淤泥固化技术在公路工程软基处理中的应用

冀士文

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

通过对大量公路工程软基的考察与分析可知，淤泥是公路工程软基最主要的组成部分，针对以淤泥为主的公路工程软基，若能借助淤泥固化的方法来处理，则可达到事半功倍的效果。然而，这需要通过试验来验证该项技术在软基处理的可行性，而且还需要结合软基处理要求制定合理可行的施工方法。

1 淤泥固化技术简介

在疏浚工程中难免产生很多淤泥，这些淤泥不仅有很高的含水量，而且强度低，运输困难，机械设备难以在其表面通行。另外，在底泥当中往往还有很多有机质与重金属，如果未进行有效的处理，将造成严重的污染。对持续增加的淤泥进行处理，使其实现资源化利用，是当前的一个焦点问题。固化处理是现阶段针对淤泥最常用也是最有效的一种方法，完成固化的淤泥可以直接作为填方材料在诸多工程中使用，同时道路中存在的淤泥软基也可采用固化技术进行处理，使淤泥成为路基的填方材料[1]。

由于淤泥具有较高的含水率、液限、塑性指数、有机质含量和流变性，所以在道路工程中需采取针对性措施来改善淤泥性质，确定适宜的固化材料，并对施工进行科学合理的安排，对淤泥固化每一项指标均进行严格控制等，同时还要重视质量检测，以保证淤泥固化后的压实度、抗压强度及承载比等指标均能达到要求。为确定淤泥固化技术能否在公路工程软基处理中使用，并达到理想处理效果，以下进行了相关试验验证。

2 试验材料及方法

2.1 底泥

试验中按照随机原则在某道路工程中选取淤泥，将其作为本次试验的主要研究对象，经初步测定，所选取的淤泥的主要技术指标为：①含水率：59.25%；②有机质含量：6.18%；③pH值：6.99；④粒径：粒径小于0.005mm的颗粒占32.68%，粒径在0.005～0.05mm的颗粒占64.28%，粒径超过0.05mm的颗粒占3.04%。

2.2 固化剂

可在淤泥中使用的固化剂有很多种类型，最为常用是水泥基固化剂，采用这种固化剂能增强土壤自身承载力，适用于黏土类土壤中。在本次试验中，向淤泥中适量添加该固化剂进行固化处理，然后通过检测固化后土体的各项指标来确定能否达到路基要求，这些指标包括压实度、含水率与承载比。根据现有的研究成果可知，在添加固化剂后淤泥将发生一系列反应，如碳酸化、絮凝和火山灰反应，在这些反应完成后，土体强度将得到显著的提高[2]。

2.3 测定方法

在本次试验过程中主要采用下列方法完成测定：①pH值的测定借助便携式pH计完成；②含水率的测定借助烘箱及天平完成；③有机质含量的测定借助马弗炉完成；④颗粒的粒径分布情况测定借助Mastersize-2000型马尔文激光粒度仪完成；⑤压实度测定借助标准击实仪完成；⑥承载比，即CBR值的测定按照相关试验规程完成；⑦无侧限抗压强度的测定借助应变控制式无侧限压缩仪完成。

3 试验结果及分析

（1）淤泥完成固化后，其最佳含水率和素土十分接近，需对其最佳含水率及最大干密度进行准确测定。因土样的实际含水率比最大含水率高很多，所以应先采用风干法对土样含水率进行调整，确保土样实际含水率可以在最佳含水率的两侧分布。完成含水率调整后开展击实试验，以此获得击实曲线。根据击实曲线，本次试验选取的三组土样，其最佳含水率为15.6%、17.7%和19.6%，最大干密度为1.79g/cm3、1.85g/cm3和1.88g/cm3。

（2）以上述最佳含水率与最大干密度为依据，对每组土样需要的湿土数量进行初步估算，然后按照确定的湿土数量的5%、10%、15%及20%进行固化剂用量确定，采用人工通过连续搅拌达到均匀后，将其分成三层放到试模当中，之后进行逐层击实，此时要注意在加入下层之前需对表面进行拉毛处理。

