淤泥固化土技术在市政道路软土地基中的应用

白思齐

(山西裕欧优建设工程有限公司，山西 太原 030000)

市政道路是城市的“脉络”，可促进经济、科技多方面的发展。市政道路建设中可能遇到含水量高、稳定性差等特殊地质条件，易对市政道路建设质量产生负面影响，例如淤泥路段可能因受力不均、受力过重而沉降或偏移。出于工程质量考虑和交通安全考虑，需要探讨应对策略。淤泥固化土技术属于市政道路软土地基处理中的重要技术手段，对此项技术的原理、施工要点、应用方法等进行探讨具有现实意义。

1 淤泥固化土技术的原理及优势

1.1 淤泥固化土技术的原理

根据淤泥特性掺入固化剂，两者混合后发生物理、化学反应，松散的土颗粒由反应产生的胶凝性水化物胶结至一体，逐步形成结构完整并具有较高强度的整体。针对淤泥及其它软土进行淤泥固化处理后，固化土的含水量、孔隙比均降低，强度、稳定性提高，软基的整体性质得到改善，同时固化土的透水系数低，可避免因有害物质溶出而引起污染。

1.2 淤泥固化土技术的应用优势

1)适用性强：在市政道路、填海等工程中均具有可行性；2)应用效果良好：可有效解决路基含水量偏高、强度偏低、变形等问题；3)便捷高效：淤泥固化土技术的应用工序较少，可快速完成软基固化作业，缩短软基处理时间；4)节约环保：向淤泥中掺入固化剂后，形成的凝结硬化壳可抑制污染物质的活性，避免严重的污染问题。同时，将废石膏、粉煤灰等作为辅助固化材料进行使用后，在保证淤泥固化效果的同时还可发挥出工业废料的利用价值，缓解工业废料处理难度大、污染环境等问题。于市政道路工程自身而言，可保证地基的稳定性以及降低地基改良的成本[1]。

2 淤泥物理力学性质指标在固化前后的对比分析

以某市政道路为例，从施工场地的淤泥中取样，组织土工试验，测定在原始状态下的物理力学性质指标，具体指标及检测结果如表1所示。

表1 固化前淤泥的物理力学性质指标

根据淤泥天然含水率高、孔隙比大等特点，按照水泥15%～25%、矿粉40%～50%、粉煤灰15%～20%、石灰10%～17%、石膏2.5%～5.0%、木质素0.1%～0.3%、激发剂0.5%～1.0%(均为质量比例)的用量制备固化剂，掺入至淤泥中做固化处理，再次检验各项物理力学性质指标，结果如表2所示。

表2 固化后淤泥的物理力学性质指标

对比分析表1、表2可知：淤泥固化后，含水率、孔隙比、饱和度、液性指数、压缩系数均降低，黏聚力、内摩擦角增加，淤泥由流塑状态变为可塑或坚硬状态，抗剪强度提高。通过固化材料的应用，将优化土体颗粒的排列形式，土体颗粒分布更加紧密，固化剂和淤泥组成的整体结构稳定可靠，能够为市政道路工程的建设打下坚实的基础。

3 淤泥固化土技术在市政道路软土地基中的应用

3.1 工程概况

某地区部分市政道路经长期使用后出现严重沉降，稳定性降低，车辆行驶时的颠簸感增强，并对其与周边地块出入口的平顺衔接产生影响。从该地区选取3条市政道路进行检查，结果显示路面标高均发生变化，道路存在明显的沉降。

3.2 道路土质特性分析

1)土壤的透水性差，分布有机质层，渗透层粘附大量气泡；2)土壤的含水量高，且由于颗粒层和粉尘的存在，将持续吸收周边的水分子，致使土壤的含水量进一步提高；3)软土地基具有流变性，对车辆荷载及其它外力的抵抗能力有限，可能由于受力过强而产生剪切力，致使软基形态发生变化；4)压缩性高，稳定性不足[2]。

3.3 试验材料及方法

3.3.1 底泥

从市政道路的淤泥中随机取样，测定主要的技术指标，结果如下：1)粒径小于0.005mm、0.005～0.05mm、超过0.05mm的颗粒分别占32.68%、64.28%、3.04%；2)含水率59.25%；3)pH值6.99；4)有机质含量6.18%。

