石灰改良淤泥質(zhì)黏土特性試驗(yàn)及應(yīng)用研究

石和杰

【摘要】武漢市水系發(fā)達(dá)，存在大量軟土，武漢市市政工程土方施工過(guò)程中通過(guò)采用石灰對(duì)開(kāi)挖出的淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行改良，在路基施工中取得了不錯(cuò)的效果。通過(guò)對(duì)拌和不同石灰含量的含水率最大淤泥質(zhì)黏土改良土樣進(jìn)行土的承載比試驗(yàn)，得到8%的石灰含量淤泥質(zhì)黏土改良土樣的承載比能夠滿足規(guī)范要求，再探討8%的石灰含量改良土樣的物理力學(xué)變化規(guī)律，通過(guò)道路彎沉值和壓實(shí)度對(duì)該改良淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，采用8%的石灰含量改良淤泥質(zhì)黏土的路用性能好，能滿足設(shè)計(jì)要求和達(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】石灰改良土;淤泥質(zhì)黏土;路基彎沉;力學(xué)性能

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.047

1、引言

淤泥質(zhì)黏土廣泛分布在我國(guó)濱海、湖、江河中下游等地區(qū)，由于淤泥質(zhì)黏土具有流變性明顯和承載力差等特點(diǎn)，不能直接用作路基填筑[1]。道路建設(shè)中不可避免穿越淤泥質(zhì)黏土路段，若將其取出棄置并外購(gòu)好土進(jìn)行回填，不僅會(huì)占用額外土地資源和花費(fèi)大量經(jīng)濟(jì)成本，而且還會(huì)給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來(lái)一定污染，因此，淤泥質(zhì)黏土的合理利用和處治具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)意義。

目前，軟土采用石灰進(jìn)行改良，能夠取得很好效果。陳寶等對(duì)石灰改良淤泥質(zhì)黏土作為路基回填料進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)摻石灰后淤泥質(zhì)黏土壓實(shí)具有強(qiáng)度高和壓縮性低的特點(diǎn)。但由于各地區(qū)淤泥質(zhì)改良土在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上不同，導(dǎo)致其強(qiáng)度和壓縮性改善程度方面缺乏系統(tǒng)研究[2]。

論文以工程路段開(kāi)挖出的含水率最大淤泥質(zhì)黏土拌和不同石灰含量，來(lái)開(kāi)展改良土樣的CBR試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)道路彎沉值和壓實(shí)度來(lái)確定最佳石灰含量的淤泥質(zhì)黏土改良方案，以期為道路路基填筑中淤泥質(zhì)黏土處治設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

2、工程概況

論文以武漢市市政工程路基挖填方為例，開(kāi)展石灰改良淤泥質(zhì)黏土性能試驗(yàn)研究。該道路全長(zhǎng)3208.774km，設(shè)計(jì)車速為 80km/h，道路紅線寬40m，其中行車道寬22.0m，為雙向六車道的城市主干道。場(chǎng)地地基土主要由人工填土、全新統(tǒng)沖湖積相黏土、淤泥質(zhì)黏土（見(jiàn)圖1）及沖洪積相黏土構(gòu)成。公路沿線有耕地和水塘，淤泥質(zhì)黏土分布廣泛。淤泥質(zhì)黏土樣呈流塑～軟塑狀，分布厚度約為0.4～16.0m，其承載力小，不能直接用作路基填筑。若將淤泥質(zhì)黏土作為棄方處理或外購(gòu)好土，將會(huì)占用大量土地資源和產(chǎn)生巨額施工費(fèi)用，嚴(yán)重地影響了路基周邊環(huán)境，因此，項(xiàng)目結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬采用石灰改良淤泥質(zhì)黏土的力學(xué)性能，從而能夠?qū)⑵溆糜诘缆仿坊钪?/p>

3、? 石灰改良淤泥質(zhì)黏土力學(xué)性能

3.1? 原材料分析

本試驗(yàn)所用土樣為施工現(xiàn)場(chǎng)取得含水率最大淤泥質(zhì)黏土，對(duì)該試驗(yàn)土樣進(jìn)行一系列物理指標(biāo)試驗(yàn)，本項(xiàng)目路段淤泥質(zhì)黏土物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。根據(jù)液塑限和塑性指數(shù)判斷土的類型，如果土的黏料含量達(dá)到50%，且液限高的情況下強(qiáng)度低，土樣難以壓實(shí)，不能作為回填土，需要晾曬或改良才能回填。因此，本試驗(yàn)針對(duì)該路段含水率最大淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行改良，且改良淤泥質(zhì)黏土的生石灰（見(jiàn)圖2）化學(xué)成分含量如表2所示。

3.2? 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

本試驗(yàn)進(jìn)行石灰改良淤泥質(zhì)黏土中主要探討石灰含量對(duì)改良淤泥質(zhì)黏土物理力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)將塊狀生石灰黏磨后過(guò)2mm篩，后按照一定含量的生石灰消解并充分拌和在最大含水率淤泥質(zhì)黏土中，配置不同石灰含量的改良土樣（見(jiàn)圖3）。

