淤泥填料化改良設(shè)備工藝與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

◎陳榮偉 浙江公路水運(yùn)工程咨詢有限責(zé)任公司

浙江沿海地區(qū)地質(zhì)以淤泥質(zhì)粘土為主，天然含水率高，具有壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、靈敏度高等特點(diǎn)，在工程中難以直接利用。而河道疏浚、高層建筑基層及地鐵開(kāi)挖、橋梁鉆孔泥漿等工程建設(shè)每年產(chǎn)生的廢棄土數(shù)量達(dá)數(shù)億立方，需要占用大量的土地資源定點(diǎn)消納，甚至?xí)斐奢^大的環(huán)境污染。隨著現(xiàn)代社會(huì)文明意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，新型的廢棄土處理方式應(yīng)運(yùn)而生，為廢土的資源化再生利用提供條件。與此同時(shí)，由于公路建設(shè)的需要，路基填筑和路面基層需外購(gòu)大量的宕渣和碎石，而宕渣和碎石的資源也越來(lái)越稀缺，這種供不應(yīng)求的關(guān)系導(dǎo)致傳統(tǒng)路基填料變得緊缺昂貴。因此，本項(xiàng)目依托溫州金麗溫高速公路東延線工程，提出了一種淤泥改良土填筑路基的施工工藝，充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源的同時(shí)，節(jié)省了工程造價(jià)。

1.工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目路基試驗(yàn)路段選擇機(jī)場(chǎng)西互通出口右側(cè)東廠區(qū)處，該位置為路政管理用房和收費(fèi)站管理用房。固化土路基試驗(yàn)段擬選在東廠區(qū)AK0+180-AK0+392，試驗(yàn)段路基全長(zhǎng)為212m。試驗(yàn)段路基寬度35～45m，設(shè)計(jì)場(chǎng)地高程為4.59m～4.98m，路基設(shè)計(jì)填筑高度約為0.8～1.2m。設(shè)計(jì)填筑土石混合料共5000m。該廠區(qū)原設(shè)計(jì)方案：填筑50 cm碎石墊層，設(shè)置土工格柵和復(fù)合土工布，之后填筑土石混合料，并采用等載預(yù)壓，預(yù)壓高度為1.5m。（圖1）

圖1 試驗(yàn)段位置

2.施工準(zhǔn)備

2.1 場(chǎng)地布置

為保證路基土質(zhì)量，試驗(yàn)段路基土采用集中廠拌后運(yùn)輸至東廠區(qū)進(jìn)行攤鋪和碾壓。結(jié)合項(xiàng)目用地情況，試驗(yàn)段堆料場(chǎng)、破碎設(shè)備以及攪拌系統(tǒng)設(shè)置在東廠區(qū)北側(cè)，即互通出口與文昌路交叉口的東南角，場(chǎng)地占地面積約5000平米。

廠區(qū)配備裝載機(jī)1臺(tái)、200型挖機(jī)1臺(tái)，擬投入建設(shè)5000m生產(chǎn)拌合場(chǎng)地，布置安裝原土處理設(shè)備、固化攪拌設(shè)備各1套，配置3個(gè)儲(chǔ)存罐（100t存儲(chǔ)罐），搭建2座倉(cāng)庫(kù)，其中一處面積約500m用作儲(chǔ)存半成品倉(cāng)庫(kù)，擬庫(kù)存量1500立方；另一處面積1000m用作原土堆料區(qū)。搭建配套施工生活用房200m。根據(jù)以上設(shè)備投入及滿足生產(chǎn)需要設(shè)立500kw臨時(shí)變壓器。

2.2 淤泥降水

由于樁孔泥漿土含水率高，為保證路基土填筑壓實(shí)度，需將路基土含水率控制在最佳含水率。目前工地上泥漿主要有兩種：一種為壓濾機(jī)脫水后的淤泥，經(jīng)檢測(cè)含水率約為32%，另外一種泥漿池中挖取的泥漿，含水率約為45%。針對(duì)兩種不同的含水率分別采用不同的降水方案，對(duì)壓濾機(jī)脫水的泥餅，摻入約2%減水劑，將含水率下降至25%。對(duì)于泥漿池中泥漿，先進(jìn)行翻曬后再3%減水劑，2天內(nèi)將含水率控制在25%。由于淤泥在破碎攪拌以及運(yùn)輸容易造成水分蒸發(fā)，淤泥降水后的含水率初擬比最優(yōu)含水率高出3%，具體數(shù)據(jù)待試驗(yàn)路段測(cè)試后確定。

