等厚度水泥土搅拌连续墙(TRD，trench cutting re-mixing deep wall)作为止水帷幕，在国外得到广泛应用，但由于价格因素，始终未能大范围推广使用。尤其是TRD工法，是日本开发的较为新型的地下支护形式，凭借其墙体均匀、止水性好、厚度一致，表面平整，H型钢设置灵活等优点，在深基坑工程中越来越得到重视和应用^[1]。国内的研究大多集中在工法介绍、工法特点、工效及材料消耗数量等方面^[2]。吴国明^[3]和王卫东等^[4]采用国产化的TRD E型工法主机及配套设备做了非原位试成墙试验，为上海地区乃至全国超深TRD工法设计与施工提供了参考。汤怡新^[5]通过大量的试验论述了水泥固化土的基本特性，在此基础上总结出水泥土中水泥掺量和抗压强度之间的关系。郭红梅^[6]研究得出：水泥固化土早期抗压强度的增长速率与水泥固化的龄期几乎呈直线关系，而且增长速率较大。侯永峰^[7]认为，掺加适量的粉煤灰可以提高水泥土强度，但掺加过量的粉煤灰，会降低水泥土强度。Chao Y^[8]通过压汞实验表明粉煤灰主要改变了孔体积分布，其范围为0.01~1 μm，由于二次水化反应产生胶结物。Katsumi T^[9]做了膨润土应用于TRD的试验，表明较高浓度的C_a²⁺对渗透系数影响明显。Gularte F^[10]通过室内外试验证明，添加矿渣海泡石的水泥土可使TRD渗透系数降低至10^-7 cm/s。

文中通过减少水泥的比重，用工业废渣，如粉煤灰和矿渣替代大部分的水泥配置固化剂，在不影响TRD工程效果的情况下降低工程造价，同时减少环境污染。

1 试验 1.1 实验材料

试验所用黏性土土样的物理性质指标见表 1，试验材料如表 2~表 5所示。

1.2 试验方案

实际TRD工程中，抗压强度不低于0.8 MPa，要求28 d的渗透系数不低于10^-7 cm/s，将此设定为试验目标。实际中，水泥掺量为25%，故所有试验配比中，固化剂的总掺量(下称总掺量)恒为25%，目的是用工业废渣(粉煤灰、矿渣)替代大部分的水泥，作为固化剂使用。表 6~表 8所示为水泥以及粉煤灰和矿渣代替水泥的试验设计。

1.3 试样制作

使用黏土和砂土2种原料，按照上述试验方案添加各种固化剂和外掺剂，每种配比每个龄期制作2组平行试样，制作试样的数目和类型如表 9所示。无侧限抗压强度试验及渗透试验均按《土工试验方法标准》(GBT 50123—1999) 进行。

1.4 试验结果

通过正交试验，对养护龄期、水固比、掺入比、拌合土料、固化剂进行优选，由于篇幅所限，部分结果如表 10所示。(水固比0.6:1称为0.6，下同)

2 渗透试验结果及分析

对7 d，14 d，28 d水泥土试样进行渗透系数试验，进行曲线拟合，结果如表 11~表 12所示。

黏土和砂土试样渗透系数与水泥掺入比的关系如图 1~图 2所示(纵轴为对数坐标)，添加粉煤灰的试样渗透系数与水固比的关系如图 3所示(纵轴为对数坐标)。

由图 1~图 3和表 11~表 12，可得：

1) 水泥掺入比30%时，大部分黏土试样的渗透系数达到极小值；而对于砂土，水泥掺入比大于40%后，渗透系数变化不大。

2)28 d龄期时，当水固比为0.6时，砂土试样的渗透系数满足要求；无论哪种水固比，黏土试样均满足要求。

3) 龄期为7 d添加剂为粉煤灰的黏土渗透系数与掺入比接近3次曲线，黏土添加矿渣的渗透系数与掺入比的关系以及砂土添加粉煤灰的渗透系数与水固比的关系接近二次曲线，黏土添加粉煤灰的渗透系数与水固比的关系接近一次曲线，其余接近指数函数。

