淤泥固化技術(shù)在公路工程軟基處理中的應(yīng)用

冀士文

（中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

通過對大量公路工程軟基的考察與分析可知，淤泥是公路工程軟基最主要的組成部分，針對以淤泥為主的公路工程軟基，若能借助淤泥固化的方法來處理，則可達到事半功倍的效果。然而，這需要通過試驗來驗證該項技術(shù)在軟基處理的可行性，而且還需要結(jié)合軟基處理要求制定合理可行的施工方法。

1 淤泥固化技術(shù)簡介

在疏浚工程中難免產(chǎn)生很多淤泥，這些淤泥不僅有很高的含水量，而且強度低，運輸困難，機械設(shè)備難以在其表面通行。另外，在底泥當(dāng)中往往還有很多有機質(zhì)與重金屬，如果未進行有效的處理，將造成嚴(yán)重的污染。對持續(xù)增加的淤泥進行處理，使其實現(xiàn)資源化利用，是當(dāng)前的一個焦點問題。固化處理是現(xiàn)階段針對淤泥最常用也是最有效的一種方法，完成固化的淤泥可以直接作為填方材料在諸多工程中使用，同時道路中存在的淤泥軟基也可采用固化技術(shù)進行處理，使淤泥成為路基的填方材料[1]。

由于淤泥具有較高的含水率、液限、塑性指數(shù)、有機質(zhì)含量和流變性，所以在道路工程中需采取針對性措施來改善淤泥性質(zhì)，確定適宜的固化材料，并對施工進行科學(xué)合理的安排，對淤泥固化每一項指標(biāo)均進行嚴(yán)格控制等，同時還要重視質(zhì)量檢測，以保證淤泥固化后的壓實度、抗壓強度及承載比等指標(biāo)均能達到要求。為確定淤泥固化技術(shù)能否在公路工程軟基處理中使用，并達到理想處理效果，以下進行了相關(guān)試驗驗證。

2 試驗材料及方法

2.1 底泥

試驗中按照隨機原則在某道路工程中選取淤泥，將其作為本次試驗的主要研究對象，經(jīng)初步測定，所選取的淤泥的主要技術(shù)指標(biāo)為：①含水率：59.25%；②有機質(zhì)含量：6.18%；③pH值：6.99；④粒徑：粒徑小于0.005mm的顆粒占32.68%，粒徑在0.005～0.05mm的顆粒占64.28%，粒徑超過0.05mm的顆粒占3.04%。

2.2 固化劑

可在淤泥中使用的固化劑有很多種類型，最為常用是水泥基固化劑，采用這種固化劑能增強土壤自身承載力，適用于黏土類土壤中。在本次試驗中，向淤泥中適量添加該固化劑進行固化處理，然后通過檢測固化后土體的各項指標(biāo)來確定能否達到路基要求，這些指標(biāo)包括壓實度、含水率與承載比。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果可知，在添加固化劑后淤泥將發(fā)生一系列反應(yīng)，如碳酸化、絮凝和火山灰反應(yīng)，在這些反應(yīng)完成后，土體強度將得到顯著的提高[2]。

2.3 測定方法

在本次試驗過程中主要采用下列方法完成測定：①pH值的測定借助便攜式pH計完成；②含水率的測定借助烘箱及天平完成；③有機質(zhì)含量的測定借助馬弗爐完成；④顆粒的粒徑分布情況測定借助Mastersize-2000型馬爾文激光粒度儀完成；⑤壓實度測定借助標(biāo)準(zhǔn)擊實儀完成；⑥承載比，即CBR值的測定按照相關(guān)試驗規(guī)程完成；⑦無側(cè)限抗壓強度的測定借助應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀完成。

3 試驗結(jié)果及分析

（1）淤泥完成固化后，其最佳含水率和素土十分接近，需對其最佳含水率及最大干密度進行準(zhǔn)確測定。因土樣的實際含水率比最大含水率高很多，所以應(yīng)先采用風(fēng)干法對土樣含水率進行調(diào)整，確保土樣實際含水率可以在最佳含水率的兩側(cè)分布。完成含水率調(diào)整后開展擊實試驗，以此獲得擊實曲線。根據(jù)擊實曲線，本次試驗選取的三組土樣，其最佳含水率為15.6%、17.7%和19.6%，最大干密度為1.79g/cm3、1.85g/cm3和1.88g/cm3。

（2）以上述最佳含水率與最大干密度為依據(jù)，對每組土樣需要的濕土數(shù)量進行初步估算，然后按照確定的濕土數(shù)量的5%、10%、15%及20%進行固化劑用量確定，采用人工通過連續(xù)攪拌達到均勻后，將其分成三層放到試模當(dāng)中，之后進行逐層擊實，此時要注意在加入下層之前需對表面進行拉毛處理。

