石灰改良淤泥质黏土特性试验及应用研究

摘  要：  武汉市水系发达，存在大量软土，武汉市市政工程某项目土方施工过程中通过采用石灰对开挖出的淤泥质黏土进行改良，在路基施工中取得不错的效果。通过对拌和不同石灰含量的含水率最大淤泥质黏土改良土样进行土的承载比试验，得到8%的石灰含量淤泥质黏土改良土样的承载比能够满足规范要求，再探讨8%的石灰含量改良土样的物理力学变化规律，通过道路弯沉值和压实度对该改良淤泥质黏土进行检验。结果表明，采用8 %的石灰含量改良淤泥质黏土的路用性能好，能满足设计要求和达到最优经济效益。

关键词：  石灰改良土  淤泥质黏土  路基弯沉  力学性能

1  引言

淤泥质黏土广泛分布在我国滨海、湖、江河中下游等地区，由于淤泥质黏土具有流变性明显和承载力差等特点，不能直接用作路基填筑[1]。道路建设中不可避免穿越淤泥质黏土路段，若将其取出弃置并外购好土进行回填，不仅占用额外的土地资源和花费大量的经济成本，而且会给当地环境带来一定的污染，因此，淤泥质黏土的合理利用和处治是具有重要的经济效益和环境保护意义。

目前，软土采用石灰进行改良，且能够取得很好的效果[2]。陈宝等[3]和张义贵等[4]对石灰改良淤泥质黏土作为路基回填料进行了大量的试验研究，发现掺石灰后淤泥质黏土压实具有强度高和压缩性低的特点。但由于各地区的淤泥质改良土在结构和化学成分上不同，导致其强度和压缩性改善程度上缺乏系统的研究[5]。

本文以工程路段开挖出的含水率最大淤泥质黏土拌和不同石灰含量来开展改良土样的CBR试验和击实试验，通过对道路弯沉值和压实度来确定最佳石灰含量的淤泥质黏土改良方案，以期为道路路基填筑中淤泥质黏土处治设计和应用提供参考。

2  工程概况

本文以武汉市某项目路基挖填方为基础，开展石灰改良淤泥质黏土性能试验研究。该道路全长3208.774 km，设计车速为 80 km/h，道路红线宽40 m，其中行车道 22.0 m，为双向六车道的城市主干道。场地地基土主要由人工填土、全新统冲湖积相黏土、淤泥质黏土及冲洪积相黏土构成，如图1所示。公路沿线有耕地和水塘，淤泥质黏土分布广泛。淤泥质黏土样呈流塑～软塑状，分布厚度约为0.4～16.0 m，其承载力小，不能直接作为路基。若将淤泥质黏土作为弃方处理或外购好土，将会占用大量的土地和产生巨额的施工费用，而且严重地影响了路基周边环境，因此，项目结合施工现场的实际情况，拟采用石灰改良淤泥质黏土的力学性能，从而用于道路路基填筑。

3  石灰改良淤泥质黏土力学性能

3.1  原材料分析

本试验所用土样为施工现场取得含水率最大淤泥质黏土，对该试验土样进行一系列物理指标试验，表 1 为本项目路段淤泥质黏土的物理力学性质。根据液塑限和塑性指数判断土的类型，如果土的黏料含量达到50%，且液限高的情况下强度低，土样是难以压实，不能作为回填土，需要晾晒或改良才能回填。因此，本试验针对该路段含水率最大淤泥质黏土进行改良，且改良淤泥质黏土的生石灰的化学成分含量如表2所示。

3.2  试验方法及结果分析

本试验进行石灰改良淤泥质黏土中主要探讨石灰含量对改良淤泥质黏土物理力学性能的影响。试验将块状的生石灰黏磨后过2mm筛，后按照一定含量的生石灰消解并充分拌和在最大含水率淤泥质黏土中，配置不同石灰含量的改良土样。

