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        改良樁基清渣淤泥土承載力特性及機(jī)理研究

        2023-03-04 13:10:22李琴
        廣東建材 2023年1期
        關(guān)鍵詞:樁基

        李琴

        (1 中交一公局廈門工程有限公司;2 中交一公局廈門檢測技術(shù)有限公司)

        0 引言

        隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,交通基礎(chǔ)工程發(fā)展迅速,一方面,隨著公路工程大量的擴(kuò)建、新建,路基需要很多的填土材料,通常情況下,填土材料的獲取主要通過開山采土或者開挖田地等方式,這種取材方式對環(huán)境的破壞程度很大,觸碰了保護(hù)生態(tài)環(huán)保的紅線;另一方面,公路工程建設(shè)過程中,經(jīng)常會產(chǎn)生許多難以直接利用的淤泥土,包含且不限于樁基清渣淤泥土等,這些淤泥土具有高含水量、低強(qiáng)度等特性,以致于無法滿足路基工程填料的要求,因此通常采用廢棄堆放方法,不僅危害環(huán)境,還浪費(fèi)資源。若能將這些廢棄的淤泥土改良,使之成為滿足要求的填土材料,然后用于路基填筑,不僅有助于滿足公路建設(shè)的填土需求,還可以避免由于堆放廢棄淤泥土引起的廢固污染。本研究通過處理改良樁基清渣淤泥土,旨在提供一定的淤泥改良技術(shù)及試驗(yàn)應(yīng)用指導(dǎo)。

        1 試驗(yàn)材料與方法

        1.1試驗(yàn)材料

        1.1.1樁基清渣淤泥土

        選取海南鋪前大橋樁基清出來的淤泥土作為樣品,性能見表1,粒徑分配圖見圖1。

        綜合表1、圖1數(shù)據(jù)可以得出:鋪前大橋樁基清渣淤泥屬于低液限粉質(zhì)黏土,CBR 性能指標(biāo)不滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求。

        表1 樁基清渣淤泥技術(shù)指標(biāo)

        圖1

        1.1.2改良劑

        根據(jù)該淤泥含水量高、力學(xué)性質(zhì)差、不易攪拌與分散等特點(diǎn),優(yōu)選改良劑如下:

        ⑴水泥:42.5普通硅酸鹽水泥。

        ⑵生石灰:CaO+MgO含量≥75%。

        1.2試驗(yàn)方法

        ⑴層鋪+翻鋪法。

        根據(jù)工程施工實(shí)際情況,模擬路拌法工藝在試驗(yàn)室內(nèi)采取層鋪+翻鋪法相結(jié)合的混合技術(shù),具體操作如下:稱取合適質(zhì)量的淤泥土與改良劑,將淤泥土與改良劑均分為兩份,均勻鋪撒一層淤泥土后,在淤泥土上面均勻鋪撒改良劑,然后用鏟子進(jìn)行翻鋪,待混合較充分后,再均勻鋪撒另一層淤泥土與改良劑,再進(jìn)行翻鋪,混合較充分后放置室外進(jìn)行風(fēng)干,見圖2、圖3。

        圖2 室內(nèi)試驗(yàn)

        圖3 室外風(fēng)干

        ⑵擊實(shí)試驗(yàn)。

        參照J(rèn)TGE40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中重型擊實(shí)試驗(yàn)方法。

        ⑶承載力試驗(yàn)。

        參照J(rèn)TGE40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中承載比試驗(yàn)方法。

        2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

        2.1水泥改良淤泥土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

        取水泥摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

        表2 水泥-淤泥改良土最佳含水量和最佳干密度試驗(yàn)結(jié)果

        分析表2可以得出:

        隨著水泥摻量提高,淤泥改良土最佳含水量隨之提高,摻量為0 時,最佳含水量為10.2%,摻量為12%時,最佳含水量為14.6%,整體增幅為43.1%;另外,隨水泥摻量提高,最大干密度不斷降低,摻量為0 時,最大干密度為1.97,摻量為12%時,最大干密度為1.74,整體減小幅度為11.7%。分析原因?yàn)椋核嗉尤胗倌嘀泻?,與淤泥土中的水發(fā)生了水化反應(yīng),土顆粒表面水膜因此變薄,從而導(dǎo)致最大干密度減小,最佳含水量提高。

        2.2生石灰改良淤泥擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

        取生石灰摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

        表3 生石灰-淤泥改良土最佳含水量和最佳干密度試驗(yàn)結(jié)果

        分析表3可以得出:

        隨著生石灰摻量增加,淤泥改良土最佳含水量隨之提高,摻量為0 時,最佳含水量為10.2%,摻量為12%時,最佳含水量為14.3%,整體增幅為40.2%,略小于摻水泥的增幅;另外,隨生石灰摻量增加,最大干密度不斷降低,摻量為0 時,最大干密度為1.97,摻量為12%時,最大干密度為1.77,整體減小幅度為10.2%,略小于摻水泥的減幅。

        3 CBR試驗(yàn)結(jié)果

        取水泥和生石灰摻量為0、3%、6%、9%、12%的淤泥改良土進(jìn)行CBR試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表4、表5。

        表4 水泥-淤泥改良土CBR值試驗(yàn)結(jié)果

        表5 生石灰-淤泥改良土CBR值試驗(yàn)結(jié)果

        分析表4、表5可以得出:

        ⑴隨著水泥摻量的增加,淤泥改良土的CBR 值呈增大趨勢。水泥摻量為0 時,淤泥土92 區(qū)、94 區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為1.1、1.9、3.6,均不滿足二級公路路基施工要求;當(dāng)水泥摻量為3%時,淤泥改良土92 區(qū)、94 區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為5.6、6.2、11.5,其CBR 值強(qiáng)度滿足二級公路路基施工要求;隨著水泥摻量增加為6%、9%、12%,淤泥改良土的CBR 值顯著提高。說明水泥作為淤泥土的改良劑,能較好地改善其強(qiáng)度指標(biāo)。

        ⑵隨著生石灰摻量的增加,淤泥改良土的CBR 值呈增大趨勢。當(dāng)生石灰摻量為3%時,淤泥改良土92區(qū)、94區(qū)、96 區(qū)的CBR 值分別為4.5/5.8/7.6,其CBR 值強(qiáng)度滿足二級公路路基施工要求,隨著生石灰摻量增加為6%、9%、12%,其淤泥改良土的CBR 值顯著提高。說明生石灰作為淤泥土的改良劑,能較好地改善其強(qiáng)度指標(biāo)。

        ⑶對比改良后的CBR 值,可以看出水泥較生石灰改良效果更好。

        ⑷摻入水泥和生石灰后,淤泥改良土的膨脹率有所降低,但改良劑摻量與膨脹率的變化并無明顯規(guī)律,且變化也不明顯,膨脹率在0.12%~1.24%上下浮動,說明改良劑摻量對淤泥改良土的膨脹率影響不大。

        4 SEM微觀結(jié)果分析

        4.1水泥改良淤泥土的影響研究

        水泥作為改良劑的淤泥改良土的SEM 圖見圖4、圖5。

        圖4

        圖5

        從圖4、圖5 我們可以看到纖維狀的鈣礬石花簇及針狀的鈣礬石晶體,也能夠觀察到絮狀C-S-H 膠凝體和大顆粒團(tuán)聚,這是因?yàn)樗嘧鳛楦牧紕┡c淤泥土混合之后,水泥與土中的水發(fā)生了水化反應(yīng),水化產(chǎn)物生成后,有的產(chǎn)生大量纖維狀鈣礬石晶體,纖維狀的晶體向外延伸,在泥土顆粒間隙形成網(wǎng)狀構(gòu)造,進(jìn)一步形成水泥石骨架,有的則與泥土中具有活性的細(xì)顆粒反應(yīng),加強(qiáng)骨架結(jié)構(gòu)。水化產(chǎn)物中生凝膠粒子C-S-H 的比表面積很大,具有強(qiáng)大的表面能,因此,其表面有很大的吸附力,可以吸附較大顆粒土團(tuán),進(jìn)一步團(tuán)聚起來形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),形成堅(jiān)固的結(jié)合體,宏觀表現(xiàn)為淤泥改良土的CBR 值強(qiáng)度提高。此外,水化產(chǎn)物的另一種物質(zhì)Ca(OH)2,會與空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)CaCO3,進(jìn)一步提高淤泥改良土的強(qiáng)度。

        4.2生石灰改良淤泥土的影響研究

        生石灰作為改良劑的淤泥改良土的SEM 圖見圖6、圖7。

        圖6

        圖7

        從圖6、圖7 我們可以看到大量的針片狀Ca(OH)2晶體和膠結(jié)物,這是因?yàn)閷⑸易鳛楦牧紕饺胗倌嗤梁?,在淤泥土中水的作用下,生石灰迅速消解,產(chǎn)生Ca(OH)2和少量Mg(OH)2,并離解出Ca2+,Ca2+和K+和Na+發(fā)生離子交換反應(yīng),使膠體吸附層變薄,降低了電位,從而使黏土的膠體絮凝形成膠結(jié)物,使淤泥土的塑性指數(shù)下降并水穩(wěn)定成型,形成早期強(qiáng)度。其次,Ca(OH)2絕大部分以結(jié)晶水的形式存在,形成(Ca(OH)2·nH20)晶體,此晶體與土粒結(jié)合形成共晶體,進(jìn)一步填充了淤泥土顆粒間的孔隙,將土粒膠結(jié)成一個整體,使改良土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性得到改善。最后,Ca(OH)2會不斷和空氣中的CO2反應(yīng),生成具有較高強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的CaCO3顆粒,進(jìn)一步提高土體的強(qiáng)度。

        5 結(jié)論

        ⑴水泥和生石灰摻量在0~12%范圍內(nèi),隨著改良劑摻量的提高,淤泥改良土的最佳含水量隨之提高,最大干密度隨之降低。

        ⑵水泥和生石灰摻量在0~12%范圍內(nèi),隨改良劑摻量提高,淤泥改良土的CBR 值隨之提高,而膨脹率有所降低但變化無規(guī)律且不明顯,其中,水泥較生石灰改良效果更理想。

        ⑶通過SEM 微觀分析發(fā)現(xiàn):水泥作為改良劑主要通過水化反應(yīng)形成的水泥石起骨架作用,并通過Ca(OH)2的物理、化學(xué)作用來增加土體的強(qiáng)度。

        ⑷生石灰作為改良劑主要通過Ca(OH)2的物理、化學(xué)作用來形成土體的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。

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