4) 砂土的渗透系数随龄期的变化逐渐稳定，而黏土在30%处出现极小值。

5) 随着水固比的提高，黏土的渗透系数一直提高，砂土先提高后降低。

6) 粉煤灰对于砂土的止水效果均高于矿渣，而矿渣对于黏土的止水效果，仅当7 d时，高于粉煤灰，其余则低于粉煤灰。

3 强度试验结果及分析

通过对7 d，14 d，28 d水泥土试样进行无侧限抗压强度试验(以下简称强度)，得到不同水泥土试件的无侧限抗压强度，并进行曲线拟合，7 d，14 d，28 d的拟合结果如表 13~表 15所示。黏土和砂土试样的无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系如图 4~图 5所示，添加粉煤灰的试样渗透系数与水固比的关系如图 6所示。

3.1 同一龄期试验结果 3.1.1 7 d龄期

由图 4~图 6以及表 13所示，可得如下结论：

1) 水泥掺量与试样强度呈正相关；

2) 水泥掺量相同时，添加矿渣的黏土强度比添加粉煤灰强度高；而粉煤灰对于砂土的固化效果更好；

3) 水泥土强度均随着水固比的增长而呈线性降低，0.6的水固比具有更好的固化效果；

4) 水泥掺入比的影响大于水固比。

3.1.2 14 d龄期

由14 d试验结果以及曲线拟合，可得如下结论：

1) 对于黏土，添加粉煤灰的强度大于添加矿渣，与7 d试验结果相比，粉煤灰试样的强度平均提高30%；

2) 对于砂土，添加粉煤灰的试样强度依旧大于添加矿渣的试样，粉煤灰对于砂土的固化效果更好；

3) 水泥土强度均随着水固比的增长而呈线性降低，0.6的水固比具有更好的固化效果，类比文献[3]中的方程q_u=k(C-C₀)(式中k为固化系数，C₀为水泥土最低配方量), 试样强度与水泥掺入比的最低配方量不稳定，但与水固比的最低配方量稳定均为-1.4左右。

3.1.3 28 d龄期

由28 d试验结果及曲线拟合，可得如下结论：

1) 相同掺量的情况下，添加粉煤灰的黏土试样长期强度与添加矿渣的试样强度基本一致，说明粉煤灰和矿渣对黏土的长期固化效果接近；

2) 粉煤灰对于砂土的固化效果更好；

3)0.6的水固比具有更好的固化效果。

3.2 不同龄期试验结果对比分析

通过对不同龄期试验数据的整理，得到如图 4~图 6所示的关系。分析可知：

1) 水泥土的强度与龄期呈正比；

2) 对于黏土试样，在28 d龄期，当水泥与其他固化剂之比大于3:7时，其强度可以满足工程需求(实际工程要求28 d强度不低于0.8 MPa)；

3) 对于砂土试样，在28 d龄期，当水泥与粉煤灰之比大于4:6时，其强度可以满足工程需求，添加矿渣的水泥土试样强度不能满足工程要求；

4) 无侧限抗压强度随水固比的提高而降低，水固比相同时，添加粉煤灰的黏土试样平均强度是砂土试样的2.8倍。

5) 随着水泥掺入比的提高，添加矿渣的试样强度波动比粉煤灰大，说明矿渣的稳定性比粉煤灰差；并且当水泥掺入比为20%时，矿渣的7 d，14 d，28 d的龄期强度依次降低，这与其他掺入比的结果相反。

4 结论

1) 在用于TRD墙体的复合水泥土中，用工业废渣，如粉煤灰和矿渣，替代部分水泥的方法是可行的。复合水泥土最优配合比，对于黏土，最佳掺入比为30%，最佳水固比为0.6；对于砂土，最佳掺入比为40%，最佳水固比为0.6。

2) 不同工业废渣对于复合水泥土的影响不同，总体而言，粉煤灰配合砂土的物理力学性质较优，矿渣则更适合黏土。

3) 添加粉煤灰或矿渣的黏土长期固化强度接近，但后者的7 d早期强度平均值比前者大10%；而添加粉煤灰比添加矿渣的砂土强度平均值大2.4倍，更加稳定。

4)14 d和28 d龄期，添加粉煤灰黏土平均渗透系数是添加矿渣的38%，但7 d早期时，则是5倍；而无论何时，添加粉煤灰的砂土渗透系数平均值是添加矿渣的30%。