3.3.2 固化剂

水泥基固化剂，原因在于此类固化剂在黏土类土壤的固化中具有可行性，可大幅提高土壤的承载性能。向淤泥样品中掺入水泥基固化剂，测定淤泥在固化后的含水率、强度、承载比等物理力学性质指标，验证固化剂的可行性。研究发现，向淤泥中掺入水泥基固化剂后，将发生碳酸化、絮凝、火山灰反应，淤泥的强度在经过一系列反应后显著提高。

3.3.3 测定指标及方法

1)颗粒粒径：采用Mastersize-2000型马尔文激光粒度仪测定；2)含水率：采用烘箱和天平测定；3)有机质含量：采用马弗炉测定；4)pH值：采用便携式pH计测定；5)承载比：按照CBR值的测定方法进行；6)压实度：采用标准击实仪测定；7)无侧限抗压强度：采用应变控制式无侧限压缩仪测定。

3.3.4 测定结果及分析

1)在测定淤泥固化土的最佳含水率及最大干密度时，先用风干法将含水率调节至最佳含水率的两侧分布，再做击实试验，按试验结果绘制击实曲线，进行最佳含水率及最大干密度的分析。本次试验共取3组淤泥土样，实测最佳含水率分别为19.6%、17.7%、15.6%，最大干密度分别为1.88g/cm3、1.85g/cm3、1.79g/cm3。

2)经过试验检测后，按照各组土样的最佳含水率和最大干密度初步估算湿土数量，分别考虑5%、10%、15%、20%的湿土数量，确定各自的固化剂用量，向淤泥土样中掺入不同比例的固化剂后进行拌和，分三层置于试模内，每置入一层后安排拉毛作业，逐层击实。试件制备结束后，静置24h再脱模，于标准养护室内养护，检测前1d浸水，检测前将浸水试件的表面水分擦干，用万能试验机以1mm/min的加荷速度测定各组试件的抗压强度。结果表明，三组试件的无侧限抗压强度均随着固化剂掺量的增加、龄期的延长而提高，各组试件的强度增长规律类似，表明固化剂对淤泥强度的提高有促进作用。

3)由于各组样品的无侧限抗压强度检测结果均高度相近，为精简工作量，在承载比试验时仅考虑其中的一组即可，试验结果为：固化剂添加量为5%、10%、15%、20%时，3d龄期的承载比(CBR值)分别为0.77%、1.46%、2.29%、2.86%，7d龄期的承载比分别为0.86%、1.91%、2.43%、3.29%，14d龄期的承载比分别为1.10%、2.43%、2.71%、3.71%，21d龄期的承载比分别为1.10%、2.43%、2.86%、4.29%。

从无侧限抗压强度试验检测结果来看，在相同固化剂掺量的条件下，承载比随着龄期的延长而升高；龄期相同时，固化剂材料增加则对应的承载比升高。按5%的添加量应用固化剂时，固化土的承载比未达到路基承载比的要求，将掺量增加至10%以上时，承载比达标。若以10%的固化剂掺量进行淤泥固化作业，为确保承载比的合理性，需要连续养护至少14d，此龄期或更长龄期的承载比才可满足要求[3-4]。

3.4 固化剂掺量的确定

市政道路路基施工中，抗压强度、承载比等均是重要的质量控制指标，在施工期间需加强对关键指标的检测与控制，但规范对路基淤泥固化的要求不够细致，且施工单位的软土路基淤泥固化施工经验相对有限，容易出现淤泥固化效果差的情况。出于质量考虑，需要严格控制施工质量。结合前述提及的试验结果及分析结论可知，在掺入固化剂后可以改善软土路基强度、压实度、承载比不足的状况，因此将试验确定的淤泥固化土技术用于路基淤泥的改良中是可行的方案，但为全面保障路基淤泥固化效果，固化剂的掺量宜取试验中的最高值，即20%，按照此用量要求进行淤泥固化作业后，将大幅提高软土路基的抗压强度、承载比等性能[5]。

