公路雜填土處理及其材料加固特性試驗(yàn)研究

韋升維

摘要：文章為研究公路雜填土處理及材料加固的特性，開展不同加固材料、不同齡期的加固特性對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）加固材料能夠明顯提升、改善雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量;（2）齡期對(duì)加固后土體性能的影響表現(xiàn)為28 d齡期均優(yōu)于7 d齡期;（3）添加石灰、水泥、固化劑后的雜填土各項(xiàng)性能在添加計(jì)量分別為10%、10%、0.08%時(shí)達(dá)到最優(yōu)值，各材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量分別為1.62 MPa、0.17 MPa、381 MPa，1.72 MPa、0.19 MPa、608 MPa，2.28 MPa、0.24 MPa、492 MPa;（4）綜合性能優(yōu)化程度與經(jīng)濟(jì)成本分析，固化劑為最優(yōu)加固材料。

關(guān)鍵詞：雜填土;加固材料;加固特性;齡期

0 引言

我國(guó)城市化進(jìn)程迅猛發(fā)展的同時(shí)，大量的建筑拆遷物、生活垃圾品充斥著城市地面空間，隨之產(chǎn)生了巨大的不可直接進(jìn)行工程施工的區(qū)域雜填土，表現(xiàn)出典型的成層無(wú)規(guī)律、承載能力差、壓縮變形嚴(yán)重等特點(diǎn)，這對(duì)公路建設(shè)是極不利的。因此研究公路雜填土的特性與加固材料及其齡期、添加計(jì)量的關(guān)系具有十分重要的意義[1][2]。

張振營(yíng)[3]等通過(guò)對(duì)浙江某垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，分析認(rèn)為當(dāng)垃圾土達(dá)到一定密實(shí)度時(shí)，本構(gòu)模型可用鄧肯-張模型描述，為垃圾填埋場(chǎng)的土體處理提供了可靠的理論依據(jù);李騰[4]采用試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)合的方法探究了建筑垃圾雜填土的特性，認(rèn)為雜填土的各類比例成分對(duì)其強(qiáng)度參數(shù)是具有影響的;石巖峰[5]對(duì)海南某住宅樓場(chǎng)地雜填土進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)該雜填土基坑邊坡穩(wěn)定性分析提出基坑邊坡的變形與應(yīng)力分布規(guī)律。本文主要基于上述研究基礎(chǔ)，對(duì)陜西省某公路途經(jīng)雜填土路基區(qū)域土體加固處理展開研究，研究雜填土的處理及其加固特性，分析不同加固材料、添加劑量、齡期對(duì)于雜填土加固特性的影響[6]，以期為我國(guó)部分地區(qū)雜填土道路建設(shè)提供一定的依據(jù)。

1 工程概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

本次試驗(yàn)雜填土研究對(duì)象為陜西省某路段。由于建設(shè)路段內(nèi)存在多個(gè)無(wú)法避繞且需建設(shè)處理的雜填土填埋區(qū)域，其中所含建筑垃圾與生活垃圾成分較高，因此本文針對(duì)該地特殊的地基土的加固處理展開研究，對(duì)該工程建設(shè)具有重要的意義。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為分析三種加固材料在其加固性能上的優(yōu)劣，本文擬進(jìn)行多種試驗(yàn)以比較添加不同劑量加固材料后雜填土的性能，同時(shí)分析齡期對(duì)于加固后的雜填土性能方面的影響。試驗(yàn)具體過(guò)程如下所述。

（1）雜填土配置：取工程區(qū)雜填土分為3份，分別采用石灰、水泥和固化劑為加固材料，石灰、水泥采用階梯劑量加入，分別為0、4%、6%、8%、10%、12%、14%，固化劑添加劑量分別為0、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%。

（2）試件的制作與養(yǎng)護(hù)：為研究本文所述雜填土在各加固材料不同添加劑量下的加固特性，制作不同試樣以進(jìn)行不同試驗(yàn)物理參數(shù)測(cè)量，分別養(yǎng)護(hù)7 d、28 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）將上述試樣分別置于不同的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)各試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析（見表1）。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

雜填土區(qū)域在公路交通施工中十分常見，因其特殊的地質(zhì)情況導(dǎo)致施工困難，為研究雜填土的處理及其加固特性，分析不同加固材料對(duì)于雜填土加固特性的影響，本文對(duì)添加三種加固材料的雜填土以下性能做了分析。

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

添加不同加固材料后所研究雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與加固材料劑量的關(guān)系如圖1所示。圖1數(shù)據(jù)反映出不添加加固材料雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值為0，分別添加不同類型不同劑量的加固材料對(duì)于雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均有明顯提升，表明加固材料對(duì)于改良雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度具有積極作用。整體對(duì)比分析，添加加固材料后7 d齡期與28 d齡期的無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度，數(shù)據(jù)顯示28 d齡期的強(qiáng)度值均高于7 d時(shí)雜填土的強(qiáng)度。

分別觀察添加石灰、水泥和固化劑后各土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與使用劑量的關(guān)系。添加石灰后7 d與28 d齡期曲線走勢(shì)基本相同，均在使用劑量為10%時(shí)達(dá)到最大強(qiáng)度值，其后強(qiáng)度值隨使用劑量的增加呈現(xiàn)穩(wěn)中回落，28 d齡期強(qiáng)度值為1.62 MPa較7 d時(shí)強(qiáng)度1.21 MPa提高了33.88%;添加水泥后的雜填土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨著添加劑量的增加整體呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì)，分析其隨著添加劑量增加的過(guò)程，在使用劑量為<8%時(shí)增量較大，但在使用劑量為8%～10%時(shí)增量突然減緩，其效率大幅度降低;對(duì)于使用固化劑的雜填土而言在使用劑量為0.08%處出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，其28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值達(dá)到2.28 MPa，為添加三種加固材料后雜填土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值。因此可以初步分析認(rèn)為固化劑對(duì)本文研究道路雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值影響較大。