采用以上方法完成試件的制備之后，需先靜置24h再進行脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)連續(xù)養(yǎng)護，并在試驗開始前1d將試件取出浸水，將試件表面的積水擦干后，利用修土刀將試件的上下兩個表面修平，采用萬能試驗機開始試驗，以確定不同試件的抗壓強度。試驗時的加荷速率按照1mm/min控制[3]。經(jīng)試驗可知，隨著固化劑添加數(shù)量不斷增加以及齡期的不斷增長，三組試件的無側(cè)限抗壓強度均逐步提高，且增幅也明顯加快，三組試件有基本相同的強度增長規(guī)律。此外，通過與相關(guān)技術(shù)規(guī)程的對比，固化后的淤泥土無側(cè)限抗壓強度可以達到路基要求。

（3）根據(jù)無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果可知，在不同位置選取的淤泥，其強度指標(biāo)極為相似，所以在之后的承載比試驗過程中，僅需對其中一組土樣進行試驗，相關(guān)試驗結(jié)果為：①當(dāng)固化劑添加量為5%時，3d、7d、14d與21d齡期的固化土承載比（CBR值）分別為0.77%、0.86%、1.10%和1.10%；②當(dāng)固化劑添加量為10%時，3d、7d、14d與21d齡 期 的 固 化 土 承 載 比（CBR值）分別為1.46%、1.91%、2.43%和2.43%；③當(dāng)固化劑添加量為15%時，3d、7d、14d與21d齡期的固化土承載比（CBR值）分別為2.29%、2.43%、2.71%和2.86%；④當(dāng)固化劑添加量為20%時，3d、7d、14d與21d齡期的固化土承載比（CBR值）分別為2.86%、3.29%、3.71%和4.29%。

從以上試驗結(jié)果可知，當(dāng)固化劑的添加量為5%時，固化土的承載比（CBR值）不能達到路基要求，而當(dāng)固化劑的添加量達到10%以上時，固化土的承載比（CBR值）則可以達到路基要求，但要注意，若按照10%的添加量添加固化劑，則要對固化土連續(xù)養(yǎng)護至少14d才能使固化土的承載比（CBR值）達到要求[4]。

4 配方設(shè)計

對公路路基而言，壓實度、承載比與抗壓強度是衡量其質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，基于此，在施工中必須對相關(guān)參數(shù)進行嚴(yán)格控制。因目前還比較缺乏相關(guān)經(jīng)驗，規(guī)范對路基淤泥固化處理也沒有提出細致的要求，所以施工中要加強質(zhì)量控制，并做好質(zhì)量檢測?；谝陨显囼灲Y(jié)果以及對試驗結(jié)果的分析，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，由于在淤泥中適量添加固化劑形成的固化土滿足路基對壓實度、強度及承載比的要求，所以在現(xiàn)場施工中可借助此法直接改良路基淤泥，但要達到理想的固化效果，在充分考慮安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，建議將固化劑的添加量確定為最高值，即20%，以此確保固化土有足夠的強度與承載比[5]。

5 施工方法及控制

5.1 施工方法

5.1.1 施工工藝流程

淤泥固化施工工藝流程為：下承層驗收→施工放樣→包邊土施工→卸土并破碎→降水→攤鋪整平→畫方格網(wǎng)→撒布固化劑→拌和→攤鋪整平→碾壓→檢驗→頂面封層。

5.1.2 下承層準(zhǔn)備

在下一層施工正式開始前，應(yīng)保證各點位的坐標(biāo)均準(zhǔn)確無誤，且高程、平整度和壓實度數(shù)據(jù)都能達到規(guī)范要求，施工場地保持潔凈，沒有雜物。

5.1.3 攤鋪整平

借助反鏟挖掘機進行淤泥開挖與裝車，然后由自卸車進行運輸。將淤泥土卸車完成后，采用機械和人工相配合的方式進行整平，具體包含粗平、精平與局部整平。整平后利用壓路機連續(xù)輕壓2遍。為了使淤泥和固化劑之間混合均勻并達到要求的初始壓實度，對于淤泥松鋪厚度，可初步選定為25cm。

5.1.4 撒布固化劑

在大面積撒布固化劑之前，應(yīng)先用石灰撒方格網(wǎng)，對1袋固化劑可以撒布的面積進行計算，將固化劑均勻撒布到土基表面，其間由人工使用刮板將固化劑攤平、攤均勻，盡量保證每袋固化劑實際攤鋪面積保持一致。用于承裝固化劑的包裝袋不可在現(xiàn)場隨意丟棄，使用完畢后應(yīng)盡快回收處理，以免造成污染。

5.1.5 拌和

拌和借助專門的拌和機實施，拌和深度應(yīng)能達到下層5～10mm，確保上下層良好黏結(jié)，防止素土夾層的產(chǎn)生。拌和時應(yīng)確?；旌狭蠈嶋H含水量與最佳含水量相差在±2%以內(nèi)，一般需重復(fù)拌和4遍。

