固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响研究
2023-10-18张文轩
张文轩
摘要：为了探究固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响研究，使用符合标准的土体样本，采用分层击实法，进行路基淤泥圆柱土样的击实处理，设计固化剂的掺入量分别为0.3kg/m3、0.5kg/m3、0.7kg/m3。将素土样品作为对照组，确定试验样品的达到最佳含水率后，在其中掺入8%水泥与固化剂，制作试验样品。设计试验样品的无限抗压侧试验、弯沉试验。试验结果显示：实验I组、实验II组、实验III组、对照组样件无侧限抗压值、弯沉值测量结果中，只有实验II组样件无侧限抗压值、弯沉值满足需求，实验I组、实验III组存在不符合标准的样件，对照组样件几乎全不符合标准。由此可见，在固化剂掺入量为0.5kg/m3时，可以在提高路基无侧限抗压值的基础上，控制路基在施工后发生沉降。
关键词：固化剂处理；基本土性；力学性能；淤泥土；路基
1 工程概况
本文此次研究的工程项目为某道路工程二期Ⅱ标段，施工范围为K4+550～K6+165。路线全长1.615km，为城市主干路，工期要求18个月。原设计的路基施工，采用路基宕渣填筑，厚度不小于120cm[1]。
根据施工现场实际情况可知，场地内人工填土分布广泛，主要分布于冲海积平原区表部。冲海积平原区填土以化工厂废弃土为主，棕黄色、灰绿色。软塑近流塑状，极具浓烈臭味，含有重金属元素，层厚变化极大，厚度约为1.5～12m，物理性质极差，为近5年堆填。2019年该厚层填土向道路两侧摊薄，现状路基范围内填筑厚度约1.5～2.5m。采用路拌固化土方式进行路基填筑，填筑厚度2m。
2 固化处理方案确定
固化土路基技术是一项新型的技术，是提高固化土承载力、固化土路基中的主要技术。为提高路基淤泥土上部路段施工的规范性，一般采用固化剂进行路基淤泥质土的固化处理[2]。
在深入此工程项目的实际调研中发现，此工程项目作业面所在位置的土体含水量较高，截至目前已经高于规范值。当施工中对应的地基属于粘性土，且土体的含水量大于最佳含水率时，压路机从上面压过时，土体将产生一个下沉并回弹的趋势，导致固化后的土体综合承载性能呈现显著的下降趋势[3]。而要提升工程质量，需要解决施工中的路基淤泥土固化问题。
为落实此方面工作，本文将在此次研究中，以K4+800～K4+960段路基为例，开展固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响研究，旨在通过此次设计，实现对路基淤泥土对应路段施工全过程的优化，全面提升工程质量。
3 样品制备与试验方法
3.1 样品基本土性分析
为固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响，开展相关研究前，应先进行试验样品制备，为排除相关因素对试验结果的影响。试验前，进行样品基本土性的分析[4]。
3.1.1 样本土体物理性质
根据实际情况，选择路基施工段淤泥土为样本，样本基料为粉质黏土，对土体外观进行分析发现，对应的土体样本呈黄褐色、黄色，对土体物理性质进行分析，相关内容如表1所示[5]。
3.1.2 体中的矿物质类型与含量
采用筛分法、密度计测量法，进行施工区域试验样品土体颗粒的检测，检测后发现样品土体中的颗粒主要包括粉粒与黏粒，前者粒径在0.002～0.025mm范围内，含量约为17.8%，后者粒径＜0.002mm，含量约为62.4%[6]。对土体中的矿物质类型与含量进行分析，相关内容如表2所示。
3.2 试验样品制备
在上述内容基础上，进行试验样品的制备。在此过程中，使用符合标准的土体样本，采用分层击实法，进行路基淤泥圆柱土样的击实处理。
为排除外界因素对实验结果的影响，在制作试验样品时，将设计所有样品的高度设为100mm、直径设为50mm。为优化路基淤泥圆柱土样的力学性能，选择固化剂作为路基淤泥圆柱土样固化处理中的主要外加试剂，将固化剂掺量作为处理过程中的变量。
