固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響研究

張文軒

摘要：為了探究固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響研究，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的土體樣本，采用分層擊實(shí)法，進(jìn)行路基淤泥圓柱土樣的擊實(shí)處理，設(shè)計(jì)固化劑的摻入量分別為0.3kg/m3、0.5kg/m3、0.7kg/m3。將素土樣品作為對(duì)照組，確定試驗(yàn)樣品的達(dá)到最佳含水率后，在其中摻入8%水泥與固化劑，制作試驗(yàn)樣品。設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣品的無限抗壓側(cè)試驗(yàn)、彎沉試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：實(shí)驗(yàn)I組、實(shí)驗(yàn)II組、實(shí)驗(yàn)III組、對(duì)照組樣件無側(cè)限抗壓值、彎沉值測量結(jié)果中，只有實(shí)驗(yàn)II組樣件無側(cè)限抗壓值、彎沉值滿足需求，實(shí)驗(yàn)I組、實(shí)驗(yàn)III組存在不符合標(biāo)準(zhǔn)的樣件，對(duì)照組樣件幾乎全不符合標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，在固化劑摻入量為0.5kg/m3時(shí)，可以在提高路基無側(cè)限抗壓值的基礎(chǔ)上，控制路基在施工后發(fā)生沉降。

關(guān)鍵詞：固化劑處理；基本土性；力學(xué)性能；淤泥土；路基

1? ?工程概況

本文此次研究的工程項(xiàng)目為某道路工程二期Ⅱ標(biāo)段，施工范圍為K4+550～K6+165。路線全長1.615km，為城市主干路，工期要求18個(gè)月。原設(shè)計(jì)的路基施工，采用路基宕渣填筑，厚度不小于120cm[1]。

根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況可知，場地內(nèi)人工填土分布廣泛，主要分布于沖海積平原區(qū)表部。沖海積平原區(qū)填土以化工廠廢棄土為主，棕黃色、灰綠色。軟塑近流塑狀，極具濃烈臭味，含有重金屬元素，層厚變化極大，厚度約為1.5～12m，物理性質(zhì)極差，為近5年堆填。2019年該厚層填土向道路兩側(cè)攤薄，現(xiàn)狀路基范圍內(nèi)填筑厚度約1.5～2.5m。采用路拌固化土方式進(jìn)行路基填筑，填筑厚度2m。

2? ?固化處理方案確定

固化土路基技術(shù)是一項(xiàng)新型的技術(shù)，是提高固化土承載力、固化土路基中的主要技術(shù)。為提高路基淤泥土上部路段施工的規(guī)范性，一般采用固化劑進(jìn)行路基淤泥質(zhì)土的固化處理[2]。

在深入此工程項(xiàng)目的實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，此工程項(xiàng)目作業(yè)面所在位置的土體含水量較高，截至目前已經(jīng)高于規(guī)范值。當(dāng)施工中對(duì)應(yīng)的地基屬于粘性土，且土體的含水量大于最佳含水率時(shí)，壓路機(jī)從上面壓過時(shí)，土體將產(chǎn)生一個(gè)下沉并回彈的趨勢(shì)，導(dǎo)致固化后的土體綜合承載性能呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)[3]。而要提升工程質(zhì)量，需要解決施工中的路基淤泥土固化問題。

為落實(shí)此方面工作，本文將在此次研究中，以K4+800～K4+960段路基為例，開展固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響研究，旨在通過此次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基淤泥土對(duì)應(yīng)路段施工全過程的優(yōu)化，全面提升工程質(zhì)量。

3? ?樣品制備與試驗(yàn)方法

3.1? ?樣品基本土性分析

為固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響，開展相關(guān)研究前，應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)樣品制備，為排除相關(guān)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)前，進(jìn)行樣品基本土性的分析[4]。

3.1.1? ?樣本土體物理性質(zhì)

