淤泥质土改良后路用性能的研究

侯凤健

（山东交通学院，山东 济南 250032）

1 引言

随着环境综合治理体系的提出，河道的治淤越来越受到重视。通过对河道淤泥性能指标的研究，发现淤泥质土具有高含水率、高孔隙率、低强度的特点[1，2]。目前，淤泥质土的治理主要集中在三方面，一是采用传统方式直接将淤泥质土挖出，就近堆放晾晒[3，4]，但此方法会造成土地的占用和污染；二是通过物理或化学方法进行河底固化处理，固化后的淤泥继续充当河床的一部分，但河底淤泥固化过程操作难度大，固化后会对河道造成二次污染；三是将淤泥挖出后掺加无机结合料进行改良，用作路基工程的建设[5-7]。国内外对掺加无机结合料进行淤泥质土的改良研究较多，但都局限在单一或是两种组合的改良材料中，改良材料多为水泥、石灰、粉煤灰[8-10]，且只研究应用于路面单一结构层中的性能。本文在现有研究成果的基础上，采用正交试验方法，通过室内试验研究掺加不同掺量钢渣或水泥后，改良的淤泥质土应用于公路路基和路面基层的路用性能，并提出钢渣或水泥的最佳掺量，作为工程参考。

2 试验方案

2.1 试验原材料

为了更好地研究改良后淤泥质土应用于公路路基和路面基层的路用性能，综合考虑《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610-2019）和《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中对所选水泥、石灰、粉煤灰及钢渣粉的技术要求，本次水泥选用P·O 42.5 的普通硅酸盐水泥，石灰选用磨细的Ⅱ类钙质生石灰粉，粉煤灰选用硅铝粉煤灰，钢渣选用破碎后堆存超过半年的钢渣，水选用生活饮用水，淤泥选用某湖泊湖底开挖的淤泥质土。各项性能指标见表1～表6。

表1 水泥性能指标检测结果

表2 Ⅱ类钙质生石灰粉性能指标检测结果

表3 粉煤灰性能指标检测结果

表4 钢渣性能指标检测结果

表5 钢渣颗粒组成检测结果

表6 淤泥质土性能指标检测结果

由表1～表5可知，水泥、石灰、粉煤灰及钢渣粉的各项性能指标均符合《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610-2019）和《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中相应的技术要求。其中，水泥还满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）的技术要求，钢渣还满足《道路用钢渣》（GB/T 25824-2010）中石灰粉煤灰稳定钢渣混合料用于基层悬浮密实型的技术要求。

由表6及《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）可知，该淤泥质土为低液限黏土。

2.2 试验方案的选取

当粉煤灰和生石灰（以下简称“二灰”）外掺分别为15%和10%混合后对淤泥质土的加固效果明显[8]。基于该外掺掺配比例，分别加入20%、30%和40%的钢渣，以及分别加入4%、6%和8%的水泥，研究改良后淤泥质土性能的变化，以A～G 对7 种不同掺配比例的改良混合料依次编号，掺配比例见表7。

表7 各种掺配比例（%）汇总表

3 性能研究

3.1 室内击实试验

为了保证路基及基层材料的强度、不透水性及强度稳定性，减少因压实不足导致的裂缝、沉陷和水损害等病害的发生，工程中常采用室内击实试验进行最大干密度和最佳含水量的测定，以保证压实效果，依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中T 0804-1994，选用甲法进行试样的制备及击实。试验结果见表8。

表8 最大干密度和最佳含水量试验结果

由表8 可以得出，相比淤泥质土，当加入10%石灰粉和15%粉煤灰（编号A）后，最佳含水量增加1.2%，最大干密度减小0.112g/cm3。这是由于石灰粉和粉煤灰加入后与水发生一系列的反应，需要消耗大量的水分，使得最佳含水量增加；但是水分的增加，使得内部颗粒之间的摩擦力增加，击实难度增加，最大干密度减小。

当掺入钢渣后，随着钢渣掺量的增加，最大干密度逐渐增大，最佳含水量却呈减小趋势，当钢渣掺量为20%（编号B）、30%（编号C）和40%（编号D）时，相较于仅加入10%石灰粉和15%粉煤灰（编号A），最大干密度分别增长9.2%、12.3%和13.4%，最佳含水量却以0.5%～1.0%的趋势减少。这是由于钢渣属于粒径较大的粗骨料，密度大，使得干密度增加，且颗粒间分子引力小而使其结合水厚度小，结合力差，亲水性小[1]。

