改良樁基清渣淤泥土承載力特性及機理研究

李琴

（1 中交一公局廈門工程有限公司；2 中交一公局廈門檢測技術有限公司）

0 引言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，交通基礎工程發(fā)展迅速，一方面，隨著公路工程大量的擴建、新建，路基需要很多的填土材料，通常情況下，填土材料的獲取主要通過開山采土或者開挖田地等方式，這種取材方式對環(huán)境的破壞程度很大，觸碰了保護生態(tài)環(huán)保的紅線；另一方面，公路工程建設過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生許多難以直接利用的淤泥土，包含且不限于樁基清渣淤泥土等，這些淤泥土具有高含水量、低強度等特性，以致于無法滿足路基工程填料的要求，因此通常采用廢棄堆放方法，不僅危害環(huán)境，還浪費資源。若能將這些廢棄的淤泥土改良，使之成為滿足要求的填土材料，然后用于路基填筑，不僅有助于滿足公路建設的填土需求，還可以避免由于堆放廢棄淤泥土引起的廢固污染。本研究通過處理改良樁基清渣淤泥土，旨在提供一定的淤泥改良技術及試驗應用指導。

1 試驗材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1樁基清渣淤泥土

選取海南鋪前大橋樁基清出來的淤泥土作為樣品，性能見表1，粒徑分配圖見圖1。

綜合表1、圖1數(shù)據(jù)可以得出：鋪前大橋樁基清渣淤泥屬于低液限粉質黏土，CBR 性能指標不滿足《公路路面基層施工技術規(guī)范》要求。

表1 樁基清渣淤泥技術指標

圖1

1.1.2改良劑

根據(jù)該淤泥含水量高、力學性質差、不易攪拌與分散等特點，優(yōu)選改良劑如下：

⑴水泥：42.5普通硅酸鹽水泥。

⑵生石灰：CaO+MgO含量≥75%。

1.2試驗方法

⑴層鋪+翻鋪法。

根據(jù)工程施工實際情況，模擬路拌法工藝在試驗室內采取層鋪+翻鋪法相結合的混合技術，具體操作如下：稱取合適質量的淤泥土與改良劑，將淤泥土與改良劑均分為兩份，均勻鋪撒一層淤泥土后，在淤泥土上面均勻鋪撒改良劑，然后用鏟子進行翻鋪，待混合較充分后，再均勻鋪撒另一層淤泥土與改良劑，再進行翻鋪，混合較充分后放置室外進行風干，見圖2、圖3。

圖2 室內試驗

圖3 室外風干

⑵擊實試驗。

參照JTGE40-2007《公路土工試驗規(guī)程》中重型擊實試驗方法。

⑶承載力試驗。

參照JTGE40-2007《公路土工試驗規(guī)程》中承載比試驗方法。

2 擊實試驗結果

2.1水泥改良淤泥土擊實試驗結果

取水泥摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥土進行擊實試驗，試驗數(shù)據(jù)結果見表2。

表2 水泥-淤泥改良土最佳含水量和最佳干密度試驗結果

分析表2可以得出：

隨著水泥摻量提高，淤泥改良土最佳含水量隨之提高，摻量為0 時，最佳含水量為10.2%，摻量為12%時，最佳含水量為14.6%，整體增幅為43.1%；另外，隨水泥摻量提高，最大干密度不斷降低，摻量為0 時，最大干密度為1.97，摻量為12%時，最大干密度為1.74，整體減小幅度為11.7%。分析原因為：水泥加入淤泥中后，與淤泥土中的水發(fā)生了水化反應，土顆粒表面水膜因此變薄，從而導致最大干密度減小，最佳含水量提高。

2.2生石灰改良淤泥擊實試驗結果

取生石灰摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥土進行擊實試驗，試驗數(shù)據(jù)結果見表3。

表3 生石灰-淤泥改良土最佳含水量和最佳干密度試驗結果

分析表3可以得出：

隨著生石灰摻量增加，淤泥改良土最佳含水量隨之提高，摻量為0 時，最佳含水量為10.2%，摻量為12%時，最佳含水量為14.3%，整體增幅為40.2%，略小于摻水泥的增幅；另外，隨生石灰摻量增加，最大干密度不斷降低，摻量為0 時，最大干密度為1.97，摻量為12%時，最大干密度為1.77，整體減小幅度為10.2%，略小于摻水泥的減幅。

3 CBR試驗結果

取水泥和生石灰摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥改良土進行CBR試驗，試驗數(shù)據(jù)結果見表4、表5。