根據(jù)實(shí)際情況，選擇路基施工段淤泥土為樣本，樣本基料為粉質(zhì)黏土，對(duì)土體外觀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的土體樣本呈黃褐色、黃色，對(duì)土體物理性質(zhì)進(jìn)行分析，相關(guān)內(nèi)容如表1所示[5]。

3.1.2? ?體中的礦物質(zhì)類型與含量

采用篩分法、密度計(jì)測量法，進(jìn)行施工區(qū)域試驗(yàn)樣品土體顆粒的檢測，檢測后發(fā)現(xiàn)樣品土體中的顆粒主要包括粉粒與黏粒，前者粒徑在0.002～0.025mm范圍內(nèi)，含量約為17.8%，后者粒徑＜0.002mm，含量約為62.4%[6]。對(duì)土體中的礦物質(zhì)類型與含量進(jìn)行分析，相關(guān)內(nèi)容如表2所示。

3.2? ?試驗(yàn)樣品制備

在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)行試驗(yàn)樣品的制備。在此過程中，使用符合標(biāo)準(zhǔn)的土體樣本，采用分層擊實(shí)法，進(jìn)行路基淤泥圓柱土樣的擊實(shí)處理。

為排除外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在制作試驗(yàn)樣品時(shí)，將設(shè)計(jì)所有樣品的高度設(shè)為100mm、直徑設(shè)為50mm。為優(yōu)化路基淤泥圓柱土樣的力學(xué)性能，選擇固化劑作為路基淤泥圓柱土樣固化處理中的主要外加試劑，將固化劑摻量作為處理過程中的變量。

實(shí)驗(yàn)過程中，在排除外界因素干擾的條件下，設(shè)計(jì)固化劑的摻入量分別設(shè)為0.3kg/m³、0.5kg/m³、0.7kg/m³，將素土（未摻入固化劑的路基淤泥圓柱土樣）樣品作為對(duì)照組。確定試驗(yàn)樣品的達(dá)到最佳含水率（14.5%）后，在其中摻入8%水泥與固化劑，制作試驗(yàn)樣品。

將摻入0.3kg/m³固化劑作為實(shí)驗(yàn)Ⅰ組，將摻入0.5kg/m3固化劑作為實(shí)驗(yàn)Ⅱ組，將摻入0.7kg/m³固化劑作為實(shí)驗(yàn)Ⅲ組，將未摻入固化劑的試驗(yàn)樣品作為對(duì)照組，以此為依據(jù)，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)，完成試驗(yàn)樣品的制備。

3.3? ?試驗(yàn)方法

3.3.1? ?儀器設(shè)備選型

為確保試驗(yàn)的順利實(shí)施，開展研究前，進(jìn)行試驗(yàn)中儀器設(shè)備的選型，相關(guān)內(nèi)容如表3所示。

3.3.2? ?試壓

在進(jìn)行試驗(yàn)樣件的無限抗壓側(cè)試驗(yàn)前，先根據(jù)樣件的高度與直徑，計(jì)算試驗(yàn)樣品的橫截面積。在樣品的兩端掃上一層凡士林，將其放在下壓板上，輔以YAW-S300型液晶全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行試驗(yàn)樣件的試壓處理。

樣件受壓前，需要做好儀器設(shè)備相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)。操作設(shè)備使樣件保持上升狀態(tài)，當(dāng)試驗(yàn)樣件與加壓板保持剛好接觸狀態(tài)時(shí)，操作機(jī)械停止樣件的上升[7]。此時(shí)，使用軸壓計(jì)、位移計(jì)，進(jìn)行設(shè)備的讀數(shù)調(diào)零處理。

點(diǎn)擊開始試驗(yàn)按鈕后，加壓板將以50kN/min的加載速率均勻進(jìn)行試驗(yàn)樣件的加載處理。此時(shí)，液晶顯示儀將直接顯示樣件的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。在此過程中，樣件所受到的應(yīng)力值呈現(xiàn)緩慢上升狀態(tài)，并逐步達(dá)到峰值。當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到峰值后，應(yīng)力不再增加，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線逐步下滑，記錄峰值對(duì)應(yīng)的數(shù)值。操作下一樣件，重復(fù)上述步驟，記錄在不同固化劑摻入條件下，樣件的無側(cè)限抗壓值。