2.2 劈裂強(qiáng)度分析

本文研究的公路雜填土添加加固材料后的劈裂強(qiáng)度與使用劑量的關(guān)系變化如下頁(yè)圖2所示。圖2數(shù)據(jù)顯示各試樣在不添加任何加固材料時(shí)的劈裂強(qiáng)度均為0，添加加固材料后的雜填土劈裂強(qiáng)度均實(shí)現(xiàn)不同程度的增強(qiáng)，分析認(rèn)為加固材料對(duì)于改良雜填土的劈裂強(qiáng)度具有促進(jìn)作用。觀察添加加固材料后各試樣在7 d齡期與28 d齡期的劈裂強(qiáng)度，數(shù)據(jù)顯示28 d齡期的強(qiáng)度值均高于7 d時(shí)雜填土的強(qiáng)度，符合常規(guī)現(xiàn)象。

分析添加石灰、水泥和固化劑后各試樣劈裂強(qiáng)度與使用劑量的關(guān)系。添加石灰后不同齡期曲線走勢(shì)基本相同，28 d齡期初期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率較高，且峰值強(qiáng)度較7 d齡期較高，石灰使用劑量為10%時(shí)達(dá)到峰值強(qiáng)度值0.17 MPa;添加水泥后的雜填土劈裂強(qiáng)度值與添加劑量在試驗(yàn)劑量范圍內(nèi)呈正相關(guān)，且在添加劑量>10%時(shí)增長(zhǎng)率尤為明顯，添加劑量為10%～12%時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)率為36.84%，添加劑量為12%～14%時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)率為52.38%;使用固化劑的試樣劈裂強(qiáng)度在使用劑量為0.08%處出現(xiàn)峰值，其28 d劈裂強(qiáng)度值達(dá)到0.24 MPa。因此，分析認(rèn)為加固材料增強(qiáng)了骨料間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，大幅提升了雜填土體的抗裂性能，從而提升了其作為路基的材料性能。

2.3 雜填土回彈模量分析

添加加固材料后雜填土回彈模量與劑量間的關(guān)系如圖3所示。與上述力學(xué)性能相同，添加各類型加固材料后試樣的回彈模量較初始狀態(tài)均有大幅度增大，表明加固材料對(duì)于改良雜填土的回彈模量具有積極作用。整體數(shù)據(jù)顯示雜填土在添加加固材料后28 d齡期的回彈模量較7 d齡期時(shí)均偏大。

觀察各試樣回彈模量與加固材料使用劑量的關(guān)系，同一類加固材料7 d與28 d齡期曲線走勢(shì)基本相同，添加石灰后的28 d齡期雜填土在使用劑量為10%時(shí)達(dá)到回彈模量峰值381 MPa，隨后回彈模量開始以較小幅度降低;添加水泥后的雜填土回彈模量與添加劑量呈正相關(guān)關(guān)系，在試驗(yàn)添加劑量范圍內(nèi)回彈模量最高達(dá)到836 MPa;對(duì)于使用固化劑的雜填土而言回彈模量在使用劑量為0.08%時(shí)出現(xiàn)峰值拐點(diǎn)，其28 d齡期回彈模量達(dá)到492 MPa。因此加固材料對(duì)本文研究道路雜填土的回彈模量影響較大，能夠提升土體抵抗荷載的能力，使其路用性能優(yōu)化。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以陜西省某紅色旅游公路雜填土建設(shè)工程為例，基于室內(nèi)試驗(yàn)展開對(duì)影響該工程雜填土特性的加固材料性能研究。研究結(jié)果指出，石灰、水泥、固化劑等三種加固材料對(duì)公路雜填土的性能改善具有重要意義，能夠明顯提升雜填土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量。添加加固材料后雜填土的齡期對(duì)土體的性能影響較大，具體表現(xiàn)為28 d齡期土體各項(xiàng)性能均優(yōu)于7 d齡期的性能。添加石灰后的雜填土各物理量隨著添加劑量的增加先提高隨后緩慢下降，添加劑量為10%時(shí)為各物理量的最優(yōu)值，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量分別為1.62 MPa、0.17 MPa、381 MPa;添加水泥后的雜填土各性能均隨著添加劑量的增加而變優(yōu)，其在添加劑量為10%時(shí)效率最高且與另兩種加固材料加固后的雜填土性能相似，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量分別為1.72 MPa、0.19 MPa、608 MPa;添加固化劑后的雜填土各項(xiàng)性能在添加劑量為0.08%時(shí)達(dá)到最優(yōu)，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和回彈模量分別為2.28 MPa、0.24 MPa、492 MPa。綜合考慮性能優(yōu)化程度與經(jīng)濟(jì)成本，固化劑為最優(yōu)加固材料。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋文濤.道路路基雜填土的處理探析[J].交通世界，2018（32）：69-70.

[2]張 昕，易 磊.城市道路雜填土路基處理方法研究與應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2018，235（11）：10，85-88.

[3]張振營(yíng).城市生活垃圾的壓縮性及填埋場(chǎng)的沉降研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[4]李 騰.建筑垃圾雜填土強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究和數(shù)值分析[D].天津：天津大學(xué)，2014.

[5]石巖峰.雜填土工程特性及基坑邊坡穩(wěn)定性分析[D].?？冢汉Ｄ洗髮W(xué)，2013.

[6]張 衡.公路工程雜填土的處理方法與路基加固研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2019.