3.施工工藝

3.1 固化土原土破碎和固化土拌和

本項(xiàng)目固化土使用兩套設(shè)備工藝實(shí)現(xiàn)150t/h原材料固化處理。第一步使用原土處理設(shè)備車(chē)間對(duì)原料進(jìn)行破碎、降水、均化。原土處理設(shè)備使用清單如表1所示。

表1 原土處理設(shè)備使用清單

具體工藝流程如下：處理原料為淤泥與減水劑進(jìn)行混合均化。采用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)降水處理的淤泥，經(jīng)供料箱輸送到齒輥機(jī)進(jìn)行破碎，根據(jù)實(shí)測(cè)含水率高低，添加1-2種輔料進(jìn)行水分稀釋，使用揉搓機(jī)對(duì)添加輔料原材料進(jìn)行均化，最終使原料形成含水量控制在最優(yōu)含水率左右，粒徑在15mm以下的半成品料。工藝設(shè)備如圖2所示。

圖2 工藝設(shè)備圖

第二步將經(jīng)過(guò)降水、均化的半成品原料固化在拌合設(shè)備中進(jìn)行拌和，場(chǎng)拌主要要求如下：

（1）拌合場(chǎng)設(shè)置地勢(shì)相對(duì)較高位置，并做好排水設(shè)施。

（2）拌合場(chǎng)應(yīng)具有足夠的承載力，場(chǎng)地采用砼硬化，砼強(qiáng)度不小于C15，厚度不小于18cm。

（3）拌合料倉(cāng)數(shù)量與規(guī)定備料數(shù)相匹配，已較規(guī)定多1個(gè)。

（4）拌合料料斗和料倉(cāng)下均安裝電子秤。視天氣和運(yùn)距情況混合料含水率應(yīng)高出最優(yōu)含水率1～2%。出料含水率測(cè)試應(yīng)控制在4小時(shí)內(nèi)。

（5）混合料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)攤鋪時(shí)間應(yīng)控制在2 小時(shí)內(nèi)。雨天應(yīng)停止施工。

3.2 固化土運(yùn)輸和攤鋪

固化土采用自卸車(chē)?yán)檬┕け愕肋\(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)前期試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)，松鋪厚度取30cm，保證碾壓后的厚度不大于25cm。采用攤鋪機(jī)或平地機(jī)進(jìn)行固化土的攤鋪、整平。運(yùn)輸車(chē)輛在開(kāi)工前檢查其完好情況，到場(chǎng)后由專人指揮車(chē)輛倒車(chē)駛進(jìn)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)；攤鋪機(jī)前有專人指揮車(chē)輛，以確保固化土的連續(xù)均勻攤鋪。車(chē)輛到場(chǎng)后分列兩邊，前后相距約10m，車(chē)輛倒車(chē)時(shí)統(tǒng)一在攤鋪機(jī)前10～30cm處停車(chē)，掛空擋卸料，倒料時(shí)位置要準(zhǔn)確，不得撞擊攤鋪機(jī)。卸料過(guò)程中運(yùn)料車(chē)掛空檔，靠攤鋪機(jī)推動(dòng)向前，卸完料后立即駛離攤鋪機(jī)，在攤鋪機(jī)料斗內(nèi)固化土未鋪完前，下一輛料車(chē)即停靠在攤鋪機(jī)前并開(kāi)始卸料，保證攤鋪機(jī)料斗內(nèi)有10cm厚的固化土。當(dāng)車(chē)輛運(yùn)輸時(shí)間超過(guò)4h運(yùn)到工地時(shí)予以廢棄。

攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)，兩臺(tái)攤鋪機(jī)由橫坡低到高成階梯狀進(jìn)行攤鋪，前行攤鋪機(jī)的自動(dòng)找平傳感器置于基準(zhǔn)鋼絲和基準(zhǔn)鋁合金梁上，后行攤鋪機(jī)的一側(cè)自動(dòng)找平傳感器置于基準(zhǔn)鋼絲上，另一側(cè)滑弦走在前行攤鋪機(jī)已攤鋪面上，攤鋪時(shí)能夠根據(jù)標(biāo)高自動(dòng)找平。調(diào)整好傳感器臂與導(dǎo)向控制線的關(guān)系；嚴(yán)格控制攤鋪厚度和高程，保證路拱橫坡度滿足設(shè)計(jì)要求。兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后相隔5m～10m呈梯隊(duì)式同步攤鋪，兩幅之間有5cm～10 cm 左右的搭接寬度，以避免施工縱縫，攤鋪速度結(jié)合拌和機(jī)實(shí)際產(chǎn)量采用相對(duì)連續(xù)不間斷行駛。攤鋪機(jī)一前一后保證速度一致、攤鋪厚度一致、松鋪系數(shù)一致、路拱坡度一致、攤鋪平整度一致、振動(dòng)頻率一致等，兩機(jī)攤鋪接縫平整。

開(kāi)始攤鋪3～6米長(zhǎng)時(shí)，立即檢測(cè)攤鋪面的標(biāo)高和橫坡，不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，適當(dāng)調(diào)整熨平板高度和橫坡直到合格，再進(jìn)行攤鋪。正常施工時(shí)，攤鋪機(jī)每前進(jìn)10米，檢測(cè)人員檢測(cè)一次攤鋪機(jī)的標(biāo)高、橫坡，并做好松鋪厚度記錄。攤鋪過(guò)程中保持?jǐn)備仚C(jī)的速度恒定應(yīng)考慮固化土的生產(chǎn)能力與攤鋪速度相匹配，避免中途不必要的停機(jī)，攤鋪速度在2～2.5米/分鐘。

3.3 固化土碾壓

在固化土攤鋪整型過(guò)程中及時(shí)測(cè)定含水量并指揮壓路機(jī)碾壓，碾壓后混合料的壓實(shí)度不小于設(shè)計(jì)要求。壓路機(jī)緊跟在攤鋪機(jī)后面成階梯緊跟，以50～60m為一個(gè)碾壓施工段，由橫坡低到高進(jìn)行碾壓，碾壓段落設(shè)置明顯的分界標(biāo)志，層次分明，有專人指揮。碾壓時(shí)遵循先輕后重，先靜壓后振壓，由兩邊向中間，縱向進(jìn)退式，先慢后快，碾壓行駛速度慢速宜為2-3km/h，最大速度不超過(guò)4km/h。碾壓時(shí)保證輪跡重疊1/3，達(dá)到無(wú)漏壓、無(wú)死角，確保碾壓均勻。碾壓前確定和調(diào)整好作業(yè)參數(shù)，并按初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)步驟進(jìn)行，復(fù)壓終壓前灑水應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)，確保在最佳含水量。碾壓機(jī)械組合：不小于25t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓順序?yàn)椋?/p>

（1）初壓：?jiǎn)武撦喺駝?dòng)壓路機(jī)靜壓2遍；

圖3 粘土拌合設(shè)備示意圖

（2）復(fù)壓：振動(dòng)壓路機(jī)弱振1遍→振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振2～4遍（直至滿足不同區(qū)段壓實(shí)度要求）；

（3）終壓：靜壓1～2遍，直至輪跡消除。

壓路機(jī)倒車(chē)自然停車(chē)，無(wú)特殊情況，不準(zhǔn)在其上急剎車(chē)、急轉(zhuǎn)彎和調(diào)頭；換擋要輕且平順，不要拉動(dòng)基層；壓路機(jī)停車(chē)要錯(cuò)開(kāi)，相隔間距不小于3m，并停在已碾壓好的路段上。采用振動(dòng)平板夯實(shí)機(jī)對(duì)邊部進(jìn)行壓實(shí)，并保證路基表面平整、密實(shí)。固化土碾壓完成經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求后，道路兩側(cè)由人工進(jìn)行整修，調(diào)整線形，使之滿足設(shè)計(jì)要求。

