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        消石灰改良淤泥質(zhì)土在水運工程上的應(yīng)用研究

        2016-11-12 03:37:51杜珊珊安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司安徽合肥230011
        安徽建筑 2016年2期
        關(guān)鍵詞:消石灰質(zhì)土灰土

        杜珊珊(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司,安徽 合肥 230011)

        消石灰改良淤泥質(zhì)土在水運工程上的應(yīng)用研究

        杜珊珊(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司,安徽 合肥 230011)

        安徽省內(nèi)河水運工程中往往產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)土,對其進行合理利用可以節(jié)省費用,并節(jié)約土地和保護環(huán)境。文章對工程實踐中的試驗研究進行了總結(jié),采用摻10%消石灰的方法,能夠降低淤泥質(zhì)土的含水率,提高其抗剪強度指標,其水穩(wěn)定性能好,可以作為水運工程建設(shè)中的港區(qū)道路路基和新改建堤防堤身填筑用填料。

        消石灰;改良;淤泥質(zhì)土;水運工程

        1 概 述

        近年來安徽省全力加快水運工程發(fā)展。由于水運工程多處于河流河岸及近岸,地貌單元多為河床及河漫灘,往往發(fā)育有深厚層淤泥質(zhì)土,在這些工程中往往產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)土,特別是挖入式港池和船閘改擴建工程。對這些淤泥質(zhì)土,如果將其廢棄,一方面需運離場址,需要大量的運費和修道路費用,同時產(chǎn)生環(huán)境污染;另一方面廢棄的淤泥質(zhì)土需要堆放場所,需要征地費,會對居民的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不良影響。同時水運工程建設(shè)中的港區(qū)道路路基和新改建堤防堤身填筑需要大量的土料,而場址附近土料多缺失,需要從遠處外運,又產(chǎn)生大量的征地費和運費,并對環(huán)境造成破壞。如果將工程建設(shè)中產(chǎn)生的淤泥質(zhì)土經(jīng)處理改良作為路基、堤防填料,不僅能解決其外運需運費、占地和環(huán)境污染問題,而且能解決工程建設(shè)中所需填料問題,符合經(jīng)濟、科學(xué)發(fā)展和環(huán)保的政策方針。

        淤泥質(zhì)土,一般具有含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性低和靈敏度高等不良工程特性。如何經(jīng)濟、高效處置這類土,前人提出了不少有效的處理方案,如摻石灰、水泥、粉煤灰、石膏、水玻璃等對淤泥和淤泥質(zhì)土進行改良固化,其中摻石灰是處理淤泥質(zhì)土最普遍和經(jīng)濟的方法。諸多研究證實,不同地區(qū)的石灰改良土,由于淤泥質(zhì)土在結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成上的差異,以至于在強度、壓縮性改善程度和特征規(guī)律上會因為淤泥質(zhì)土天然特性的不同而有所不同。

        安徽省內(nèi)水運工程建設(shè)中遇到的淤泥質(zhì)土,除具有淤泥質(zhì)土一般特性外,還具有自身的特性。因此現(xiàn)結(jié)合巢湖港巢城港區(qū)(一期)工程建設(shè)的實際情況,以該地區(qū)的淤泥質(zhì)土為研究對象,在淤泥質(zhì)土中摻入不同量的消石灰后,通過界限含水率試驗、直剪試驗、擊實試驗和無側(cè)限抗壓試驗等研究石灰土的液塑限特性、強度特性、壓縮特性和擊實特性,為安徽省內(nèi)港口和水運建設(shè)中遇到淤泥質(zhì)土的改良方案選擇以及相關(guān)淤泥質(zhì)土工程的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)和參考。

        2 工程概況

        巢湖港巢城港區(qū)(一期)工程位于安徽省巢湖市區(qū)東南裕溪河左岸。港口設(shè)計年吞吐量290萬t,設(shè)計代表船型1000 t級。碼頭設(shè)計高水位10.17m,設(shè)計低水位4.6m,碼頭頂面高程10.67~10.71m,前沿線布置在原有大堤后方平均約 80m處,港池為挖入式,底高程1.0m。整個碼頭占用岸線788m。該工程為皖中內(nèi)陸最大貨運港口工程。港區(qū)地處微彎河段,沿河建有人工大堤,堤頂標高11.0~11.5 m,堤坡 1∶3~1∶4。港區(qū)前沿位于左岸大堤內(nèi)側(cè),以水稻田、沼澤地和水塘為主。地貌單元為裕溪河河漫灘。