实验过程中，在排除外界因素干扰的条件下，设计固化剂的掺入量分别设为0.3kg/m3、0.5kg/m3、0.7kg/m3，将素土（未掺入固化剂的路基淤泥圆柱土样）样品作为对照组。确定试验样品的达到最佳含水率（14.5%）后，在其中掺入8%水泥与固化剂，制作试验样品。
将掺入0.3kg/m3固化劑作为实验Ⅰ组，将掺入0.5kg/m3固化剂作为实验Ⅱ组，将掺入0.7kg/m3固化剂作为实验Ⅲ组，将未掺入固化剂的试验样品作为对照组，以此为依据，对试验样品进行摊铺、碾压、养护，完成试验样品的制备。
3.3 试验方法
3.3.1 仪器设备选型
为确保试验的顺利实施，开展研究前，进行试验中仪器设备的选型，相关内容如表3所示。
3.3.2 试压
在进行试验样件的无限抗压侧试验前，先根据样件的高度与直径，计算试验样品的横截面积。在样品的两端扫上一层凡士林，将其放在下压板上，辅以YAW-S300型液晶全自动压力试验机，进行试验样件的试压处理。
样件受压前，需要做好仪器设备相关参数的调节。操作设备使样件保持上升状态，当试验样件与加压板保持刚好接触状态时，操作机械停止样件的上升[7]。此时，使用轴压计、位移计，进行设备的读数调零处理。
点击开始试验按钮后，加压板将以50kN/min的加载速率均匀进行试验样件的加载处理。此时，液晶显示仪将直接显示样件的应力-应变关系曲线。在此过程中，样件所受到的应力值呈现缓慢上升状态，并逐步达到峰值。当应力值达到峰值后，应力不再增加，应力-应变关系曲线逐步下滑，记录峰值对应的数值。操作下一样件，重复上述步骤，记录在不同固化剂掺入条件下，样件的无侧限抗压值。
3.3.3 弯沉值检测
之后对试验样件进行弯沉值检测。检测前，调节水位计，并操作水位尺，完成试验前的准备工作后，使用垂直水位计、水平水位计，按照下述公式，计算试验过程中样件的弯沉值。
Lr=L+α·S（1）
公式（1）中：Lr表示样件的弯沉值；L表示试验样件回弹弯沉值的计算平均值；α表示土体保证系數；S表示弯沉值标准差。按照上述方式，对不同的样件进行弯沉值测试，以此完成试验方法的设计。
4 路基淤泥土力学性能测试结果
4.1 无侧限抗压值
完成试验的设计后，根据工程项目的实际需求，考虑到二期（K3+000～K6+165）工程段施工需求，设计固化处理后的路基无侧限抗压值应＞50kPa，以此为标准，进行实验Ⅰ组、实验Ⅱ组、实验Ⅲ组、对照组样件无侧限抗压值的测量。其结果如表4所示。
4.2 弯沉值
在已经设计弯沉值为≤270mm的前提下，进行实验Ⅰ组、实验Ⅱ组、实验Ⅲ组、对照组样件弯沉值的测量。其结果如表5所示。
5 试验结果讨论
为优化淤泥土质区域路基工程施工，本文开展了固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响研究。根据表4所示的试验结果可以看出，实验Ⅰ组、实验Ⅱ组、实验Ⅲ组、对照组样件无侧限抗压值测量结果中，只有实验Ⅱ组样件无侧限抗压值均＞50KPa，实验Ⅰ组、实验Ⅲ组存在无侧限抗压值＜50KPa的样件，而对照组样件无侧限抗压值均＜50KPa。
在此基础上，对表5所示的实验结果进行分析，参照标准可知，实验Ⅰ组、实验Ⅱ组、实验Ⅲ组、对照组样件弯沉值测量结果中，只有实验Ⅱ组样件弯沉值满足≤270mm的设计需求，实验Ⅰ组、实验Ⅲ组存在弯沉值＞270mm的样件，而对照组样件弯沉值均＞270mm。
其中实验Ⅱ组的固化剂掺入量为0.5kg/m3，说明对固化剂掺入量的合理化处理，可以在提高路基无侧限抗压值基础上，控制路基在施工后发生沉降，以此种方式进行，可有效提高工程施工质量。
6 结束语
项目部选择K4+800～K4+960段路基进行路拌固化土试验段施工。施工过程中，按照规范的参数与既定的工艺进行现场作业，将两侧现有淤泥质土进行石灰闷料2d，达到最佳含水率（14.5%）后，掺入8%水泥+固化剂进行拌合，最后进行摊铺、碾压、养护。
为确保工程施工可以达到预期效果，施工前应明确固化剂处理对路基淤泥土力学性能的影响，为此本文开展了此次研究。通过本次研究，明确了固化剂掺入量为0.5kg/m3时，可以在提高路基无侧限抗压值的基础上，控制路基在施工后发生沉降。
参考文献
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