試驗(yàn)采用5種摻入量（2%、4%、6%、8% 和 10%）的試驗(yàn)土樣進(jìn)行土的承載比試驗(yàn)（CBR）和擊實(shí)試驗(yàn)，如圖 4所示。CBR隨著石灰的含量增加而增加，說(shuō)明石灰能夠改良承載力小的淤泥質(zhì)黏土。根據(jù)規(guī)范CBR≥8%為合格，本試驗(yàn)只有8%和10%的石灰含量合格。本試驗(yàn)采用重型擊實(shí)法對(duì)5種摻入量（2%、4%、6%、8% 和 10%）的試驗(yàn)土樣分五層進(jìn)行擊實(shí)，圖5 為不同石灰含量的最大干密度與最優(yōu)含水率。最佳含水率隨著石灰含量的增加而增加，而最大干密度隨著石灰含量的增加先增加后減小，說(shuō)明8%的石灰含量改良淤泥質(zhì)黏土最優(yōu)。因此，根據(jù)CBR試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)，同時(shí)考慮工程成本。本項(xiàng)目采用8%石灰含量對(duì)淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行改良并應(yīng)用于路基填筑。

4、? 路基應(yīng)用結(jié)果分析

4.1? 施工工藝

石灰改良土路基填筑施工一般步驟為：現(xiàn)場(chǎng)原材料檢測(cè)、摻配試驗(yàn)、選取最優(yōu)摻配比例、現(xiàn)場(chǎng)施工、質(zhì)量檢測(cè)[3]。

1） 現(xiàn)場(chǎng)原材料檢測(cè)。測(cè)試準(zhǔn)備采購(gòu)的生石灰相關(guān)參數(shù)，及現(xiàn)場(chǎng)含水率最大淤泥質(zhì)黏土的CBR和物理基本力學(xué)性質(zhì)。

2）摻配試驗(yàn)。使用不同比例的生石灰對(duì)淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行摻拌，悶料后測(cè)試其CBR等參數(shù)。

3）選取最優(yōu)摻配比例。通過(guò)試驗(yàn)等參數(shù)分析，選擇最優(yōu)摻配比例，保證既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能達(dá)到節(jié)省材料的目的。

4）現(xiàn)場(chǎng)施工。現(xiàn)場(chǎng)石灰拌和，石灰過(guò)篩，拌和三次，石灰均勻后燜3d，攤平整壓，采用推土機(jī)、平地機(jī)按照規(guī)范碾壓并達(dá)到壓實(shí)度設(shè)計(jì)要求。

5）質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)道路彎沉值和壓實(shí)度進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，使其達(dá)到質(zhì)量要求。

4.2? 道路彎沉值結(jié)果分析

道路彎沉由于能反映道路路面整體強(qiáng)度與剛度和體現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)承載力在道路工程中受到廣泛的應(yīng)用。表3為道路彎沉值檢驗(yàn)結(jié)果匯總表，本項(xiàng)目用8%石灰含量的石灰改良淤泥質(zhì)黏土回填路基的道路彎沉值都小于250，均滿足符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3? 路基壓實(shí)度結(jié)果分析

壓實(shí)度是保證路基路面剛度、強(qiáng)度、平整度及穩(wěn)定性的重要內(nèi)在指標(biāo)。表4為壓實(shí)度結(jié)果匯總表，本項(xiàng)目用8%石灰含量的石灰改良淤泥質(zhì)黏土回填路基的壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4? 經(jīng)濟(jì)效益分析

表 5 為棄置淤泥質(zhì)黏土回填好土和石灰改良淤泥質(zhì)黏土的成本對(duì)比，棄置回填土的成本為165元/m3，采用8%石灰含量的成本為44.5元/m3，利潤(rùn)為120.5元/m3。而在本項(xiàng)目一共有8262 m3淤泥質(zhì)黏土需要處治，節(jié)省了995571元。因此，采用石灰改良淤泥質(zhì)黏土降低了經(jīng)濟(jì)成本。

結(jié)束語(yǔ)：

本試驗(yàn)通過(guò)做不同石灰含量的改良含水率最大淤泥質(zhì)黏土的CBR試驗(yàn)，得出石灰含量能夠改良淤泥質(zhì)黏土的承載比，根據(jù)CBR試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)，項(xiàng)目用8%石灰含量的石灰改良淤泥質(zhì)黏土作為路基填筑，能夠滿足道路彎沉值和壓實(shí)度的設(shè)計(jì)要求，并降低工程成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝艷波，余宏明，楊艷霞.紅層泥巖改良土特性室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（2）：425-432.

[2]陳寶，李池龍，李永剛.石灰改良路基土的力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].路基工程，2013（6）：78-82.

[3]許志堅(jiān).石灰改良淤泥質(zhì)軟土路用特性試驗(yàn)研究[J].交通建設(shè)與管理，2019（03）：98-101.

[4]? 張義貴，王保田. 石灰改良高含水率粘土作為路基填料的試驗(yàn)研究[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù)，2010 （ 4）： 5-7.

[5]? 交通部公路科學(xué)研究院.公路土工試驗(yàn)規(guī)程 （ JTG E40-2007）[S].北京：人民交通出版社，2007， 122-145.