WKG1固化淤泥填筑路基性能研究

郑凤玺+郑晨+狄升贯

摘 要：为解决淤泥在路基填筑时含水量过高的问题，选取WKG1作为淤泥固化剂，在对其固化机理进行调查研究的基础上，系统研究了WKG1固化淤泥时淤泥最佳含水量与最大干密度随掺量的变化规律，并通过CBR试验和无侧限抗压强度试验，研究了WKG1固化淤泥力学强度随固化剂掺量的变化规律，为WKG1固化剂在道路工程中的应用提供一定的技术支持。

关键词：道路工程；固化淤泥；路基；路用性能

中图分类号：U414.03 文献标志码：B

0 引 言

随着城市建设的高速发展，沿海城市对滨海地区的开发需求日益增强，然而滨海地区淤泥含水量高，盐分含量大，工程性差，不能直接用于路基填筑[1]；在工程施工时需对表面淤泥进行挖除，再用路基填土进行回填，但开挖的淤泥会占用大面积的场地，而且取土也会占用周围耕地，违背了建设生态城的初衷[2]。因此，在实际工程中采用固化剂对表层淤泥进行现场固化处理，对减小工程量、降低工程造价显得尤为重要[3]。目前国内外针对固化剂固化淤泥的研究大部分仅限于不同初始含水率条件下固化剂的种类、掺量对淤泥固化后的性能影响[47]，而对在最佳含水量条件下固化剂掺量对原状淤泥的影响鲜有报道，更没有形成相关的技术标准，这就给设计和施工部门的具体操作带来了极大的困难，导致固化淤泥填筑道路施工无规可依，较好的淤泥处治技术也难以推广[8]。

因此，本文在以往研究的基础上，以WKG1土壤固化剂固化淤泥作为试件，通过击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验确定不同配比条件下固化淤泥的最佳含水率及最大干密度，同时研究WKG1固化淤泥强度随固化剂掺量的变化规律。为WKG1固化剂在中国的应用提供一定的技术支持和参考依据。

1 WKG1固化剂固化机理

固化剂改良土体的机理主要包括：固化剂水化生成水化硅酸钙、沸石、方纳石及硅酸等物质，使粘土颗粒表面形成凝结硬化壳；降低土体颗粒电位，促使粘土颗粒凝聚，同时电解质浓度增加，胶粒双电层减薄，利于颗粒凝聚；层状硅酸盐自身建立空间网状结构，有助于疏松土体的联结；固化剂中的激活成分能使固化剂颗粒和土壤颗粒表面活化，在水化反应过程中，

（1） 腐殖质土壤颗粒具有强烈的水膜吸附功能，附在土壤颗粒表面，产生的腐殖酸是典型的有机物质（RCOOH），能使水泥稳定性加强。

（2） 土壤固化剂水溶液的作用在于分解土壤颗粒表面的水膜，将腐殖酸包裹，并进一步发生反应。

（3） WKG1能和砂土成分中的二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）发生反应，生成水合物，从而使砂土具有固化作用。

（4） 土壤颗粒表面的水泥浆体在一段时间内凝固，产生针状晶体来填满它们间的缝隙，这种晶体叫做钙矾石晶体，并在28 d后达到峰值。

（5） 固化剂的穿透效应可以聚集四周的土壤，形成一个强有力的表面，使其比稳定土壤层更厚实。

2 WKG1固化处治淤泥击实试验研究

高含水量是滨海淤泥的一个重要特点，通过掺加固化剂吸收淤泥中的部分水分，使固化淤泥的最佳含水量适当提高，将会解决工程施工中降水难度大的问题。本文采用有机质含量为2.34%的淤泥对WKG1固化路基时的性能进行试验研究。

2.1 淤泥素土击实试验

取原状淤泥试样置于阳光通风处风干，粉碎结块，通过5 mm筛，弃掉筛留量后盛入容器。取部分试样测试其风干含水量，按照6个不同含水量（7%、10%、13%、15%、18%、20%）制备击实试验试件，用喷水设备往土料上均匀喷洒预定的水量，拌匀后装入塑料袋内浸润24 h，供击实试验用。做两次平行试验，取两次试验的平均值作为最大干密度值和最佳含水量值。两次平行试验最大干密度的差不应超过0.05 g·cm-3，最佳含水量的差不应超过10%，超过上述规定值，应重做试验，直到满足精度要求。

2.2 WKG1固化淤泥击实试验

随着WKG1掺量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。当固化剂掺量由2%增加到8%时，淤泥最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由179 g·cm-3减小到171 g·cm-3。这主要是由于WKG1与淤泥中的水分发生反应，消耗掉一部分水，随着固化剂掺量的增加，消耗的水分增多，使得固化淤泥的最佳含水量提高；而最大干密度的减小主要是由于水化反应导致颗粒表面的水膜变薄，摩擦力变大，压实难度增加，最大干密度减小。同时，由于固化剂颗粒与淤泥颗粒大小较接近，固化剂掺量越大，淤泥颗粒与固化剂颗粒形成的混合物级配越不良，故而固化淤泥的干密度随着固化剂掺量增加而减小。

3 WKG1固化处治淤泥CBR试验研究

CBR值是针对路基填土规定的控制指标，将固化淤泥用于道路路基填筑，需对其进行CBR试验。为了研究WKG1固化淤泥的力学性能，将淤泥置于阳光通风处风干，粉碎结块，通过5 mm筛，弃掉筛留量后盛入容器。取部分试件测试其风干含水量。以WKG1为固化剂，并按不同掺量（2%、4%、6%、8%）对应的最佳含水量配料；将风干的淤泥与所需水拌和均匀，置于塑料袋内浸润24 h；将浸润后的试料加入固化剂拌和，供CBR试验用，共36组、108个试件。WKG1固化淤泥的CBR值随压实度的增大而增大，随固化剂掺量的增加而增大，当固化剂掺量增加至8%时，CBR值增大240%。综上所述，固化淤泥用作路基填土时，以CBR试验结果为基础，结合WKG1固化剂击实试验结果，初步确定该种固化剂掺量为4%～6%时最佳。

4 WKG1固化处治淤泥无侧限抗压强度试验研究

为研究WKG1固化淤泥的无侧限抗压强度，以WKG1为固化剂，并按不同掺量（2%、4%、6%、8%）对应的最佳含水量配料，将风干淤泥与所需水及固化剂拌和均匀，置于塑料袋内浸润24 h，供试验用，试件成型后分别养生7 d和28 d，共24组、72个试件。对滨海有机质含量为2.34%的淤泥进行无侧限抗压强度试验。endprint

经WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明显，但强度提高较小，当WKG1掺量达到6%时，7 d无侧限抗压强度仍较低，此时可考虑在WKG1固化剂中掺入少量水泥（4%掺量），以期明显提高固化淤泥的抗压强度。

将4%的水泥分别与2%、4%、6%及8%的WKG1组成新型固化剂，进行固化淤泥的击实试验，得到不同配比情况下的最佳含水率和最大干密度。根据击实曲线得到的最佳含水率及最大干密度制备试件，对淤泥固化试件进行无侧限抗压强度试验。

根据WKG1固化滨海淤泥无侧限抗压强度试验结果，可以得出以下结论：WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度提高明显；随WKG1掺量增加，固化淤泥抗压强度有所增加，且增幅逐渐变大。

5 结 语

本文详细阐述了WKG1固化土壤时的作用机理，借助击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验，确定了不同配比条件下WKG1固化淤泥时的最佳含水量及最大干密度，系统研究了其强度随固化剂掺量的变化规律，得到以下结论。

（1） 随WKG1掺量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化剂掺量由2%增加到8%时，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3减小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值随压实度的增大而增大，随固化剂掺量的增加而增大，当固化剂掺量增加至8%时，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度明显提高。

参考文献：

[1] 胡 军.土壤固化剂在道路基层中的应用研究[D].天津：天津大学，2007.

[2] 姚 冲，石志坤，严 威，等.高含水量淤泥的固化实验研究[J].浙江建筑，2012，29（2）：2124.

[3] 王朝辉，刘志胜，王晓华，等.应用新型CVC固化剂固化淤泥路用性能[J].长安大学学报：自然科学版，2012，32（5）：16.

[4] 张春雷，汪顺才，朱 伟，等.初始含水率对水泥固化淤泥效果的影响[J].岩土力学，2008，29（S1）：567570.

[5] 赵卫全，符 平，杨晓东，等.新型土壤固化剂无侧限抗压强度试验研究[J].水利水电技术，2004，35（2）：8688.

[6] 樊恒辉，高建恩，吴普特.土壤固化剂研究现状与展望[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2006，34（2）：141147.

[7] 郭 印，徐日庆，邵允铖.淤泥质土的固化机理研究[J].浙江大学学报：工学版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖许沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用[J].安全与环境工程，2010，17（2）：5456.

[责任编辑：谭忠华]endprint

经WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明显，但强度提高较小，当WKG1掺量达到6%时，7 d无侧限抗压强度仍较低，此时可考虑在WKG1固化剂中掺入少量水泥（4%掺量），以期明显提高固化淤泥的抗压强度。

将4%的水泥分别与2%、4%、6%及8%的WKG1组成新型固化剂，进行固化淤泥的击实试验，得到不同配比情况下的最佳含水率和最大干密度。根据击实曲线得到的最佳含水率及最大干密度制备试件，对淤泥固化试件进行无侧限抗压强度试验。

根据WKG1固化滨海淤泥无侧限抗压强度试验结果，可以得出以下结论：WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度提高明显；随WKG1掺量增加，固化淤泥抗压强度有所增加，且增幅逐渐变大。

5 结 语

本文详细阐述了WKG1固化土壤时的作用机理，借助击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验，确定了不同配比条件下WKG1固化淤泥时的最佳含水量及最大干密度，系统研究了其强度随固化剂掺量的变化规律，得到以下结论。

（1） 随WKG1掺量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化剂掺量由2%增加到8%时，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3减小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值随压实度的增大而增大，随固化剂掺量的增加而增大，当固化剂掺量增加至8%时，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度明显提高。

参考文献：

[1] 胡 军.土壤固化剂在道路基层中的应用研究[D].天津：天津大学，2007.

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[3] 王朝辉，刘志胜，王晓华，等.应用新型CVC固化剂固化淤泥路用性能[J].长安大学学报：自然科学版，2012，32（5）：16.

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[7] 郭 印，徐日庆，邵允铖.淤泥质土的固化机理研究[J].浙江大学学报：工学版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖许沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用[J].安全与环境工程，2010，17（2）：5456.

[责任编辑：谭忠华]endprint

经WKG1固化的淤泥最佳含水量提高明显，但强度提高较小，当WKG1掺量达到6%时，7 d无侧限抗压强度仍较低，此时可考虑在WKG1固化剂中掺入少量水泥（4%掺量），以期明显提高固化淤泥的抗压强度。

将4%的水泥分别与2%、4%、6%及8%的WKG1组成新型固化剂，进行固化淤泥的击实试验，得到不同配比情况下的最佳含水率和最大干密度。根据击实曲线得到的最佳含水率及最大干密度制备试件，对淤泥固化试件进行无侧限抗压强度试验。

根据WKG1固化滨海淤泥无侧限抗压强度试验结果，可以得出以下结论：WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度提高明显；随WKG1掺量增加，固化淤泥抗压强度有所增加，且增幅逐渐变大。

5 结 语

本文详细阐述了WKG1固化土壤时的作用机理，借助击实试验、CBR试验和无侧限抗压强度试验，确定了不同配比条件下WKG1固化淤泥时的最佳含水量及最大干密度，系统研究了其强度随固化剂掺量的变化规律，得到以下结论。

（1） 随WKG1掺量增加，固化淤泥的最佳含水量升高，最大干密度降低。固化剂掺量由2%增加到8%时，最佳含水量由15%增加到20%，最大干密度由1.79 g·cm-3减小到1.71 g·cm-3。

（2） WKG1固化淤泥CBR值随压实度的增大而增大，随固化剂掺量的增加而增大，当固化剂掺量增加至8%时，CBR值增大240%。

（3） WKG1固化淤泥早期强度低，在掺加4%水泥后，强度明显提高。

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[7] 郭 印，徐日庆，邵允铖.淤泥质土的固化机理研究[J].浙江大学学报：工学版，2008，42（6）：10721076.

[8] 季 冰，肖许沐，黎 忠.疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用[J].安全与环境工程，2010，17（2）：5456.

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