WKG1固化淤泥填筑路基性能研究

鄭鳳璽+鄭晨+狄升貫

摘 要：為解決淤泥在路基填筑時(shí)含水量過(guò)高的問(wèn)題，選取WKG1作為淤泥固化劑，在對(duì)其固化機(jī)理進(jìn)行調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了WKG1固化淤泥時(shí)淤泥最佳含水量與最大干密度隨摻量的變化規(guī)律，并通過(guò)CBR試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了WKG1固化淤泥力學(xué)強(qiáng)度隨固化劑摻量的變化規(guī)律，為WKG1固化劑在道路工程中的應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：道路工程；固化淤泥；路基；路用性能

中圖分類(lèi)號(hào)：U414.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，沿海城市對(duì)濱海地區(qū)的開(kāi)發(fā)需求日益增強(qiáng)，然而濱海地區(qū)淤泥含水量高，鹽分含量大，工程性差，不能直接用于路基填筑[1]；在工程施工時(shí)需對(duì)表面淤泥進(jìn)行挖除，再用路基填土進(jìn)行回填，但開(kāi)挖的淤泥會(huì)占用大面積的場(chǎng)地，而且取土也會(huì)占用周?chē)?，違背了建設(shè)生態(tài)城的初衷[2]。因此，在實(shí)際工程中采用固化劑對(duì)表層淤泥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)固化處理，對(duì)減小工程量、降低工程造價(jià)顯得尤為重要[3]。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)固化劑固化淤泥的研究大部分僅限于不同初始含水率條件下固化劑的種類(lèi)、摻量對(duì)淤泥固化后的性能影響[47]，而對(duì)在最佳含水量條件下固化劑摻量對(duì)原狀淤泥的影響鮮有報(bào)道，更沒(méi)有形成相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這就給設(shè)計(jì)和施工部門(mén)的具體操作帶來(lái)了極大的困難，導(dǎo)致固化淤泥填筑道路施工無(wú)規(guī)可依，較好的淤泥處治技術(shù)也難以推廣[8]。

因此，本文在以往研究的基礎(chǔ)上，以WKG1土壤固化劑固化淤泥作為試件，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定不同配比條件下固化淤泥的最佳含水率及最大干密度，同時(shí)研究WKG1固化淤泥強(qiáng)度隨固化劑摻量的變化規(guī)律。為WKG1固化劑在中國(guó)的應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持和參考依據(jù)。

1 WKG1固化劑固化機(jī)理

固化劑改良土體的機(jī)理主要包括：固化劑水化生成水化硅酸鈣、沸石、方納石及硅酸等物質(zhì)，使粘土顆粒表面形成凝結(jié)硬化殼；降低土體顆粒電位，促使粘土顆粒凝聚，同時(shí)電解質(zhì)濃度增加，膠粒雙電層減薄，利于顆粒凝聚；層狀硅酸鹽自身建立空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于疏松土體的聯(lián)結(jié)；固化劑中的激活成分能使固化劑顆粒和土壤顆粒表面活化，在水化反應(yīng)過(guò)程中，

（1） 腐殖質(zhì)土壤顆粒具有強(qiáng)烈的水膜吸附功能，附在土壤顆粒表面，產(chǎn)生的腐殖酸是典型的有機(jī)物質(zhì)（RCOOH），能使水泥穩(wěn)定性加強(qiáng)。

（2） 土壤固化劑水溶液的作用在于分解土壤顆粒表面的水膜，將腐殖酸包裹，并進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。

（3） WKG1能和砂土成分中的二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）發(fā)生反應(yīng)，生成水合物，從而使砂土具有固化作用。

（4） 土壤顆粒表面的水泥漿體在一段時(shí)間內(nèi)凝固，產(chǎn)生針狀晶體來(lái)填滿它們間的縫隙，這種晶體叫做鈣礬石晶體，并在28 d后達(dá)到峰值。