采用以上方法完成试件的制备之后，需先静置24h再进行脱模，在标准养护室内连续养护，并在试验开始前1d将试件取出浸水，将试件表面的积水擦干后，利用修土刀将试件的上下两个表面修平，采用万能试验机开始试验，以确定不同试件的抗压强度。试验时的加荷速率按照1mm/min控制[3]。经试验可知，随着固化剂添加数量不断增加以及龄期的不断增长，三组试件的无侧限抗压强度均逐步提高，且增幅也明显加快，三组试件有基本相同的强度增长规律。此外，通过与相关技术规程的对比，固化后的淤泥土无侧限抗压强度可以达到路基要求。

（3）根据无侧限抗压强度试验结果可知，在不同位置选取的淤泥，其强度指标极为相似，所以在之后的承载比试验过程中，仅需对其中一组土样进行试验，相关试验结果为：①当固化剂添加量为5%时，3d、7d、14d与21d龄期的固化土承载比（CBR值）分别为0.77%、0.86%、1.10%和1.10%；②当固化剂添加量为10%时，3d、7d、14d与21d龄 期 的 固 化 土 承 载 比（CBR值）分别为1.46%、1.91%、2.43%和2.43%；③当固化剂添加量为15%时，3d、7d、14d与21d龄期的固化土承载比（CBR值）分别为2.29%、2.43%、2.71%和2.86%；④当固化剂添加量为20%时，3d、7d、14d与21d龄期的固化土承载比（CBR值）分别为2.86%、3.29%、3.71%和4.29%。

从以上试验结果可知，当固化剂的添加量为5%时，固化土的承载比（CBR值）不能达到路基要求，而当固化剂的添加量达到10%以上时，固化土的承载比（CBR值）则可以达到路基要求，但要注意，若按照10%的添加量添加固化剂，则要对固化土连续养护至少14d才能使固化土的承载比（CBR值）达到要求[4]。

4 配方设计

对公路路基而言，压实度、承载比与抗压强度是衡量其质量的关键指标，基于此，在施工中必须对相关参数进行严格控制。因目前还比较缺乏相关经验，规范对路基淤泥固化处理也没有提出细致的要求，所以施工中要加强质量控制，并做好质量检测。基于以上试验结果以及对试验结果的分析，结合现场实际情况，由于在淤泥中适量添加固化剂形成的固化土满足路基对压实度、强度及承载比的要求，所以在现场施工中可借助此法直接改良路基淤泥，但要达到理想的固化效果，在充分考虑安全系数的基础上，建议将固化剂的添加量确定为最高值，即20%，以此确保固化土有足够的强度与承载比[5]。

5 施工方法及控制

5.1 施工方法

5.1.1 施工工艺流程

淤泥固化施工工艺流程为：下承层验收→施工放样→包边土施工→卸土并破碎→降水→摊铺整平→画方格网→撒布固化剂→拌和→摊铺整平→碾压→检验→顶面封层。

5.1.2 下承层准备

在下一层施工正式开始前，应保证各点位的坐标均准确无误，且高程、平整度和压实度数据都能达到规范要求，施工场地保持洁净，没有杂物。

5.1.3 摊铺整平

借助反铲挖掘机进行淤泥开挖与装车，然后由自卸车进行运输。将淤泥土卸车完成后，采用机械和人工相配合的方式进行整平，具体包含粗平、精平与局部整平。整平后利用压路机连续轻压2遍。为了使淤泥和固化剂之间混合均匀并达到要求的初始压实度，对于淤泥松铺厚度，可初步选定为25cm。

5.1.4 撒布固化剂

在大面积撒布固化剂之前，应先用石灰撒方格网，对1袋固化剂可以撒布的面积进行计算，将固化剂均匀撒布到土基表面，其间由人工使用刮板将固化剂摊平、摊均匀，尽量保证每袋固化剂实际摊铺面积保持一致。用于承装固化剂的包装袋不可在现场随意丢弃，使用完毕后应尽快回收处理，以免造成污染。

5.1.5 拌和

拌和借助专门的拌和机实施，拌和深度应能达到下层5～10mm，确保上下层良好黏结，防止素土夹层的产生。拌和时应确保混合料实际含水量与最佳含水量相差在±2%以内，一般需重复拌和4遍。

