的场地土或水中含有的介质对水泥土搅拌桩的影响，地基处理时应该合理的使用水泥品种及施工方法，确保水泥土的水稳定性和土体强度的提高。
首先应合理选择合适的水泥品种，水泥系固化剂的固化原理使用水泥系固化材料，则因为水泥系固化材料中除水泥以外尚加入了火山灰材料或无机化合物，其固化原理除了水泥的固化外，火山灰掺料（粉煤灰）及无机化合物（硫酸钙等）通过火山灰反应可以生成各种水化物，如硫铝酸钙、钙矾石、碳酸铝酸钙等。这些水化物有助于水泥土的强度增长。这样就可以采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等具有防腐性能的硅酸盐水泥，提高水泥土的紧密程度。水泥的强度等级不宜低于42.5，水胶比根据试验确定，尽可能地控制在低值。
其次，施工时应充分地进行搅拌。从水泥加固土的机理分析可见，对软土地基深层搅拌加固技术来说，由于机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团之间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以加固后的水泥土中形成一些水泥多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此水泥土中不可避免地会形成一种独特的水泥土结构。因此可以得出定性的结论：水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎的得越小，水泥分布土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性就越小，其宏观的总体强度也就越高。
3．工程实例
某工程位于临近港口的工业园区，厂前区建一3层办公楼。岩土工程勘察报告给出，场地上层覆盖较厚的素填土、淤泥质土、淤泥质黏土，属厚层软土地基，地基承载能力特征值在70~80kPa间，地下水位较高；本场地土和场地地下水中SO42-离子含量介于2305~2690mg/L，Mg2+离子含量介于4570~4813mg/L。通过对强夯排水固结法、真空预压法及水泥土搅拌桩法的综合比选采用水泥土搅拌桩复合地基处理技术。试验室进行配比试验采用矿渣硅酸盐水泥，水泥掺量为18%，水胶比控制在0.5，采用两拌四搅的施工方法。施工完成后，经检测地基处理较好，达到了预期的效果。目前建筑物已经投入使用，建筑物的沉降也满足了设计的要求。
4.结论
水泥土搅拌桩在沿海等特殊的环境下的应用还需要我们设计者不断地进行总结、摸索，让水泥土搅拌桩等地基处理方法在沿海具有腐蚀性环境的地基中得到更好地利用。
参考文献：
[1]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012
[2]地基处理技术郑俊杰编著