        本工程港池開挖后產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,如果將其廢棄,則需要大量的運費和修建道路費用,還會產(chǎn)生環(huán)境污染;而新建堤防堤身填筑需要大量的土料,場址附近土料缺失,最近的取土料場運距約20 km,如果采用取土料場中的土料,需要大量的征地費和運費。為了減少費用和環(huán)保,決定采用經(jīng)消石灰處理后的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土作為新建堤防堤身填料。通過對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土取樣,對其進行各項配比改良,相應(yīng)開展多項物理力學(xué)指標試驗,為摻消石灰量的多少提供理論依據(jù)。

        3 淤泥質(zhì)土的物理力學(xué)性質(zhì)

        本工程港池區(qū)開挖的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,層頂埋深0.50~2.80 m,層厚6.90~12.20 m,深灰色,流塑狀態(tài),夾淤泥、淤泥質(zhì)黏土和粉土薄層。經(jīng)取樣在試驗室按《土工試驗方法標準》(GB/T 50123-1999)對其物理力學(xué)性質(zhì)進行試驗,其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標如表1所示。

        淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土物理力學(xué)性質(zhì)指標表 表1

        4 試驗設(shè)計與試驗的開展和試驗結(jié)果

        4.1 試驗設(shè)計

        工程中摻石灰法有摻消石灰和生石灰粉法。生石灰的主要成分是CaO和MgO。生石灰與水發(fā)生作用,生成Ca(0H)2,即消石灰(也稱熟石灰)。近幾年的研究表明,摻生石灰粉的效果優(yōu)于摻消石灰的,因為生石灰粉與土的作用能力強,摻生石灰粉受氣溫和雨期影響較??;此外生石灰粉撒布拌和易均勻,返工率小,環(huán)境污染也相對較小,而且能節(jié)省投資。但生石灰粉法失效快,儲運時間不能長,因此摻生石灰粉法雖然在國外應(yīng)用較廣,但在國內(nèi)因生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)上尚存在一些障礙,生石灰粉的質(zhì)量難以保證,儲運條件也不易達到要求,所以目前摻生石灰粉法仍停留在研究階段,還不能用于大面積施工,故本試驗研究釆用摻消石灰的方法。

        試驗分別對不摻灰的素土和摻灰10%和15%的灰土樣進行物理性質(zhì)試驗(包括液限、塑限)、壓實制備試樣進行力學(xué)性質(zhì)試驗(包括重型擊實試驗、壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗),研究摻灰對土樣塑性、壓實性、壓縮性和強度的影響。試驗所用消石灰系由生石灰消解而成,生石灰等級為二級。

        試驗方法對于物理性質(zhì)試驗和壓縮試驗按照《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)進行;重型擊實試驗參照《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2007)進行;無側(cè)限抗壓強度試驗參照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)進行。

        堤身填土的擊實試驗,水利規(guī)范要求采用輕型擊實試驗。對于本工程,由于堤防上有重型車輛通過,采用輕型擊實試驗后的參數(shù)不符合堤防建成后的實際情況,因此根據(jù)本工程特點,采用了公路規(guī)范路基填料擊實試驗方法,即重型擊實試驗。

        4.2 試驗的開展和試驗結(jié)果

        4.2.1 素土試驗

        選取了4組淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土做試驗。首先做淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的天然含水量和液塑限試驗;晾曬,做素土的擊實試驗,得出素土的最大干密度和最佳含水量。得出的有關(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

        4.2.2 摻10%消石灰試驗

        采用同樣的4組淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,摻入10%消石灰(消石灰含水量為8%),測定灰土的天然含水量和液塑限試驗;通過擊實試驗確定灰土最大干密度和最佳含水量。得出的有關(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

        4.2.3 摻15%消石灰試驗

        采用同樣的4組淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,摻入15%消石灰(消石灰含水量為8%),測定灰土的天然含水量和液塑限試驗;通過擊實試驗確定灰土最大干密度和最佳含水量。得出的有關(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

        淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土素土試驗結(jié)果 表2

        摻入10%消石灰灰土試驗結(jié)果 表3

        摻入15%消石灰灰土試驗結(jié)果 表4

        4.2.4 摻 10%消石灰制作不同含水率灰土無側(cè)限抗壓強度試驗

        采用摻入10%消石灰(消石灰含水量為8%)灰土,制備含水量分別為20%和25%的直徑50 mm,高50 mm無側(cè)限抗壓強度試樣,標準養(yǎng)護7d,測定灰土的無側(cè)限抗壓強度,結(jié)果是:含水量20%的灰土,無側(cè)限抗壓強度為0.37 MPa;含水量25%的灰土,無側(cè)限抗壓強度為0.31 MPa。

        5 試驗結(jié)果分析

        5.1 摻灰對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土塑性的影響

        摻消石灰后,液限、塑限和塑性指數(shù)均提高,但隨著消石灰摻入量提高,塑性指數(shù)有下降的趨勢。這與消石灰與水作用產(chǎn)生膠體有關(guān),當(dāng)摻消石灰量增多時,粉粒增加,塑性進而減少。

        5.2 摻灰對最佳含水量的影響

        摻消石灰后,最佳含水量增加,最大干密度減小。這樣有利于填料的晾曬和壓實。

        5.3 摻灰對抗剪強度的影響

        摻消石灰后,土體的抗剪強度內(nèi)摩擦角得到大幅度提高,用其填筑堤防、路堤,有利于堤防、路堤的穩(wěn)定。

        5.4 不同摻灰率改良淤泥質(zhì)土的效果分析

        通過以上對比試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),摻消石灰后可使淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的含水率降低,有利于填料的晾曬,摻10%消石灰和摻 15%消石灰,對含水率降低幅度改變;同樣兩種比例摻灰,對液限、塑限、最佳含水量和抗剪強度指標的改善變化均不大。由此驗證了前人的研究結(jié)果:摻石灰改良淤泥質(zhì)土的效果并不是隨著摻灰率的增加無限增長,而是達到某一摻灰率后呈變化不大的趨勢。

        5.5 摻灰土水穩(wěn)定性

        摻入 10%消石灰含水量分別為 20%的灰土和25%的灰土,無側(cè)限抗壓強度分別為0.37 MPa和0.31 MPa,差別不大,說明摻灰10%的灰土水穩(wěn)定性很好。

        6 結(jié) 語

        水運工程產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)土,可以通過摻消石灰等方法對其改良,用于工程中路基、堤防填料,不僅能解決其外運需運費、占地和環(huán)境污染問題,而且能解決工程建設(shè)中所需填料問題,是一個經(jīng)濟、有效的方法。

        摻消石灰后可使淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的含水率降低,最佳含水量增加,最大干密度減小,這樣有利于填料的晾曬和壓實。摻灰后的灰土水穩(wěn)定性很好。

        摻消石灰后,液限、塑限和塑性指數(shù)均提高,但隨著消石灰摻入量提高,塑性指數(shù)有下降的趨勢。不同石灰摻量下,試樣的抗剪強度指標明顯增加,而且隨著摻量的增加,抗剪強度指標上升。但摻石灰改良淤泥質(zhì)土的效果并不是隨著摻灰率的增加無限增長,而是達到某一摻灰率后呈變化不大的趨勢。

        巢湖港巢城港區(qū)(一期)工程建設(shè)采用了摻10%消石灰的方法改良淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,用其作為新建堤防暨港區(qū)道路填料,工程運營至今已有3年的時間,未發(fā)生工程質(zhì)量問題,港口效益顯著。因此利用低摻填消石灰改良結(jié)合晾曬來處理淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土是行之有效的方法,值得在水運工程上推廣應(yīng)用。

        [1]陳一新,王保田,等.石灰改良淤泥質(zhì)土的試驗研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014(34).

        [2]王媛,嚴蘊,等.高速公路過濕粘土路基摻消石灰處理方法的研究[J].河海大學(xué)學(xué)報,1999(1).

        [3]張義貴,王保田.石灰改良高含水率粘土作為路基填料的試驗研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2010(4).

        [4]王吉剛,閻長虹,等.淤泥質(zhì)土改性試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2007(2).

        [5]趙杰,張俊華,等.山東省河漫灘向淤泥質(zhì)土處治試驗研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護,2012(7).

        P642.12+3

        A

        1007-7359(2016)02-0142-03

        10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.049

        杜珊珊(1971-),女,安徽濉溪人,畢業(yè)于北京交通大學(xué),助理工程師,主要從事交通工程試驗檢測工作。

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