（5） 固化劑的穿透效應(yīng)可以聚集四周的土壤，形成一個(gè)強(qiáng)有力的表面，使其比穩(wěn)定土壤層更厚實(shí)。

2 WKG1固化處治淤泥擊實(shí)試驗(yàn)研究

高含水量是濱海淤泥的一個(gè)重要特點(diǎn)，通過(guò)摻加固化劑吸收淤泥中的部分水分，使固化淤泥的最佳含水量適當(dāng)提高，將會(huì)解決工程施工中降水難度大的問(wèn)題。本文采用有機(jī)質(zhì)含量為2.34%的淤泥對(duì)WKG1固化路基時(shí)的性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 淤泥素土擊實(shí)試驗(yàn)

取原狀淤泥試樣置于陽(yáng)光通風(fēng)處風(fēng)干，粉碎結(jié)塊，通過(guò)5 mm篩，棄掉篩留量后盛入容器。取部分試樣測(cè)試其風(fēng)干含水量，按照6個(gè)不同含水量（7%、10%、13%、15%、18%、20%）制備擊實(shí)試驗(yàn)試件，用噴水設(shè)備往土料上均勻噴灑預(yù)定的水量，拌勻后裝入塑料袋內(nèi)浸潤(rùn)24 h，供擊實(shí)試驗(yàn)用。做兩次平行試驗(yàn)，取兩次試驗(yàn)的平均值作為最大干密度值和最佳含水量值。兩次平行試驗(yàn)最大干密度的差不應(yīng)超過(guò)0.05 g·cm-3，最佳含水量的差不應(yīng)超過(guò)10%，超過(guò)上述規(guī)定值，應(yīng)重做試驗(yàn)，直到滿足精度要求。

2.2 WKG1固化淤泥擊實(shí)試驗(yàn)

隨著WKG1摻量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。當(dāng)固化劑摻量由2%增加到8%時(shí)，淤泥最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由179 g·cm-3減小到171 g·cm-3。這主要是由于WKG1與淤泥中的水分發(fā)生反應(yīng)，消耗掉一部分水，隨著固化劑摻量的增加，消耗的水分增多，使得固化淤泥的最佳含水量提高；而最大干密度的減小主要是由于水化反應(yīng)導(dǎo)致顆粒表面的水膜變薄，摩擦力變大，壓實(shí)難度增加，最大干密度減小。同時(shí)，由于固化劑顆粒與淤泥顆粒大小較接近，固化劑摻量越大，淤泥顆粒與固化劑顆粒形成的混合物級(jí)配越不良，故而固化淤泥的干密度隨著固化劑摻量增加而減小。

3 WKG1固化處治淤泥CBR試驗(yàn)研究

CBR值是針對(duì)路基填土規(guī)定的控制指標(biāo)，將固化淤泥用于道路路基填筑，需對(duì)其進(jìn)行CBR試驗(yàn)。為了研究WKG1固化淤泥的力學(xué)性能，將淤泥置于陽(yáng)光通風(fēng)處風(fēng)干，粉碎結(jié)塊，通過(guò)5 mm篩，棄掉篩留量后盛入容器。取部分試件測(cè)試其風(fēng)干含水量。以WKG1為固化劑，并按不同摻量（2%、4%、6%、8%）對(duì)應(yīng)的最佳含水量配料；將風(fēng)干的淤泥與所需水拌和均勻，置于塑料袋內(nèi)浸潤(rùn)24 h；將浸潤(rùn)后的試料加入固化劑拌和，供CBR試驗(yàn)用，共36組、108個(gè)試件。WKG1固化淤泥的CBR值隨壓實(shí)度的增大而增大，隨固化劑摻量的增加而增大，當(dāng)固化劑摻量增加至8%時(shí)，CBR值增大240%。綜上所述，固化淤泥用作路基填土?xí)r，以CBR試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合WKG1固化劑擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，初步確定該種固化劑摻量為4%～6%時(shí)最佳。