试验采用5种掺入量（2%、4%、6%、8% 和 10%）的试验土样进行土的承载比试验（CBR）和击实试验，如图 1 所示。CBR随着石灰的含量增加而增加，说明石灰能够改良承载力小的淤泥质黏土。根据规范CBR≥8%为合格，本试验只有8%和10%的石灰含量合格。本试验采用重型击实法对5种掺入量（2%、4%、6%、8% 和 10%）的试验土样分五层进行击实，图2为不同石灰含量的最大干密度与最优含水率。最佳含水率随着石灰含量的增加而增加，而最大干密度随着石灰含量的增加先增加后减小，说明8%的石灰含量改良淤泥质黏土最优。因此，根据CBR试验和击实试验，同时考虑工程成本。本项目采用8%石灰含量对淤泥质黏土进行改良并应用于路基填筑。

4  路基应用结果分析

4.1  施工工艺

石灰改良土路基填筑施工一般步骤为：现场原材料检测、掺配试验、选取最优掺配比例、现场施工、质量检测。

1. 现场原材料检测。测试准备采购的生石灰相关参数，及现场含水率最大淤泥质黏土的CBR和物理基本力学性质。

2. 掺配试验。使用不同比例的生石灰对淤泥质黏土进行掺拌，闷料后测试其CBR等参数。

3. 选取最优掺配比例。通过试验等参数分析，选择最优掺配比例，保证既能满足设计要求，又能达到节省材料的目的。

4. 现场施工。现场石灰拌和均匀拌和三次，焖料三天后，摊平并采用推土机、平地机按照规范碾压。

5. 质量检测。对道路弯沉值和压实度进行质量检测。

4.2  道路弯沉值结果分析

道路弯沉由于能反映道路路面整体强度与刚度和体现路面结构承载力在道路工程中受到广泛的应用。表3为道路弯沉值检验结果汇总表，本项目用8%石灰含量的石灰改良淤泥质黏土回填路基的道路弯沉值都小于250，均满足符合设计标准要求。

4.3  路基压实度结果分析

压实度是保证路基路面的刚度、强度、平整度及稳定性的重要内在指标。表4为压实度结果汇总表，本项目用8%石灰含量的石灰改良淤泥质黏土回填路基的压实度均满足设计要求。

4.4  经济效益分析

表 5 为弃置淤泥质黏土回填好土和石灰改良淤泥质黏土的成本对比，弃置回填土的成本为165元/m3，采用8%石灰含量的成本为44.5元/m3，利润为120.5元/m3。而在本项目一共有8262 m3淤泥质黏土需要处治，节省了995571元。因此，采用石灰改良淤泥质黏土降低了经济成本。

5  结束语

本试验通过做不同石灰含量的改良含水率最大淤泥质黏土的CBR试验，得出石灰含量能够改良淤泥质黏土的承载比，根据CBR试验和击实试验，项目用8%石灰含量的石灰改良淤泥质黏土作为路基填筑，能够满足道路弯沉值和压实度的设计要求，并降低工程成本。

参考文献

[1]  交通部公路科学研究院.公路土工试验规程 （ JTG E40-2007）[S].北京：人民交通出版社，2007， 122-145.

[2]  祝艳波， 余宏明， 杨艳霞. 红层泥岩改良土特性室内试验研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2013， 32（2）：425-432.

[3]  陈宝， 李池龙， 李永刚. 石灰改良路基土的力学特性试验研究[J]. 路基工程， 2013 （6）：78-82.

[4]  張义贵，王保田. 石灰改良高含水率粘土作为路基填料的试验研究[J]. 现代交通技术，2010 （ 4）： 5-7.

[5]  许志坚.石灰改良淤泥质软土路用特性试验研究[J].交通建设与管理，2019（03）：98-101.

作者简介：

石和杰，（1988.1.2-），男，汉族，本科，湖北黄冈，项目经理，研究方向：现场施工管理。

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