淤泥固化技術在公路工程軟基處理中的應用

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在軟基處理的可行性，而且還需要結合軟基處理要求制定合理可行的施工方法。

1 淤泥固化技術簡介

在疏浚工程中難免產生很多淤泥，這些淤泥不僅有很高的含水量，而且強度低，運輸困難，機械設備難以在其表面通行。另外，在底泥當中往往還有很多有機質與重金屬，如果未進行有效的處理，將造成嚴重的污染。對持續增加的淤泥進行處理，使其實現資源化利用，是當前的一個焦點問題。固化處理是現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、有機質含量和流變性，所以在道路工程中需采取針對性措施來改善淤泥性質，確定適宜的固化材料，并對施工進行科學合理的安排，對淤泥固化每一項指標均進行嚴格控制等，同時還要重視質量檢測，以保證淤泥固化后的壓實度、抗壓強度及承載比等指標均能達到要求。為確定淤泥固化技術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，經初步測定，所選取的淤泥的主要技術指標為：①含水率：59.25%；②有機質含量：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來確定能否達到路基要求，這些指標包括壓實度、含水率與承載比。根據現有的研究成果可知，在添加固化劑后淤泥將發生一系列反應，如碳酸化、絮凝和火山灰反應，在這些反應完成后，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壓實度測定借助標準擊實儀完成；⑥承載比，即CBR值的測定按照相關試驗規程完成；⑦無側限抗壓強度的測定借助應變控制式無側限壓縮儀完成。

3 試驗結果及分析

（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確測定。因土樣的實際含水率比最大含水率高很多，所以應先采用風干法對土樣含水率進行調整，確保土樣實際含水率可以在最佳含水率的兩側分布。完成含水率調整后開展擊實試驗，以此獲得擊實曲線。根據擊實曲線，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，對每組土樣需要的濕土數量進行初步估算，然后按照確定的濕土數量的5%、10%、15%及20%進行固化劑用量確定，采用人工通過連續攪拌達到均勻后，將其分成三層放到試模當中，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，在標準養護室內連續養護，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]。經試驗可知，隨著固化劑添加數量不斷增加以及齡期的不斷增長，三組試件的無側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律。此外，通過與相關技術規程的對比，固化后的淤泥土無側限抗壓強度可以達到路基要求。

（3）根據無側限抗壓強度試驗結果可知，在不同位置選取的淤泥，其強度指標極為相似，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，相關試驗結果為：①當固化劑添加量為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%。

從以上試驗結果可知，當固化劑的添加量為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，則要對固化土連續養護至少14d才能使固化土的承載比（CBR值）達到要求[4]。

4 配方設計

對公路路基而言，壓實度、承載比與抗壓強度是衡量其質量的關鍵指標，基于此，在施工中必須對相關參數進行嚴格控制。因目前還比較缺乏相關經驗，規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量控制，并做好質量檢測?；谝陨显囼灲Y果以及對試驗結果的分析，結合現場實際情況，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的基礎上，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→撒布固化劑→拌和→攤鋪整平→碾壓→檢驗→頂面封層。

5.1.2 下承層準備

在下一層施工正式開始前，應保證各點位的坐標均準確無誤，且高程、平整度和壓實度數據都能達到規范要求，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，應先用石灰撒方格網，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場隨意丟棄，使用完畢后應盡快回收處理，以免造成污染。

5.1.5 拌和

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

5.1.6 攤鋪整平

根據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，促使潛在的不平整處能夠顯現，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，振動碾壓為從外側碾壓至內側，沖擊碾壓為先碾壓兩邊，再碾壓中間。

5.1.8 檢驗

碾壓結束后檢查路基的各項技術指標，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、環刀法與灌砂法，具體根據現場實際情況選擇，優先考慮采用核子密度儀法，以保證壓實度檢測結果的準確性。經檢測確認各項指標均能達到要求后，即可對下一層進行施工。

5.1.9 頂面封層

在路基的標高達到需要進行封層的位置后，采用黏土實施封層處理，嚴格按照設計要求執行，若無法及時進行封層，則要進行養護處理。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，導致路基破壞。

5.2 施工控制

為保證路基淤泥固化達到理想效果，首先要根據實際情況和各項要求制訂合理可行的施工方案，然后在現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存在的淤泥進行適當開挖，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。如果經初步測定發現路基范圍內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）按照設計階段確定的固化劑添加量向經含水率檢測確認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，經試驗檢測確認合格后，再開始正式攪拌。

（3）添加固化劑完成攪拌后，需經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進行測試，經測試達到預期要求后，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，經檢測確認與要求相符后，方可對上一層進行施工。

6 結語

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，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，具有良好的經濟效益與社會效益。