武興

摘要：針對隧道盾構(gòu)施工渣土含水率高，飽和度高，液塑限高，天然含水率較大等復(fù)雜特點(diǎn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究不同的水泥含量以及固化后的含水率情況下，水泥作為固化劑改良淤泥渣土的工程特性。結(jié)果表明，加固化劑后土的級配發(fā)生了變化，合理的水泥含量以及最佳的含水率，使其CBR承載比與回彈模量有明顯的提高;浸水后改良土的承載比CBR值會(huì)明顯降低;壓實(shí)度越低，浸水后，土體吸水率越大，越容易發(fā)生松散破壞，降低土體強(qiáng)度。合理的水泥含量，最佳的含水率以及較大的壓實(shí)度有助于提高路基的承載能力以及抗變形能力。

關(guān)鍵詞：水泥? 淤泥? 盾構(gòu)渣土? 最佳含水率? 回彈模量? CBR

隨著近年來福州地鐵的大量建設(shè)，城市的交通情況有了明顯的改善，然而地鐵施工產(chǎn)生的渣土也是成倍的增長，渣土不僅占用土地，降低土壤質(zhì)量，同時(shí)淤泥渣土中的有害細(xì)菌微生物還會(huì)滲透進(jìn)土壤中，造成水源的污染。另外，堆積的淤泥所散發(fā)的腐殖質(zhì)氣味，在溫度以及水的作用下，會(huì)產(chǎn)生源源不斷的臭味，產(chǎn)生大氣的污染，其次，渣土占用空間大，堆放無序，甚至侵占了城市的各個(gè)角落，惡化城市環(huán)境衛(wèi)生，與城市的美化理念格格不入?；诖朔N狀況，盾構(gòu)渣土的改良處理有著非常巨大的實(shí)用性價(jià)值。目前盾構(gòu)土的改良方式有很多種，包括物理和化學(xué)方法。物理的改良方式主要是改變土的級配，包括摻入砂礫以及其他最優(yōu)土再加入膠結(jié)顆粒的方式，化學(xué)方法有摻加粉煤灰、生石灰、熟石灰、水泥、瀝青、柏油等方式，此外還可加入爐渣、碎磚、石粉、或加入少量泥炭增加連接力等。本文針對水泥改良盾構(gòu)渣土進(jìn)行研究，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水率，通過承載比試驗(yàn)以及土的回彈模量試驗(yàn)，得到在不同的水泥含量狀況下，浸水后，土的CBR值以及回彈模量，來評價(jià)改良土的工程特性。

盾構(gòu)渣土處理的一般流程為：將盾構(gòu)施工運(yùn)出的渣土中的石塊、砂石與泥漿在水的沖擊下進(jìn)行振動(dòng)分離，分離出的大塊砂石通過傳送設(shè)備集中堆積，同時(shí)對分離出的細(xì)沙和泥漿混合料進(jìn)行絞籠分離，將細(xì)沙排出，對分離出的泥漿通過導(dǎo)流槽或管進(jìn)行一次絮凝處理，將絮凝處理后的泥漿在泥漿池中經(jīng)沉淀分離出泥漿和清水，清水排進(jìn)清水池作為施工的循環(huán)用水，泥漿泵入凹凸型泥漿輸送管進(jìn)行二次絮凝處理，將二次絮凝處理后的泥漿送入帶式壓濾機(jī)中經(jīng)壓濾得出干泥餅。然后在泥餅中加入水泥等固化劑，以此來改良渣土的工程特性。

1.盾構(gòu)淤泥渣土性質(zhì)

1.1顆粒分析試驗(yàn)

土的級配對于土的擊實(shí)效果有著主要影響，級配良好的土可以得到更大的最大干密度，土粒的周圍有結(jié)合水膜，黏粒越多的土其吸水率越高，同時(shí)結(jié)合水膜的存在會(huì)減小土粒之間的咬合力，減小其抗剪強(qiáng)度，使土更容易破壞。表1為盾構(gòu)原狀淤泥土的顆粒分析結(jié)果，采用篩分法與移液管法進(jìn)行測定。

由表中分析可知，土里主要分布于粉粒0.002-0.075mm范圍內(nèi)，含量達(dá)到72%，其次小于0.002mm，含量22.4%?？梢缘贸鐾恋奈芰?qiáng)。

1.2物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

盾構(gòu)淤泥土具有高孔隙比，密度小，顆粒細(xì)小，但由于存在一定的連接，土場處于軟塑狀態(tài)，但是一經(jīng)擾動(dòng)結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，福建省淤泥質(zhì)土，有機(jī)質(zhì)含量比較高，親水性強(qiáng)。工程性質(zhì)復(fù)雜。物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2.

從表2可以看出，盾構(gòu)土的液限為59，塑性指數(shù)21.6，屬于高液限土，含水率與飽和度高，力學(xué)性能復(fù)雜。需要進(jìn)行改良方可用于公路路基的填筑施工。

2.實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)《公路無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》結(jié)合《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》，建立試驗(yàn)方案，對比實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，考慮經(jīng)濟(jì)適用性情況。本文采用4%水泥含量摻量進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1改良土物理性質(zhì)

2.1.1顆粒分析試驗(yàn)

摻加4%水泥作為固化劑后，進(jìn)行攪拌，盾構(gòu)渣土成塊狀，經(jīng)過碾壓粉碎，使土顆粒粉散開來，進(jìn)行篩分與顆粒分析試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，粉粒與黏粒含量有所增加，為水泥顆粒。