表4 水泥-淤泥改良土CBR值試驗結果

表5 生石灰-淤泥改良土CBR值試驗結果

分析表4、表5可以得出：

⑴隨著水泥摻量的增加，淤泥改良土的CBR 值呈增大趨勢。水泥摻量為0 時，淤泥土92 區(qū)、94 區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為1.1、1.9、3.6，均不滿足二級公路路基施工要求；當水泥摻量為3%時，淤泥改良土92 區(qū)、94 區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為5.6、6.2、11.5，其CBR 值強度滿足二級公路路基施工要求；隨著水泥摻量增加為6%、9%、12%，淤泥改良土的CBR 值顯著提高。說明水泥作為淤泥土的改良劑，能較好地改善其強度指標。

⑵隨著生石灰摻量的增加，淤泥改良土的CBR 值呈增大趨勢。當生石灰摻量為3%時，淤泥改良土92區(qū)、94區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為4.5/5.8/7.6，其CBR 值強度滿足二級公路路基施工要求，隨著生石灰摻量增加為6%、9%、12%，其淤泥改良土的CBR 值顯著提高。說明生石灰作為淤泥土的改良劑，能較好地改善其強度指標。

⑶對比改良后的CBR 值，可以看出水泥較生石灰改良效果更好。

⑷摻入水泥和生石灰后，淤泥改良土的膨脹率有所降低，但改良劑摻量與膨脹率的變化并無明顯規(guī)律，且變化也不明顯，膨脹率在0.12%～1.24%上下浮動，說明改良劑摻量對淤泥改良土的膨脹率影響不大。

4 SEM微觀結果分析

4.1水泥改良淤泥土的影響研究

水泥作為改良劑的淤泥改良土的SEM 圖見圖4、圖5。

圖4

圖5

從圖4、圖5 我們可以看到纖維狀的鈣礬石花簇及針狀的鈣礬石晶體，也能夠觀察到絮狀C-S-H 膠凝體和大顆粒團聚，這是因為水泥作為改良劑與淤泥土混合之后，水泥與土中的水發(fā)生了水化反應，水化產(chǎn)物生成后，有的產(chǎn)生大量纖維狀鈣礬石晶體，纖維狀的晶體向外延伸，在泥土顆粒間隙形成網(wǎng)狀構造，進一步形成水泥石骨架，有的則與泥土中具有活性的細顆粒反應，加強骨架結構。水化產(chǎn)物中生凝膠粒子C-S-H 的比表面積很大，具有強大的表面能，因此，其表面有很大的吸附力，可以吸附較大顆粒土團，進一步團聚起來形成水泥土的團粒結構，形成堅固的結合體，宏觀表現(xiàn)為淤泥改良土的CBR 值強度提高。此外，水化產(chǎn)物的另一種物質Ca(OH)2，會與空氣中的CO2發(fā)生化學反應生產(chǎn)CaCO3，進一步提高淤泥改良土的強度。

4.2生石灰改良淤泥土的影響研究

生石灰作為改良劑的淤泥改良土的SEM 圖見圖6、圖7。

圖6

圖7

從圖6、圖7 我們可以看到大量的針片狀Ca(OH)2晶體和膠結物，這是因為將生石灰作為改良劑摻入淤泥土后，在淤泥土中水的作用下，生石灰迅速消解，產(chǎn)生Ca(OH)2和少量Mg(OH)2，并離解出Ca2+，Ca2+和K+和Na+發(fā)生離子交換反應，使膠體吸附層變薄，降低了電位，從而使黏土的膠體絮凝形成膠結物，使淤泥土的塑性指數(shù)下降并水穩(wěn)定成型，形成早期強度。其次，Ca(OH)2絕大部分以結晶水的形式存在，形成(Ca(OH)2·nH20)晶體，此晶體與土粒結合形成共晶體，進一步填充了淤泥土顆粒間的孔隙，將土粒膠結成一個整體，使改良土的強度和水穩(wěn)定性得到改善。最后，Ca(OH)2會不斷和空氣中的CO2反應，生成具有較高強度和水穩(wěn)定性的CaCO3顆粒，進一步提高土體的強度。

5 結論

⑴水泥和生石灰摻量在0～12%范圍內，隨著改良劑摻量的提高，淤泥改良土的最佳含水量隨之提高，最大干密度隨之降低。

⑵水泥和生石灰摻量在0～12%范圍內，隨改良劑摻量提高，淤泥改良土的CBR 值隨之提高，而膨脹率有所降低但變化無規(guī)律且不明顯，其中，水泥較生石灰改良效果更理想。

⑶通過SEM 微觀分析發(fā)現(xiàn)：水泥作為改良劑主要通過水化反應形成的水泥石起骨架作用，并通過Ca(OH)2的物理、化學作用來增加土體的強度。

⑷生石灰作為改良劑主要通過Ca(OH)2的物理、化學作用來形成土體的早期強度和后期強度。