4 WKG1固化處治淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

為研究WKG1固化淤泥的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以WKG1為固化劑，并按不同摻量（2%、4%、6%、8%）對(duì)應(yīng)的最佳含水量配料，將風(fēng)干淤泥與所需水及固化劑拌和均勻，置于塑料袋內(nèi)浸潤(rùn)24 h，供試驗(yàn)用，試件成型后分別養(yǎng)生7 d和28 d，共24組、72個(gè)試件。對(duì)濱海有機(jī)質(zhì)含量為2.34%的淤泥進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。endprint

經(jīng)WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明顯，但強(qiáng)度提高較小，當(dāng)WKG1摻量達(dá)到6%時(shí)，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍較低，此時(shí)可考慮在WKG1固化劑中摻入少量水泥（4%摻量），以期明顯提高固化淤泥的抗壓強(qiáng)度。

將4%的水泥分別與2%、4%、6%及8%的WKG1組成新型固化劑，進(jìn)行固化淤泥的擊實(shí)試驗(yàn)，得到不同配比情況下的最佳含水率和最大干密度。根據(jù)擊實(shí)曲線得到的最佳含水率及最大干密度制備試件，對(duì)淤泥固化試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

根據(jù)WKG1固化濱海淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度提高明顯；隨WKG1摻量增加，固化淤泥抗壓強(qiáng)度有所增加，且增幅逐漸變大。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了WKG1固化土壤時(shí)的作用機(jī)理，借助擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了不同配比條件下WKG1固化淤泥時(shí)的最佳含水量及最大干密度，系統(tǒng)研究了其強(qiáng)度隨固化劑摻量的變化規(guī)律，得到以下結(jié)論。

（1） 隨WKG1摻量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化劑摻量由2%增加到8%時(shí)，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3減小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值隨壓實(shí)度的增大而增大，隨固化劑摻量的增加而增大，當(dāng)固化劑摻量增加至8%時(shí)，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度明顯提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡 軍.土壤固化劑在道路基層中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2] 姚 沖，石志坤，嚴(yán) 威，等.高含水量淤泥的固化實(shí)驗(yàn)研究[J].浙江建筑，2012，29（2）：2124.

[3] 王朝輝，劉志勝，王曉華，等.應(yīng)用新型CVC固化劑固化淤泥路用性能[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（5）：16.

[4] 張春雷，汪順才，朱 偉，等.初始含水率對(duì)水泥固化淤泥效果的影響[J].巖土力學(xué)，2008，29（S1）：567570.

[5] 趙衛(wèi)全，符 平，楊曉東，等.新型土壤固化劑無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].水利水電技術(shù)，2004，35（2）：8688.

[6] 樊恒輝，高建恩，吳普特.土壤固化劑研究現(xiàn)狀與展望[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，34（2）：141147.

[7] 郭 印，徐日慶，邵允鋮.淤泥質(zhì)土的固化機(jī)理研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖許沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化處理技術(shù)與資源化利用[J].安全與環(huán)境工程，2010，17（2）：5456.

[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint

經(jīng)WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明顯，但強(qiáng)度提高較小，當(dāng)WKG1摻量達(dá)到6%時(shí)，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍較低，此時(shí)可考慮在WKG1固化劑中摻入少量水泥（4%摻量），以期明顯提高固化淤泥的抗壓強(qiáng)度。

將4%的水泥分別與2%、4%、6%及8%的WKG1組成新型固化劑，進(jìn)行固化淤泥的擊實(shí)試驗(yàn)，得到不同配比情況下的最佳含水率和最大干密度。根據(jù)擊實(shí)曲線得到的最佳含水率及最大干密度制備試件，對(duì)淤泥固化試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

根據(jù)WKG1固化濱海淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度提高明顯；隨WKG1摻量增加，固化淤泥抗壓強(qiáng)度有所增加，且增幅逐漸變大。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了WKG1固化土壤時(shí)的作用機(jī)理，借助擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了不同配比條件下WKG1固化淤泥時(shí)的最佳含水量及最大干密度，系統(tǒng)研究了其強(qiáng)度隨固化劑摻量的變化規(guī)律，得到以下結(jié)論。

（1） 隨WKG1摻量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化劑摻量由2%增加到8%時(shí)，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3減小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值隨壓實(shí)度的增大而增大，隨固化劑摻量的增加而增大，當(dāng)固化劑摻量增加至8%時(shí)，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度明顯提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡 軍.土壤固化劑在道路基層中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2] 姚 沖，石志坤，嚴(yán) 威，等.高含水量淤泥的固化實(shí)驗(yàn)研究[J].浙江建筑，2012，29（2）：2124.

