淤泥固化改良技術(shù)應(yīng)用研究

許建興 蔣華龍 宮效峰

摘 要：淤泥具有高含水量、強度低等不良工程特性傳統(tǒng)處理工藝會造成資源浪費、環(huán)境污染等問題。本文基于固化技術(shù)在淤泥處理中的應(yīng)用，對淤泥固化技術(shù)在實際工程應(yīng)用中的施工工藝進行總結(jié)，并對比分析室內(nèi)試驗與現(xiàn)場施工的差異得到，淤泥原位固化施工時，應(yīng)確保摻料與土樣進行充分拌合，避免雨季施工。通過淤泥固化前后的土體性質(zhì)的對比可知應(yīng)用固化技術(shù)處理淤泥的方案是可行的。

關(guān)鍵詞：淤泥；固化技術(shù)；固化土；ALLU

0引言

目前我國公路發(fā)展正處于加速成網(wǎng)的關(guān)鍵時期，公路工程施工區(qū)域跨度大，工程可能位于含有淤泥的軟基地段，特別是軟土地基分布廣泛的沿海、沿江地區(qū)。淤泥具有高含水量、高壓縮性、強度低等不良工程特性，需要通過地基處理才能使其具有一定的承載力[1， 2]。現(xiàn)階段處理方法主要采用換填墊層法，該方法不僅浪費土地資源，還會造成一系列環(huán)境生態(tài)問題。隨著我國大力倡導(dǎo)環(huán)保、資源節(jié)約，傳統(tǒng)處理方法已不能滿足工程需要。

固化技術(shù)是通過加入固化劑，通過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，將淤泥轉(zhuǎn)化為低滲透、強度高的土體[3]。目前國內(nèi)外學(xué)者對淤泥固化進行了相關(guān)研究，王東星等[4]提出了利用大摻量低鈣粉煤灰、水泥和石灰固化劑進行淤泥固化處理的方法，探討了該方法處理后固化淤泥的擊實特征、強度特性、水穩(wěn)性和耐久性。Brooks等[5]采用石灰石粉與粉煤灰對賓夕法尼亞東南部的土壤進行改良處理，并進行了無側(cè)限強度試驗和方差分析。甘雅雄等[6]研究了早強材料固化淤泥的原理。陸建陽[7]對淤泥質(zhì)土進行正交試驗，研究固化材料配比的優(yōu)化，提出無側(cè)限強度量化模型。鄒維列等[8]通過水頭試驗研究改性淤泥固化的滲透性能。荀勇等[9]對水泥中摻入粉煤灰和磷石膏固化軟土進行了試驗研究，并從微觀機理上對固化土強度的形成進行了探討。Miller等[10]對水泥窖粉塵加固處理土體的性能進行了研究。隨著研究的不斷深入，部分學(xué)者對固化土的工程應(yīng)用進行了一定研究[3， 11， 12]，但固化淤泥的工程應(yīng)用較少，本文依托于實際工程開展了淤泥原位固化技術(shù)的應(yīng)用研究，以期為相似工程提供參考依據(jù)。

1 工程概況

錢江通道及接線項目北接線段工程PPP項目起點位于桐鄉(xiāng)市騎塘鄉(xiāng)西北（與滬杭高速公路K130+070相交），終點與錢塘江過江隧道相接，路線全長11.415km。在主線路基K9+033～K9+235處有兩處廢棄7年的泥漿填埋池，據(jù)現(xiàn)場勘測淤泥深度為1.5m，面積共計5457m2。本段圖紙設(shè)計為塑料排水板軟基處理段，機械設(shè)備難以施工。考慮到方量較大，資源再利用和環(huán)保要求，本工程采用淤泥固化技術(shù)進行處理，以達到滿足機械施工平臺的要求。

2 室內(nèi)試驗

2.1 試驗材料

試驗采用的淤泥（如圖2）從施工現(xiàn)場取回；水泥采用南方牌P·O42.5的普通硅酸鹽水泥；固化劑為道路環(huán)保型固化劑。

2.2 試驗方法

（1）將土樣用烘箱烘干，在試驗前將土樣放入烘箱，控制溫度在105℃～110℃，烘干時間不少于8h，將烘干后的樣品，用橡膠榔頭擊碎，過2mm篩除雜質(zhì)，然后將土裝入塑料桶密封存儲備用，根據(jù)國家標準《土工試驗方法》（GB/T50123-1999）進行淤泥基本物理參數(shù)試驗。

（2）根據(jù)固化土所要達到的強度，進行配合比設(shè)計，然后根據(jù)國家標準《土工試驗方法》（GB/T50123-1999）進行各項試驗，并選取最優(yōu)的配比。

2.3 試驗結(jié)果

本工程根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果選取（淤泥：水泥：固化劑）=97：3：0.013%的配比，相應(yīng)的試驗結(jié)果如下表1、2所示。

3 淤泥原位固化施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況總結(jié)出淤泥原位固化施工工藝如下：