4.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

使用聯(lián)合液塑限儀、陶瓷纖維馬弗爐分別對(duì)改良前后的鉆渣土進(jìn)行液塑限及有機(jī)質(zhì)的測(cè)定，結(jié)果如表2所示。

表2 改良前后鉆渣土液塑限及有機(jī)質(zhì)

由表2可知，改良后的鉆渣土塑限上升，液限下降，塑限指數(shù)及有機(jī)質(zhì)含量降低，滿足填料液限＜50%、塑性指數(shù)＜26、有機(jī)質(zhì)含量＜10%的設(shè)計(jì)要求。

采用灌砂法對(duì)試驗(yàn)段的路基壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)貝克曼梁法進(jìn)行彎沉試驗(yàn)，評(píng)定路面整體承載能力，試驗(yàn)結(jié)果如表3和表4所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表4 現(xiàn)場(chǎng)回彈彎沉試驗(yàn)測(cè)試檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)段的路基壓實(shí)度≥96%均滿足規(guī)范要求，彎沉檢測(cè)結(jié)果51.55（設(shè)計(jì)352.9），滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，此外通過(guò)杠桿壓力儀法獲得的回彈模量值為194.9MPa，滿足50MPa的設(shè)計(jì)要求。

從現(xiàn)場(chǎng)成品料中取樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)試驗(yàn)（浸水1d），試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，現(xiàn)場(chǎng)土樣的抗壓強(qiáng)度與水穩(wěn)性均滿足規(guī)范要求。

表5 現(xiàn)場(chǎng)土樣抗壓強(qiáng)度和水穩(wěn)系數(shù)一覽表

試驗(yàn)人員對(duì)改良土出廠后、運(yùn)輸過(guò)程中和攤鋪中的含水率損失進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)，見(jiàn)表6所示。說(shuō)明改良土運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)過(guò)程中，會(huì)有一定的含水量損失。施工過(guò)程需要結(jié)合氣候情況進(jìn)行考慮，確?，F(xiàn)場(chǎng)在最佳含水量附近的 2%～3%內(nèi)碾壓成型，如土太干，需考慮加水壓實(shí)。

表6 改良土出廠到現(xiàn)場(chǎng)攤鋪施工含水率降低一覽表

為了在現(xiàn)場(chǎng)能夠快速測(cè)定水泥、石灰穩(wěn)定材料中水泥和石灰的劑量，并可檢查現(xiàn)場(chǎng)拌和及攤鋪的均勻性，本次試驗(yàn)從現(xiàn)場(chǎng)獲取半成品加入固化劑后3-4h后的改良土樣，進(jìn)行EDTA滴定試驗(yàn)，獲得測(cè)試結(jié)果曲線如圖4所示。

圖4 EDTA灰劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線

考慮固化土齡期對(duì)EDTA試驗(yàn)結(jié)果有一定影響，因此，建議開(kāi)展EDTA試驗(yàn)時(shí)，其取樣與含水率取樣同時(shí)進(jìn)行。

5.結(jié)語(yǔ)

針對(duì)沿海地區(qū)傳統(tǒng)工程建設(shè)中淤泥土處理以及傳統(tǒng)路基填料日漸稀缺的問(wèn)題，提出將淤泥固化處理后轉(zhuǎn)化為路基填料的施工工藝，將原有廢棄淤泥的被動(dòng)清理變?yōu)橹鲃?dòng)利用，節(jié)約棄土借土用地，減少對(duì)城市污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益。

結(jié)合本工程產(chǎn)生的鉆渣，采用固化劑進(jìn)行填料改良，其路用參數(shù)均滿足規(guī)范要求。但由于不同位置的鉆渣土質(zhì)不均勻，影響改良土的填筑特性，建議在此配比摻量基礎(chǔ)上，針對(duì)不同位置鉆渣土先進(jìn)行改良試驗(yàn)，必要時(shí)調(diào)整固化劑摻量，以滿足其參數(shù)要求。