5.1.6 攤鋪整平

根據(jù)要求的松鋪厚度借助推土機將拌和均勻的淤泥固化土攤鋪至初平，然后使用平地機按照要求的路拱進行整形，采用壓路機以較快的速度靜壓1遍，促使?jié)撛诘牟黄秸幠軌蝻@現(xiàn)，最后采用平地機和人工加以終平。

5.1.7 碾壓

固化后的路基碾壓主要包括兩種，即振動碾壓與沖擊碾壓。將固化后的淤泥鋪筑好后，應(yīng)先用振動壓路機實施初始碾壓，在鋪筑完兩層后采用沖擊壓路機進行沖擊碾壓，壓實厚度一般按照50cm控制，通過沖擊碾壓，能有效提高路基整體壓實度，避免路基在施工完成后產(chǎn)生太大的沉降。振動碾壓和沖擊碾壓存在的差異為：在碾壓厚度方面，振動碾壓為單層，即25cm，而沖擊碾壓為雙層，即50cm；在碾壓遍數(shù)方面，振動碾壓為6～8遍，而沖擊碾壓需達到20遍；在輪跡重疊方面，振動碾壓為1/2輪寬，而沖擊碾壓為1/4輪寬；在縱向搭接寬度方面，振動碾壓為不小于2m，沖擊碾壓為30～50cm；在碾壓順序方面，振動碾壓為從外側(cè)碾壓至內(nèi)側(cè)，沖擊碾壓為先碾壓兩邊，再碾壓中間。

5.1.8 檢驗

碾壓結(jié)束后檢查路基的各項技術(shù)指標(biāo)，如強度、厚度與壓實度，重點做好壓實度檢測。壓實度的檢測方法為核子密度儀法、環(huán)刀法與灌砂法，具體根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇，優(yōu)先考慮采用核子密度儀法，以保證壓實度檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)檢測確認(rèn)各項指標(biāo)均能達到要求后，即可對下一層進行施工。

5.1.9 頂面封層

在路基的標(biāo)高達到需要進行封層的位置后，采用黏土實施封層處理，嚴(yán)格按照設(shè)計要求執(zhí)行，若無法及時進行封層，則要進行養(yǎng)護處理。頂面封層材料為8%石灰土或二灰土，封層厚度為40cm，通過頂面封層能起到以下作用：其一，提高路基的整體強度，避免路面與路基間產(chǎn)生軟弱夾層；其二，提高頂部防水性能，減少或避免水進入到路基范圍內(nèi)，導(dǎo)致路基破壞。

5.2 施工控制

為保證路基淤泥固化達到理想效果，首先要根據(jù)實際情況和各項要求制訂合理可行的施工方案，然后在現(xiàn)場施工中還要加強控制，具體的施工控制要點如下。

（1）先利用挖掘機對路基范圍內(nèi)存在的淤泥進行適當(dāng)開挖，然后利用挖掘機自帶抓斗對挖松的淤泥進行破碎攪拌，使其達到基本均勻，確保土團粒粒徑不超過20mm。如果經(jīng)初步測定發(fā)現(xiàn)路基范圍內(nèi)的淤泥有極高的含水率，則需采用絞吸等方法對其進行必要的預(yù)處理，使固化處理前路基淤泥的實際含水率不超過50%～60%。

（2）按照設(shè)計階段確定的固化劑添加量向經(jīng)含水率檢測確認(rèn)合格的淤泥中均勻撒布固化劑，并利用挖掘機等一系列機械進行攪拌，使固化劑在淤泥中的分布達到盡可能地均勻。在正式添加固化劑進行攪拌之前，應(yīng)先進行試驗性攪拌，以此確定固化劑含量及均勻性能否達到要求，經(jīng)試驗檢測確認(rèn)合格后，再開始正式攪拌。

（3）添加固化劑完成攪拌后，需經(jīng)過一段時間的悶料才能進行攤鋪整平，以免攤鋪整平過程給固化土的均勻性造成影響。

（4）對固化土均勻性等指標(biāo)進行測試，經(jīng)測試達到預(yù)期要求后，開始借助壓路機對固化土路基進行碾壓。此時的碾壓和一般路基碾壓相同，都應(yīng)分層進行，但要注意，每完成一層固化土碾壓，都要覆蓋一層薄膜進行養(yǎng)護，同時做好必要的整修。

（5）一層施工完成后，需按照要求的批次進行承載比與強度檢測，經(jīng)檢測確認(rèn)與要求相符后，方可對上一層進行施工。

6 結(jié)語

綜上所述，淤泥是公路工程軟土路基最常見的組成部分，若能在公路軟基處理中引入淤泥固化技術(shù)，一方面能省去對淤泥的挖除、運輸和堆放等過程，另一方面直接采用固化劑對淤泥進行改良處理，可降低淤泥對工程及環(huán)境造成的危害，同時還能減少其他填方材料的使用，在減少材料投入的同時，加快施工效率，縮短工期，降低成本，具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。