（1）施工放樣、挖基坑

首先清除表土，依照施工設(shè)計圖進行施工測量和放線，然后用人工配合挖機挖基坑。基坑的尺寸以實際為準。

（2）攤鋪水泥、進行初拌

根據(jù)淤泥的厚度和預(yù)定的配比，計算每平方米淤泥需要的水泥量，將水泥用量折成袋數(shù)或方數(shù)，用挖機來協(xié)助搬運并將水泥均勻的攤鋪在土層表面。同時進行的是稀釋固化劑，（稀釋濃度，應(yīng)根據(jù)混合料的天然含水率和設(shè)計的固化劑用量來確定。當(dāng)混合料的天然含水率較低時，固化劑稀釋液的濃度應(yīng)小些，相反，當(dāng)混合料的天然含水率較大時，固化劑稀釋液的濃度應(yīng)高些），將計算好的固化劑用量倒入水中，攪拌均勻使固化劑溶于水中。然后利用挖機對淤泥和水泥進行初拌合，在拌合過程中噴灑固化劑，挖掘機現(xiàn)場3～4次拌合。

（3）利用ALLU設(shè)備再拌合

初拌后，再用挖機將混合料攏堆。然后利用ALLU拌合機對混合料進行二次拌合，在拌合過程中應(yīng)嚴格控制混合料的最佳含水率和拌合的均勻性，確保混合料拌合后顏色一致，干濕適度。

（4）固化土進行回填

利用挖機將拌合均勻的混合料攤鋪到原來的基坑中，每層松鋪厚度宜控制在30cm，隨后進行分層碾壓，分層施工直至達到原地面高度。

（5）養(yǎng)護

回填后，在自然條件下養(yǎng)護7天，若施工現(xiàn)場天氣太熱，可適量噴灑霧狀水。

（6）施工注意事項

① 施工前測量淤泥層厚度，及淤泥含水率，確定材料用量；

② 噴灑固化劑時，應(yīng)使用噴淋式噴頭，避免固化劑噴灑不均勻；

③ 在拌合淤泥與固化劑時要充分拌合，避免出現(xiàn)固化劑分布不均勻現(xiàn)象；

④ 拌合時間應(yīng)遵循《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）拌合時間4小時以內(nèi)。

4 結(jié)果與分析

4.1現(xiàn)場實地檢測

淤泥固化施工28d后，在淤泥固化路段隨機選取3處進行實地開挖，固化后的土質(zhì)狀況與固化前土質(zhì)狀況如圖5所示；從圖中可以看出，淤泥通過固化技術(shù)后，淤泥有流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w顆粒狀態(tài)，淤泥含水量大大，塑性指數(shù)明顯降低；相對于固化前，通過淤泥固化技術(shù)后，固化土具有一定的強度。

4.2 固化土的強度

在進行現(xiàn)場淤泥固化施工過程中，取拌合后的固化土，進行相關(guān)的土工試驗。從試驗結(jié)果對比可以看出，現(xiàn)場試驗固化土的強度低于室內(nèi)試驗固化土的強度，經(jīng)分析造成差異的原因主要是在實際施工中，每平方的淤泥深度不同，造成局部區(qū)域的水泥和固化劑的含量減少；另一方面原因主要是攪拌不均勻，在攪拌過程中，固化劑噴灑不均，拌合不充分導(dǎo)致的。現(xiàn)場施工后的固化土最佳含水量高于室內(nèi)試驗結(jié)果主要原因是在現(xiàn)場發(fā)在陰雨天氣進行拌和，導(dǎo)致固化劑及水泥含量降低。

5 結(jié)論

通過淤泥固化技術(shù)在軟基處理中的應(yīng)用，對淤泥固化技術(shù)在工程實際應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)進行總結(jié)分析，為今后類似工程提供寶貴的建議：

（1）固化后淤泥質(zhì)土的最大干密度以及最佳含水率都增大，塑性降低，工程性能明顯改善。

（2）淤泥固化土的強度明顯提高，強度滿足正常的施工要求，淤泥固化技術(shù)應(yīng)用于軟基處理可行。

（3）淤泥固化技術(shù)應(yīng)注意施工過程中混合料需充分攪拌，并避免在雨季施工以保證施工質(zhì)量。

綜上利用淤泥固化技術(shù)處理替代傳統(tǒng)處理方式的局限性與不足，隨著環(huán)保節(jié)約型社會的不斷發(fā)展，淤泥固化技術(shù)具有較大的社會意義和廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1] 蔡光華. 活性氧化鎂碳化加固軟弱土的試驗與應(yīng)用研究[D]. 東南大學(xué)， 2017.

[2] 袁飛飛. 高含水率灘涂淤泥固化土的工程特性研究[D]. 浙江大學(xué)， 2017.

[3] 肖葳，陳永輝，張婉璐，等. 航道疏浚土路基填料化處理應(yīng)用研究[J]. 施工技術(shù). 2016（S1）： 356-359.

[4] 王東星，徐衛(wèi)亞. 大摻量粉煤灰淤泥固化土的強度與耐久性研究[J]. 巖土力學(xué). 2012（12）： 3659-3664.