当掺入水泥后，随着水泥掺量的增加，最大干密度和最佳含水量均增长，当水泥掺量为4%（编号E）、6%（编号F）和8%（编号G）时，相较于仅加入10%石灰粉和15%粉煤灰（编号A），最大干密度分别增长4.0%、6.0%和7.9%，最佳含水量分别增加0.2%、0.5%和0.8%。水泥发生水化反应，需要吸收部分水，使得最佳含水量增加，水泥中的游离钙与淤泥中的SiO2和Al2O3发生化学反应，生成结晶物质，使得最大干密度增大。

3.2 室内承载比（CBR）试验

工程中常用室内承载比（CBR）试验反映路基材料的承载能力，《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610-2019）中对路基填料的最小承载比做了明确的技术要求，依据《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）中T 0134-2019的试验方法，采用表8中测定的最大干密度和最佳含水量成型CBR试件，泡水4d后对淤泥质土及改良后的混合料进行承载比试验，试验结果见表9。

表9 CBR试验结果

由表9 可以得出，淤泥质土中加入二灰（编号A）后，CBR值较淤泥质土增加5.8%。这是由于石灰、粉煤灰与淤泥质土之间发生了离子交换，产生了提高土体坚固性和强度的钙物质，使得CBR值增大。

二灰改良淤泥质土（编号A）后再加入钢渣，使得CBR值明显提高，当钢渣掺量为20%（编号B）、30%（编号C）及40%（编号D）时，与二灰改良淤泥质土（编号A）相比，CBR 值分别增加29.1%、44.0%及58.4%，原因是加入钢渣后，钢渣与土颗粒之间的空隙变小，土体更加密实，CBR值增大。

随着二灰改良淤泥质土中加入水泥（编号E、F、G），CBR值也在逐渐增大，说明水泥掺量对改良后淤泥质土的CBR有积极作用。

3.3 无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度是无机结合料稳定材料配合比设计以及现场施工质量检测的主要参数。《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中对不同无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度作了技术要求，依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中T 0805-1994 的试验方法，进行养生龄期分别为7d、14d和28d的无侧限抗压强度试验，试验结果见表10。

表10 无侧限抗压强度试验结果

由表10 可以得出，对于淤泥质土，不管是加入二灰，还是在二灰的基础上掺加钢渣或水泥，都能明显提高淤泥质土的无侧限抗压强度。

淤泥质土中仅加入二灰（编号A），7d 无侧限抗压强度就可满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中对石灰粉煤灰稳定材料底基层的技术要求；在二灰稳定淤泥质土的基础上，掺加6%的水泥（编号F），7d 无侧限抗压强度可满足规范中对水泥粉煤灰稳定材料底基层的技术要求。

掺入20%钢渣（编号B）与掺入6%水泥（编号F）的混合料7d 无侧限抗压强度数值相同，但掺入钢渣的混合料较掺入水泥的混合料14d和28d的强度增长更快。

随钢渣掺量的增加，7d、14d和28d的无侧限抗压强度均出现增长的趋势，当养护7d 时，30%的掺量（编号C）较20%的掺量（编号B）增长24.1%，40%的掺量（编号D）较30%的掺量（编号C）增长16.7%；当养护14d 时，30%的掺量较20%的掺量增长21.4%，40%的掺量较30%的掺量增长5.9%；当养护28d 时，30%的掺量较20%的掺量增长23.8%，40%的掺量较30%的掺量增长3.8%，从经济和强度的增长趋势考虑，钢渣的掺量应综合考虑经济和强度的增长趋势。

随着水泥掺量的增加（编号E、F、G），无侧限抗压强度出现先上升后下降的趋势，说明存在最佳水泥掺量。

4 结语

①对于淤泥质土，不管是仅加入二灰，还是在二灰的基础上掺加钢渣或水泥，都能满足《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610-2019）中对各种公路路基所有部位所用填料最小承载比的技术要求，施工中要根据实际CBR设计值进行选用。

②对于二灰改良淤泥质土，掺加钢渣或水泥均能很大程度提高无侧限抗压强度，根据基层或底基层的施工需要选择合适的掺配比例，考虑经济性和强度增长趋势，钢渣掺量宜控制在30%，水泥掺量应不超过6%。