改良前后顆粒組成并無太大的變化，可以得出結(jié)論，水泥改良盾構(gòu)沙土，不是通過改變土的顆粒級配來改良土的性能。

2.1.2物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

改良土后物理性質(zhì)有了極大的改善，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表4所示。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，土的可塑性與土中的礦物成分有關(guān)系，同時(shí)也與同種溶液的化學(xué)成分PH值有關(guān)同。親水性礦物增多則可塑性加強(qiáng)，由大多數(shù)次生物礦組成的黏粒通常帶有負(fù)電，由陽離子構(gòu)成反粒子層，高價(jià)離子易于被土粒表面靜電吸附，擴(kuò)散層較薄，結(jié)合水的數(shù)量減小。盾構(gòu)土中加入水泥改變了粒度組成，增加了可塑性粒徑含量，同時(shí)Ca含量增加減少可塑性。由此可知水泥中的陽離子減小了盾構(gòu)土的可塑性。

2.2盾構(gòu)改良土的擊實(shí)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)方法見JTG E40-2007土的擊實(shí)試驗(yàn)。通過對不同含水率的改良土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，得出了改良前最大干密度1.484g/cm，最佳含水率26.5%。改良后盾構(gòu)土最大干密度1.534g/cm，最佳含水率22.7%。同時(shí)改良前最佳含水率曲線不明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1，表5所示。

由上可知改良后土的最大干密度有所提升，土的最佳含水率有所減小。水泥的摻入，不僅降低了土的吸水能力減小了路基干燥的時(shí)間，同時(shí)令土更加的密實(shí)，還可以與水反應(yīng)成為膠結(jié)物將分散的土顆粒連接在一起，增強(qiáng)了土的強(qiáng)度。

2.3盾構(gòu)改良土的承載比試驗(yàn)

為了更好的了解改良土的力學(xué)特性，在最佳含水率的情況下用不同的壓實(shí)度，進(jìn)行土的承載比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2，表6所示。

承載比是由美國加州公路局首先提出的，在我國的柔性路面設(shè)計(jì)中，雖然以路基土和路面材料的回彈模量作為設(shè)計(jì)參數(shù)，但是在路面施工規(guī)范中CBR仍是一項(xiàng)重要的力學(xué)指標(biāo)。CBR是指試料貫入量達(dá)到2.5mm時(shí)，單位壓力對標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)荷載強(qiáng)度的比值。從圖上可以明顯看出，隨著壓實(shí)度的增加，土的承載比逐漸增大，直到壓實(shí)度達(dá)到接近100%，這時(shí)土的干密度達(dá)到最大。同時(shí)改良后的土承載比有明顯提高，在沒有改良前承載比在11.0，改良后承載比增加到19.0?？梢缘贸鏊嘧鳛楦牧嫉墓袒瘎碛忻黠@作用。改良后的渣土已經(jīng)可以用于道路94區(qū)路基用土。水泥作成分一般為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，與水反應(yīng)生成了一部分凝膠，還有氫氧化鈣，這些土體形成了一定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將土顆粒包裹于其中，加強(qiáng)了土體的整體性，同時(shí)一部分物質(zhì)硬化形成鈣礬石，與土粒之間產(chǎn)生咬合，進(jìn)一步提高土的強(qiáng)度。不考慮經(jīng)濟(jì)因素可以適當(dāng)增加水泥含量，借以提高承載力。

2.4盾構(gòu)改良土的吸水量及膨脹量

改良前盾構(gòu)土與改良后盾構(gòu)土分別制備30擊，50擊，98擊的試樣各3個(gè)，對應(yīng)于承載比的3個(gè)壓實(shí)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

膨脹量與吸水率可以更加直觀地觀測到土體泡水后后體積的變化，反映出了土在浸泡之后，土顆粒的分散狀況，從側(cè)面顯示出了土的強(qiáng)度降低情況。從上表可以看出，改良后的土在泡水后，膨脹量與吸水量都要小于未改良土，說明水泥可以提高路基土的工程性能。

2.5盾構(gòu)改良土的回彈模量試驗(yàn)

分別制備30擊，50擊，98擊的試樣各3個(gè)，對應(yīng)于承載比的3個(gè)壓實(shí)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

回彈模量是指路基，路面及筑路材料在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與其相應(yīng)的回彈應(yīng)變的比值。土基回彈模量表示土基在彈性變形階段，在垂直荷載作用下，抵抗豎向變形的能力。如果垂直荷載為定值，土基回彈模量值愈大則產(chǎn)生的垂直位移就愈小;如果豎向位移是定回彈模量值愈大，則土基承受外荷載作用的能力就愈大，因此，路面設(shè)計(jì)中采用回彈模量作為土基抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)?？梢钥闯觯牧己蟮耐恋幕貜椖Ａ?，明顯得到了提高，已經(jīng)可以作為次干路的路基填料使用。

3.結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)可以得知，在盾構(gòu)渣土中加入水泥固化劑可以明顯的改善盾構(gòu)渣土的工程特性。使其承載能力得到大幅度提升。在一定的范圍內(nèi)，隨著水泥摻量的增大，其最大干密度增大，最佳含水率減小。隨著壓實(shí)度的增大，改良渣土的承載比以及回彈模量隨之增大，抗變型能力明顯增強(qiáng)。盾構(gòu)渣土的液塑限在加入水泥后明顯的減小，其可塑性得到增強(qiáng)，土體內(nèi)的粘聚力，內(nèi)摩擦角隨之增大。不過在浸水后其承載比會(huì)有所下降。綜上所訴盾構(gòu)渣土固化處理后可以作為低等級公路路基填料。

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