5.1.6 摊铺整平

根据要求的松铺厚度借助推土机将拌和均匀的淤泥固化土摊铺至初平，然后使用平地机按照要求的路拱进行整形，采用压路机以较快的速度静压1遍，促使潜在的不平整处能够显现，最后采用平地机和人工加以终平。

5.1.7 碾压

固化后的路基碾压主要包括两种，即振动碾压与冲击碾压。将固化后的淤泥铺筑好后，应先用振动压路机实施初始碾压，在铺筑完两层后采用冲击压路机进行冲击碾压，压实厚度一般按照50cm控制，通过冲击碾压，能有效提高路基整体压实度，避免路基在施工完成后产生太大的沉降。振动碾压和冲击碾压存在的差异为：在碾压厚度方面，振动碾压为单层，即25cm，而冲击碾压为双层，即50cm；在碾压遍数方面，振动碾压为6～8遍，而冲击碾压需达到20遍；在轮迹重叠方面，振动碾压为1/2轮宽，而冲击碾压为1/4轮宽；在纵向搭接宽度方面，振动碾压为不小于2m，冲击碾压为30～50cm；在碾压顺序方面，振动碾压为从外侧碾压至内侧，冲击碾压为先碾压两边，再碾压中间。

5.1.8 检验

碾压结束后检查路基的各项技术指标，如强度、厚度与压实度，重点做好压实度检测。压实度的检测方法为核子密度仪法、环刀法与灌砂法，具体根据现场实际情况选择，优先考虑采用核子密度仪法，以保证压实度检测结果的准确性。经检测确认各项指标均能达到要求后，即可对下一层进行施工。

5.1.9 顶面封层

在路基的标高达到需要进行封层的位置后，采用黏土实施封层处理，严格按照设计要求执行，若无法及时进行封层，则要进行养护处理。顶面封层材料为8%石灰土或二灰土，封层厚度为40cm，通过顶面封层能起到以下作用：其一，提高路基的整体强度，避免路面与路基间产生软弱夹层；其二，提高顶部防水性能，减少或避免水进入到路基范围内，导致路基破坏。

5.2 施工控制

为保证路基淤泥固化达到理想效果，首先要根据实际情况和各项要求制订合理可行的施工方案，然后在现场施工中还要加强控制，具体的施工控制要点如下。

（1）先利用挖掘机对路基范围内存在的淤泥进行适当开挖，然后利用挖掘机自带抓斗对挖松的淤泥进行破碎搅拌，使其达到基本均匀，确保土团粒粒径不超过20mm。如果经初步测定发现路基范围内的淤泥有极高的含水率，则需采用绞吸等方法对其进行必要的预处理，使固化处理前路基淤泥的实际含水率不超过50%～60%。

（2）按照设计阶段确定的固化剂添加量向经含水率检测确认合格的淤泥中均匀撒布固化剂，并利用挖掘机等一系列机械进行搅拌，使固化剂在淤泥中的分布达到尽可能地均匀。在正式添加固化剂进行搅拌之前，应先进行试验性搅拌，以此确定固化剂含量及均匀性能否达到要求，经试验检测确认合格后，再开始正式搅拌。

（3）添加固化剂完成搅拌后，需经过一段时间的闷料才能进行摊铺整平，以免摊铺整平过程给固化土的均匀性造成影响。

（4）对固化土均匀性等指标进行测试，经测试达到预期要求后，开始借助压路机对固化土路基进行碾压。此时的碾压和一般路基碾压相同，都应分层进行，但要注意，每完成一层固化土碾压，都要覆盖一层薄膜进行养护，同时做好必要的整修。

（5）一层施工完成后，需按照要求的批次进行承载比与强度检测，经检测确认与要求相符后，方可对上一层进行施工。

6 结语

综上所述，淤泥是公路工程软土路基最常见的组成部分，若能在公路软基处理中引入淤泥固化技术，一方面能省去对淤泥的挖除、运输和堆放等过程，另一方面直接采用固化剂对淤泥进行改良处理，可降低淤泥对工程及环境造成的危害，同时还能减少其他填方材料的使用，在减少材料投入的同时，加快施工效率，缩短工期，降低成本，具有良好的经济效益与社会效益。