[3] 王朝輝，劉志勝，王曉華，等.應(yīng)用新型CVC固化劑固化淤泥路用性能[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（5）：16.

[4] 張春雷，汪順才，朱 偉，等.初始含水率對(duì)水泥固化淤泥效果的影響[J].巖土力學(xué)，2008，29（S1）：567570.

[5] 趙衛(wèi)全，符 平，楊曉東，等.新型土壤固化劑無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].水利水電技術(shù)，2004，35（2）：8688.

[6] 樊恒輝，高建恩，吳普特.土壤固化劑研究現(xiàn)狀與展望[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，34（2）：141147.

[7] 郭 印，徐日慶，邵允鋮.淤泥質(zhì)土的固化機(jī)理研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖許沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化處理技術(shù)與資源化利用[J].安全與環(huán)境工程，2010，17（2）：5456.

[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint

經(jīng)WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明顯，但強(qiáng)度提高較小，當(dāng)WKG1摻量達(dá)到6%時(shí)，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍較低，此時(shí)可考慮在WKG1固化劑中摻入少量水泥（4%摻量），以期明顯提高固化淤泥的抗壓強(qiáng)度。

將4%的水泥分別與2%、4%、6%及8%的WKG1組成新型固化劑，進(jìn)行固化淤泥的擊實(shí)試驗(yàn)，得到不同配比情況下的最佳含水率和最大干密度。根據(jù)擊實(shí)曲線得到的最佳含水率及最大干密度制備試件，對(duì)淤泥固化試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

根據(jù)WKG1固化濱海淤泥無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度提高明顯；隨WKG1摻量增加，固化淤泥抗壓強(qiáng)度有所增加，且增幅逐漸變大。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了WKG1固化土壤時(shí)的作用機(jī)理，借助擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了不同配比條件下WKG1固化淤泥時(shí)的最佳含水量及最大干密度，系統(tǒng)研究了其強(qiáng)度隨固化劑摻量的變化規(guī)律，得到以下結(jié)論。

（1） 隨WKG1摻量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化劑摻量由2%增加到8%時(shí)，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3減小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值隨壓實(shí)度的增大而增大，隨固化劑摻量的增加而增大，當(dāng)固化劑摻量增加至8%時(shí)，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期強(qiáng)度低，在摻加4%水泥后，強(qiáng)度明顯提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡 軍.土壤固化劑在道路基層中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[2] 姚 沖，石志坤，嚴(yán) 威，等.高含水量淤泥的固化實(shí)驗(yàn)研究[J].浙江建筑，2012，29（2）：2124.

[3] 王朝輝，劉志勝，王曉華，等.應(yīng)用新型CVC固化劑固化淤泥路用性能[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（5）：16.

[4] 張春雷，汪順才，朱 偉，等.初始含水率對(duì)水泥固化淤泥效果的影響[J].巖土力學(xué)，2008，29（S1）：567570.

[5] 趙衛(wèi)全，符 平，楊曉東，等.新型土壤固化劑無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].水利水電技術(shù)，2004，35（2）：8688.

[6] 樊恒輝，高建恩，吳普特.土壤固化劑研究現(xiàn)狀與展望[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，34（2）：141147.

[7] 郭 印，徐日慶，邵允鋮.淤泥質(zhì)土的固化機(jī)理研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖許沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化處理技術(shù)與資源化利用[J].安全與環(huán)境工程，2010，17（2）：5456.

[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint