公路杂填土处理及其材料加固特性试验研究

韦升维

摘要：文章为研究公路杂填土处理及材料加固的特性，开展不同加固材料、不同龄期的加固特性对比试验。试验结果表明：（1）加固材料能够明显提升、改善杂填土的无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量;（2）龄期对加固后土体性能的影响表现为28 d龄期均优于7 d龄期;（3）添加石灰、水泥、固化剂后的杂填土各项性能在添加计量分别为10%、10%、0.08%时达到最优值，各材料无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量分别为1.62 MPa、0.17 MPa、381 MPa，1.72 MPa、0.19 MPa、608 MPa，2.28 MPa、0.24 MPa、492 MPa;（4）综合性能优化程度与经济成本分析，固化剂为最优加固材料。

关键词：杂填土;加固材料;加固特性;龄期

0 引言

我国城市化进程迅猛发展的同时，大量的建筑拆迁物、生活垃圾品充斥着城市地面空间，随之产生了巨大的不可直接进行工程施工的区域杂填土，表现出典型的成层无规律、承载能力差、压缩变形严重等特点，这对公路建设是极不利的。因此研究公路杂填土的特性与加固材料及其龄期、添加计量的关系具有十分重要的意义[1][2]。

张振营[3]等通过对浙江某垃圾填埋场进行试验，分析认为当垃圾土达到一定密实度时，本构模型可用邓肯-张模型描述，为垃圾填埋场的土体处理提供了可靠的理论依据;李腾[4]采用试验与数值分析结合的方法探究了建筑垃圾杂填土的特性，认为杂填土的各类比例成分对其强度参数是具有影响的;石岩峰[5]对海南某住宅楼场地杂填土进行试验研究，对该杂填土基坑边坡稳定性分析提出基坑边坡的变形与应力分布规律。本文主要基于上述研究基础，对陕西省某公路途经杂填土路基区域土体加固处理展开研究，研究杂填土的处理及其加固特性，分析不同加固材料、添加剂量、龄期对于杂填土加固特性的影响[6]，以期为我国部分地区杂填土道路建设提供一定的依据。

1 工程概况与试验设计

1.1 工程概况

本次试验杂填土研究对象为陕西省某路段。由于建设路段内存在多个无法避绕且需建设处理的杂填土填埋区域，其中所含建筑垃圾与生活垃圾成分较高，因此本文针对该地特殊的地基土的加固处理展开研究，对该工程建设具有重要的意义。

1.2 试验设计

为分析三种加固材料在其加固性能上的优劣，本文拟进行多种试验以比较添加不同剂量加固材料后杂填土的性能，同时分析龄期对于加固后的杂填土性能方面的影响。试验具体过程如下所述。

（1）杂填土配置：取工程区杂填土分为3份，分别采用石灰、水泥和固化剂为加固材料，石灰、水泥采用阶梯剂量加入，分别为0、4%、6%、8%、10%、12%、14%，固化剂添加剂量分别为0、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%。

（2）试件的制作与养护：为研究本文所述杂填土在各加固材料不同添加剂量下的加固特性，制作不同试样以进行不同试验物理参数测量，分别养护7 d、28 d后进行试验。

（3）将上述试样分别置于不同的试验机进行试验，对各试验参数进行分析（见表1）。

2 试验结果分析

杂填土区域在公路交通施工中十分常见，因其特殊的地质情况导致施工困难，为研究杂填土的处理及其加固特性，分析不同加固材料对于杂填土加固特性的影响，本文对添加三种加固材料的杂填土以下性能做了分析。

2.1 无侧限抗压强度分析

添加不同加固材料后所研究杂填土的无侧限抗压强度与加固材料剂量的关系如图1所示。图1数据反映出不添加加固材料杂填土的无侧限抗压强度值为0，分别添加不同类型不同剂量的加固材料对于杂填土的无侧限抗压强度均有明显提升，表明加固材料对于改良杂填土的无侧限抗压强度具有积极作用。整体对比分析，添加加固材料后7 d龄期与28 d龄期的无侧向抗压强度，数据显示28 d龄期的强度值均高于7 d时杂填土的强度。

分别观察添加石灰、水泥和固化剂后各土体无侧限抗压强度与使用剂量的关系。添加石灰后7 d与28 d龄期曲线走势基本相同，均在使用剂量为10%时达到最大强度值，其后强度值随使用剂量的增加呈现稳中回落，28 d龄期强度值为1.62 MPa较7 d时强度1.21 MPa提高了33.88%;添加水泥后的杂填土无侧限抗压强度值随着添加剂量的增加整体呈现增强的趋势，分析其随着添加剂量增加的过程，在使用剂量为<8%时增量较大，但在使用剂量为8%～10%时增量突然减缓，其效率大幅度降低;对于使用固化剂的杂填土而言在使用剂量为0.08%处出现明显的拐点，其28 d龄期无侧限抗压强度值达到2.28 MPa，为添加三种加固材料后杂填土无侧限抗压强度最大值。因此可以初步分析认为固化剂对本文研究道路杂填土的无侧限抗压强度值影响较大。

2.2 劈裂强度分析

本文研究的公路杂填土添加加固材料后的劈裂强度与使用剂量的关系变化如下页图2所示。图2数据显示各试样在不添加任何加固材料时的劈裂强度均为0，添加加固材料后的杂填土劈裂强度均实现不同程度的增强，分析认为加固材料对于改良杂填土的劈裂强度具有促进作用。观察添加加固材料后各试样在7 d龄期与28 d龄期的劈裂强度，数据显示28 d龄期的强度值均高于7 d时杂填土的强度，符合常规现象。

分析添加石灰、水泥和固化劑后各试样劈裂强度与使用剂量的关系。添加石灰后不同龄期曲线走势基本相同，28 d龄期初期的强度增长率较高，且峰值强度较7 d龄期较高，石灰使用剂量为10%时达到峰值强度值0.17 MPa;添加水泥后的杂填土劈裂强度值与添加剂量在试验剂量范围内呈正相关，且在添加剂量>10%时增长率尤为明显，添加剂量为10%～12%时强度增长率为36.84%，添加剂量为12%～14%时强度增长率为52.38%;使用固化剂的试样劈裂强度在使用剂量为0.08%处出现峰值，其28 d劈裂强度值达到0.24 MPa。因此，分析认为加固材料增强了骨料间的联结强度，大幅提升了杂填土体的抗裂性能，从而提升了其作为路基的材料性能。

2.3 杂填土回弹模量分析

添加加固材料后杂填土回弹模量与剂量间的關系如图3所示。与上述力学性能相同，添加各类型加固材料后试样的回弹模量较初始状态均有大幅度增大，表明加固材料对于改良杂填土的回弹模量具有积极作用。整体数据显示杂填土在添加加固材料后28 d龄期的回弹模量较7 d龄期时均偏大。

观察各试样回弹模量与加固材料使用剂量的关系，同一类加固材料7 d与28 d龄期曲线走势基本相同，添加石灰后的28 d龄期杂填土在使用剂量为10%时达到回弹模量峰值381 MPa，随后回弹模量开始以较小幅度降低;添加水泥后的杂填土回弹模量与添加剂量呈正相关关系，在试验添加剂量范围内回弹模量最高达到836 MPa;对于使用固化剂的杂填土而言回弹模量在使用剂量为0.08%时出现峰值拐点，其28 d龄期回弹模量达到492 MPa。因此加固材料对本文研究道路杂填土的回弹模量影响较大，能够提升土体抵抗荷载的能力，使其路用性能优化。

3 结语

本文以陕西省某红色旅游公路杂填土建设工程为例，基于室内试验展开对影响该工程杂填土特性的加固材料性能研究。研究结果指出，石灰、水泥、固化剂等三种加固材料对公路杂填土的性能改善具有重要意义，能够明显提升杂填土的无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量。添加加固材料后杂填土的龄期对土体的性能影响较大，具体表现为28 d龄期土体各项性能均优于7 d龄期的性能。添加石灰后的杂填土各物理量随着添加剂量的增加先提高随后缓慢下降，添加剂量为10%时为各物理量的最优值，无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量分别为1.62 MPa、0.17 MPa、381 MPa;添加水泥后的杂填土各性能均随着添加剂量的增加而变优，其在添加剂量为10%时效率最高且与另两种加固材料加固后的杂填土性能相似，无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量分别为1.72 MPa、0.19 MPa、608 MPa;添加固化剂后的杂填土各项性能在添加剂量为0.08%时达到最优，其无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量分别为2.28 MPa、0.24 MPa、492 MPa。综合考虑性能优化程度与经济成本，固化剂为最优加固材料。

参考文献：

[1]宋文涛.道路路基杂填土的处理探析[J].交通世界，2018（32）：69-70.

[2]张 昕，易 磊.城市道路杂填土路基处理方法研究与应用[J].城市道桥与防洪，2018，235（11）：10，85-88.

[3]张振营.城市生活垃圾的压缩性及填埋场的沉降研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[4]李 腾.建筑垃圾杂填土强度特性的试验研究和数值分析[D].天津：天津大学，2014.

[5]石岩峰.杂填土工程特性及基坑边坡稳定性分析[D].海口：海南大学，2013.

[6]张 衡.公路工程杂填土的处理方法与路基加固研究[D].西安：长安大学，2019.