3.5 淤泥固化土施工方法

3.5.1 施工流程

下承层准备→测量放样→包边土施工→卸土→撒固化剂→拌和→摊铺→碾压→顶面封层。

3.5.2 关键施工内容

1)下承层准备。全面清理下承层的杂物，使下承层保持干净；检测各点的坐标，判断是否达到设计要求；检验下承层的平整度、高程、压实度。

2)整平。反铲挖掘机、自卸车联合作业，进行现场整平。反铲挖掘机负责淤泥开挖，自卸车及时装载开挖的淤泥进行运输，卸载至指定区域后，按初平、精平、局部整平的流程进行施工，保证卸载淤泥土的平整性，再用压路机轻压2遍，使淤泥土初步密实。

3)撒布固化剂。撒布前，先计算1袋固化剂可撒布的面积，向待撒布的土基表面用石灰撒方格网，按照方格网依次将各袋固化剂撒布到位。撒布后，由人工用刮板刮平，使固化剂粉均匀分布。撒布过程中，固化剂的包装袋应及时进行回收，禁止随意丢弃，以免引起环境污染。

4)拌和。淤泥和固化剂的拌和用专门的拌和机进行，为使上下层稳定黏结，拌和深度宜深入至下层5～10mm。重复拌和4遍，拌和过程中及时测定混合料的实际含水量，要求实测值与试验确定的最佳含水量的偏差始终在±2%以内。

5)摊铺终平。淤泥和固化剂拌和均匀后，用推土机将其摊铺至初平，用平地机整形以保证路拱的施工质量达标，用压路机静压1遍，通过外力作用使淤泥固化土具有一定的密实性，以显现出淤泥固化土的不平整部位，再根据实际状况由平地机和人工终平。需注意的是，压路机静压时宜快速通过，若过慢将由于压实作用过强而导致淤泥固化土固结，加大局部修整的难度。

6)碾压。通过振动压路机对淤泥固化土进行初始碾压，铺筑2层后用冲击压路机碾压，提高路基的整体压实度。淤泥固化土的碾压有振动碾压、冲击碾压两种方法可供选择，其中振动碾压从路基外侧开始向内侧进行，碾压遍数为6～8遍，单层碾压，层厚25cm，纵向搭接宽度不少于2m，轮迹重叠量为轮宽的1/2；冲击碾压顺序是先两边、后中间，碾压遍数为20遍，双层碾压，单层厚度25cm，总碾压厚度50cm，纵向搭接宽度30～50cm，轮迹重叠量为轮宽的1/4。

7)质量检验。经过淤泥固化土摊铺、整平、碾压后，进行厚度、压实度、强度的检验，评价淤泥固化土的施工效果。以压实度的检验为例，可选择的方法包含核子密度仪法、环刀法、灌砂法，条件允许时优先应用核子密度仪法进行检测，以获得更加准确的压实度检测结果。在确认软土路基的各项质量检验指标均达到要求后，方可施工下一层，以此类推。

8)顶面封层。全面结束软土地基的淤泥固化土施工作业并且质量检验无误后，用黏土进行顶面封层。封层厚度40cm，材料采用8%石灰土或二灰土。顶面封层后，起到如下效果：通过顶面封层结构的设置，防止路基与路面间分布软弱夹层，保证路基整体的强度；封层结构具有防护路基的作用，以免因水的渗入而导致路基受损、失稳。对于淤泥固化土施工后无法随即封层的情况，应对淤泥固化土进行养护，并在后续尽快组织顶面封层作业[6]。

3.6 淤泥固化土施工的控制措施

淤泥固化土的施工细节多，施工条件复杂，为取得良好的软土地基淤泥固化效果，需要在施工期间采取全流程控制措施，主要内容如下。

1)淤泥固化前进行现场勘察，确定淤泥的分布范围，用挖掘机挖松淤泥并进行破碎搅拌，使淤泥中土团粒粒径不大于20mm，土粒均匀分布。对于含水率明显偏高的淤泥，以绞吸的方法预处理，在淤泥含水率不大于50%～60%后才具备淤泥固化土施工条件。

2)固化剂的掺量根据试验检测结果而定，综合考虑淤泥特性、固化剂特性，参考类似工程的淤泥固化土施工经验，初步设定多种固化剂掺量，对比分析不同固化剂掺量对应样品的强度、承载比等性能指标，选择综合应用效果最佳的一组，将其固化剂掺量作为正式施工时的控制基准。