3.3.3? ?彎沉值檢測

之后對(duì)試驗(yàn)樣件進(jìn)行彎沉值檢測。檢測前，調(diào)節(jié)水位計(jì)，并操作水位尺，完成試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作后，使用垂直水位計(jì)、水平水位計(jì)，按照下述公式，計(jì)算試驗(yàn)過程中樣件的彎沉值。

L_r=L+α·S（1）

公式（1）中：Lr表示樣件的彎沉值；L表示試驗(yàn)樣件回彈彎沉值的計(jì)算平均值；α表示土體保證系數(shù)；S表示彎沉值標(biāo)準(zhǔn)差。按照上述方式，對(duì)不同的樣件進(jìn)行彎沉值測試，以此完成試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)。

4? ?路基淤泥土力學(xué)性能測試結(jié)果

4.1? ?無側(cè)限抗壓值

完成試驗(yàn)的設(shè)計(jì)后，根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需求，考慮到二期（K3+000～K6+165）工程段施工需求，設(shè)計(jì)固化處理后的路基無側(cè)限抗壓值應(yīng)＞50kPa，以此為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組、對(duì)照組樣件無側(cè)限抗壓值的測量。其結(jié)果如表4所示。

4.2? 彎沉值

在已經(jīng)設(shè)計(jì)彎沉值為≤270mm的前提下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組、對(duì)照組樣件彎沉值的測量。其結(jié)果如表5所示。

5? ?試驗(yàn)結(jié)果討論

為優(yōu)化淤泥土質(zhì)區(qū)域路基工程施工，本文開展了固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響研究。根據(jù)表4所示的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組、對(duì)照組樣件無側(cè)限抗壓值測量結(jié)果中，只有實(shí)驗(yàn)Ⅱ組樣件無側(cè)限抗壓值均＞50KPa，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組存在無側(cè)限抗壓值＜50KPa的樣件，而對(duì)照組樣件無側(cè)限抗壓值均＜50KPa。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)表5所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，參照標(biāo)準(zhǔn)可知，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組、對(duì)照組樣件彎沉值測量結(jié)果中，只有實(shí)驗(yàn)Ⅱ組樣件彎沉值滿足≤270mm的設(shè)計(jì)需求，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅲ組存在彎沉值＞270mm的樣件，而對(duì)照組樣件彎沉值均＞270mm。

其中實(shí)驗(yàn)Ⅱ組的固化劑摻入量為0.5kg/m3，說明對(duì)固化劑摻入量的合理化處理，可以在提高路基無側(cè)限抗壓值基礎(chǔ)上，控制路基在施工后發(fā)生沉降，以此種方式進(jìn)行，可有效提高工程施工質(zhì)量。

6? ?結(jié)束語

項(xiàng)目部選擇K4+800～K4+960段路基進(jìn)行路拌固化土試驗(yàn)段施工。施工過程中，按照規(guī)范的參數(shù)與既定的工藝進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)，將兩側(cè)現(xiàn)有淤泥質(zhì)土進(jìn)行石灰悶料2d，達(dá)到最佳含水率（14.5%）后，摻入8%水泥+固化劑進(jìn)行拌合，最后進(jìn)行攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)。

為確保工程施工可以達(dá)到預(yù)期效果，施工前應(yīng)明確固化劑處理對(duì)路基淤泥土力學(xué)性能的影響，為此本文開展了此次研究。通過本次研究，明確了固化劑摻入量為0.5kg/m³時(shí)，可以在提高路基無側(cè)限抗壓值的基礎(chǔ)上，控制路基在施工后發(fā)生沉降。

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