固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響研究

張文軒

摘要：為了探究固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響研究，使用符合標準的土體樣本，采用分層擊實法，進行路基淤泥圓柱土樣的擊實處理，設計固化劑的摻入量分別為0.3kg/m3、0.5kg/m3、0.7kg/m3。將素土樣品作為對照組，確定試驗樣品的達到最佳含水率后，在其中摻入8%水泥與固化劑，制作試驗樣品。設計試驗樣品的無限抗壓側試驗、彎沉試驗。試驗結果顯示：實驗I組、實驗II組、實驗III組、對照組樣件無側限抗壓值、彎沉值測量結果中，只有實驗II組樣件無側限抗壓值、彎沉值滿足需求，實驗I組、實驗III組存在不符合標準的樣件，對照組樣件幾乎全不符合標準。由此可見，在固化劑摻入量為0.5kg/m3時，可以在提高路基無側限抗壓值的基礎上，控制路基在施工后發生沉降。

關鍵詞：固化劑處理；基本土性；力學性能；淤泥土；路基

1? ?工程概況

本文此次研究的工程項目為某道路工程二期Ⅱ標段，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個月。原設計的路基施工，采用路基宕渣填筑，厚度不小于120cm[1]。

根據施工現場實際情況可知，場地內人工填土分布廣泛，主要分布于沖海積平原區表部。沖海積平原區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，物理性質極差，為近5年堆填。2019年該厚層填土向道路兩側攤薄，現狀路基范圍內填筑厚度約1.5～2.5m。采用路拌固化土方式進行路基填筑，填筑厚度2m。

2? ?固化處理方案確定

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

在深入此工程項目的實際調研中發現，此工程項目作業面所在位置的土體含水量較高，截至目前已經高于規范值。當施工中對應的地基屬于粘性土，且土體的含水量大于最佳含水率時，壓路機從上面壓過時，土體將產生一個下沉并回彈的趨勢，導致固化后的土體綜合承載性能呈現顯著的下降趨勢[3]。而要提升工程質量，需要解決施工中的路基淤泥土固化問題。

為落實此方面工作，本文將在此次研究中，以K4+800～K4+960段路基為例，開展固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響研究，旨在通過此次設計，實現對路基淤泥土對應路段施工全過程的優化，全面提升工程質量。

3? ?樣品制備與試驗方法

3.1? ?樣品基本土性分析

為固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響，開展相關研究前，應先進行試驗樣品制備，為排除相關因素對試驗結果的影響。試驗前，進行樣品基本土性的分析[4]。

3.1.1? ?樣本土體物理性質

根據實際情況，選擇路基施工段淤泥土為樣本，樣本基料為粉質黏土，對土體外觀進行分析發現，對應的土體樣本呈黃褐色、黃色，對土體物理性質進行分析，相關內容如表1所示[5]。

3.1.2? ?體中的礦物質類型與含量

采用篩分法、密度計測量法，進行施工區域試驗樣品土體顆粒的檢測，檢測后發現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，含量約為17.8%，后者粒徑＜0.002mm，含量約為62.4%[6]。對土體中的礦物質類型與含量進行分析，相關內容如表2所示。

3.2? ?試驗樣品制備

在上述內容基礎上，進行試驗樣品的制備。在此過程中，使用符合標準的土體樣本，采用分層擊實法，進行路基淤泥圓柱土樣的擊實處理。

為排除外界因素對實驗結果的影響，在制作試驗樣品時，將設計所有樣品的高度設為100mm、直徑設為50mm。為優化路基淤泥圓柱土樣的力學性能，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。

實驗過程中，在排除外界因素干擾的條件下，設計固化劑的摻入量分別設為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）樣品作為對照組。確定試驗樣品的達到最佳含水率（14.5%）后，在其中摻入8%水泥與固化劑，制作試驗樣品。

將摻入0.3kg/m³固化劑作為實驗Ⅰ組，將摻入0.5kg/m3固化劑作為實驗Ⅱ組，將摻入0.7kg/m³固化劑作為實驗Ⅲ組，將未摻入固化劑的試驗樣品作為對照組，以此為依據，對試驗樣品進行攤鋪、碾壓、養護，完成試驗樣品的制備。

3.3? ?試驗方法

3.3.1? ?儀器設備選型

為確保試驗的順利實施，開展研究前，進行試驗中儀器設備的選型，相關內容如表3所示。

3.3.2? ?試壓

在進行試驗樣件的無限抗壓側試驗前，先根據樣件的高度與直徑，計算試驗樣品的橫截面積。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型液晶全自動壓力試驗機，進行試驗樣件的試壓處理。

樣件受壓前，需要做好儀器設備相關參數的調節。操作設備使樣件保持上升狀態，當試驗樣件與加壓板保持剛好接觸狀態時，操作機械停止樣件的上升[7]。此時，使用軸壓計、位移計，進行設備的讀數調零處理。

點擊開始試驗按鈕后，加壓板將以50kN/min的加載速率均勻進行試驗樣件的加載處理。此時，液晶顯示儀將直接顯示樣件的應力-應變關系曲線。在此過程中，樣件所受到的應力值呈現緩慢上升狀態，并逐步達到峰值。當應力值達到峰值后，應力不再增加，應力-應變關系曲線逐步下滑，記錄峰值對應的數值。操作下一樣件，重復上述步驟，記錄在不同固化劑摻入條件下，樣件的無側限抗壓值。

3.3.3? ?彎沉值檢測

之后對試驗樣件進行彎沉值檢測。檢測前，調節水位計，并操作水位尺，完成試驗前的準備工作后，使用垂直水位計、水平水位計，按照下述公式，計算試驗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表示試驗樣件回彈彎沉值的計算平均值；α表示土體保證系數；S表示彎沉值標準差。按照上述方式，對不同的樣件進行彎沉值測試，以此完成試驗方法的設計。

4? ?路基淤泥土力學性能測試結果

4.1? ?無側限抗壓值

完成試驗的設計后，根據工程項目的實際需求，考慮到二期（K3+000～K6+165）工程段施工需求，設計固化處理后的路基無側限抗壓值應＞50kPa，以此為標準，進行實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組、實驗Ⅲ組、對照組樣件無側限抗壓值的測量。其結果如表4所示。

4.2? 彎沉值

在已經設計彎沉值為≤270mm的前提下，進行實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組、實驗Ⅲ組、對照組樣件彎沉值的測量。其結果如表5所示。

5? ?試驗結果討論

為優化淤泥土質區域路基工程施工，本文開展了固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響研究。根據表4所示的試驗結果可以看出，實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組、實驗Ⅲ組、對照組樣件無側限抗壓值測量結果中，只有實驗Ⅱ組樣件無側限抗壓值均＞50KPa，實驗Ⅰ組、實驗Ⅲ組存在無側限抗壓值＜50KPa的樣件，而對照組樣件無側限抗壓值均＜50KPa。

在此基礎上，對表5所示的實驗結果進行分析，參照標準可知，實驗Ⅰ組、實驗Ⅱ組、實驗Ⅲ組、對照組樣件彎沉值測量結果中，只有實驗Ⅱ組樣件彎沉值滿足≤270mm的設計需求，實驗Ⅰ組、實驗Ⅲ組存在彎沉值＞270mm的樣件，而對照組樣件彎沉值均＞270mm。

其中實驗Ⅱ組的固化劑摻入量為0.5kg/m3，說明對固化劑摻入量的合理化處理，可以在提高路基無側限抗壓值基礎上，控制路基在施工后發生沉降，以此種方式進行，可有效提高工程施工質量。

6? ?結束語

項目部選擇K4+800～K4+960段路基進行路拌固化土試驗段施工。施工過程中，按照規范的參數與既定的工藝進行現場作業，將兩側現有淤泥質土進行石灰悶料2d，達到最佳含水率（14.5%）后，摻入8%水泥+固化劑進行拌合，最后進行攤鋪、碾壓、養護。

為確保工程施工可以達到預期效果，施工前應明確固化劑處理對路基淤泥土力學性能的影響，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，可以在提高路基無側限抗壓值的基礎上，控制路基在施工后發生沉降。

參考文獻

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[3] 陳剛，馬艷慧，郭肖陽，等.氯鹽侵蝕鋼渣水泥固化淤泥土力學特性及氯離子運移規律研究[J].公路交通科技，2023，40（1）：48-58.

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