3)向经过含水率调控后的淤泥中均匀撒布固化剂，进行机械拌和，保证固化剂均匀分布在淤泥中。在大量添加固化剂前，先试搅拌，确认淤泥固化土的综合性能良好后可正式掺入固化剂，做充分的搅拌。

4)淤泥和固化剂搅拌至均匀状态后，先闷料，再摊铺整平。

5)及时测定淤泥固化土的厚度、平整度，若无误则用压路机碾压淤泥固化土路基。分层有序碾压，每结束一层固化土的碾压后，随即覆盖薄膜进行养护。对于淤泥固化土路基局部不平整、不密实的部位，做加强处理。对淤泥固化土地基做振动碾压或冲击碾压时，施工人员根据碾压方法的不同控制碾压遍数、碾压厚度、碾压重叠量等关键参数。

4 淤泥固化土路基的性能指标分析

4.1 弯沉值和层底拉应力分析

土基回弹模量不低于20MPa，否则不达标。具体至本市政道路工程中，施工现场以软土地基居多，原始状态下的实测回弹模量仅为5MPa左右，未达到要求。从现场条件出发，进行多次技术实践验证，最终确定如下可提高软基回弹模量的方法：将换填碎石土或固化土的50cm综合在土基内，现场软土地基的性质将由于该部分土层的加入而得到改善，其余厚度碎石土或固化土作为结构层垫层材料计算，最终确保改良后的软土地基的弹性模量达到20MPa或更高。由于弹性模量的合理性，可在此基础上进行路面结构计算。

为评价淤泥固化土技术在软土地基改良中的应用效果，引入路表弯沉、层底拉应力指标，并将其与传统的碎石土换填浅层软土施工技术进行对比分析；在考虑质量可靠性的同时，还对不同方案的造价进行对比，以评价各方案的综合应用效果。对比分析的指标及具体结果，如表3所示。

表3 不同软基改良方案的多指标对比

根据表3可知：在实现相同路表弯沉指标控制目标的前提下，适当减薄换填土层的厚度，基层和面层的厚度维持不变，或设置大厚度的固化土层也能够起到相同的效果，避免水泥稳定碎石基层过厚的问题；方案2、方案3的造价明显低于方案1，表明采用固化土方案的成本较低，可在保证软基改良效果的同时降低成本，相较于碎石土换填地基的方案更具可行性。

4.2 边坡稳定性分析

根据淤泥和淤泥质土的检验结果可知，土体呈流动或流塑状，含水量w高，液性指数IL大，内摩擦角φ和黏聚力c小。以淤泥固化土技术进行处理后，与原始状态下的淤泥和淤泥质土进行对比分析，结果表明淤泥固化后的土体呈硬塑或坚硬状态，液性指数IL降低，内摩擦角和黏聚力c升高，路基的各项性能指标均得到改善，淤泥固化后的路基具有更高的稳定性。

路堤边坡高度≤20m时，严格控制边坡坡度，以保证边坡的稳定性，边坡以细、中粒土居多时坡度不陡于1∶1.5，以巨粒土居多时坡度不陡于1∶1.3，在检验淤泥固化土技术的应用效果时，以1∶1.5、1∶1的边坡坡率进行分析，结果显示边坡坡率为1∶1.5、1∶1时的最不利滑动面的安全系数K分别为2.261、2.230，均超过[K]=1.2～1.4，表明无论是细、中粒土还是巨粒土，固化处理后的路堤边坡均具有稳定性。

5 结语

综上所述，市政道路建设中常遇到软土路基，淤泥属于其中的常见组成部分，对路基的稳定性不利。淤泥固化土技术可用于软土地基处理中，经过固化剂与淤泥混合、摊铺、碾压等工序后，有效解决软土地基含水率高、强度低等问题。经过本文的分析后认为，施工单位在应用淤泥固化土技术时应注重固化剂用量的控制、施工规范性、全流程质量管控、质量检验等工作内容，以充分发挥出淤泥固化土技术的应用优势，并在施工后进行弯沉值、层底拉应力、边坡稳定性等指标的对比分析，强化质量控制，最终全面保证淤泥固化土技术在软土地基中的应用效果。