消石灰改良淤泥質土在水運工程上的應用研究

杜珊珊（安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

消石灰改良淤泥質土在水運工程上的應用研究

杜珊珊（安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011）

安徽省內河水運工程中往往產生大量的淤泥質土，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，采用摻10%消石灰的方法，能夠降低淤泥質土的含水率，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)育有深厚層淤泥質土，在這些工程中往往產生大量的淤泥質土，特別是挖入式港池和船閘改擴建工程。對這些淤泥質土，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，同時產生環(huán)境污染；另一方面廢棄的淤泥質土需要堆放場所，需要征地費，會對居民的生產和生活產生不良影響。同時水運工程建設中的港區(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。如果將工程建設中產生的淤泥質土經處理改良作為路基、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中所需填料問題，符合經濟、科學發(fā)展和環(huán)保的政策方針。

淤泥質土，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土進行改良固化，其中摻石灰是處理淤泥質土最普遍和經濟的方法。諸多研究證實，不同地區(qū)的石灰改良土，由于淤泥質土在結構和化學組成上的差異，以至于在強度、壓縮性改善程度和特征規(guī)律上會因為淤泥質土天然特性的不同而有所不同。

安徽省內水運工程建設中遇到的淤泥質土，除具有淤泥質土一般特性外，還具有自身的特性。因此現結合巢湖港巢城港區(qū)（一期）工程建設的實際情況，以該地區(qū)的淤泥質土為研究對象，在淤泥質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，為安徽省內港口和水運建設中遇到淤泥質土的改良方案選擇以及相關淤泥質土工程的設計提供科學依據和參考。

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。港口設計年吞吐量290萬t，設計代表船型1000 t級。碼頭設計高水位10.17m，設計低水位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側，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生大量的淤泥質粉質黏土，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，決定采用經消石灰處理后的淤泥質粉質黏土作為新建堤防堤身填料。通過對淤泥質粉質黏土取樣，對其進行各項配比改良，相應開展多項物理力學指標試驗，為摻消石灰量的多少提供理論依據。

3 淤泥質土的物理力學性質

本工程港池區(qū)開挖的淤泥質粉質黏土，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、淤泥質黏土和粉土薄層。經取樣在試驗室按《土工試驗方法標準》（GB/T 50123-1999）對其物理力學性質進行試驗，其主要物理力學性質指標如表1所示。

淤泥質粉質黏土物理力學性質指標表 表1

4 試驗設計與試驗的開展和試驗結果

4.1 試驗設計

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用較廣，但在國內因生產和使用環(huán)節(jié)上尚存在一些障礙，生石灰粉的質量難以保證，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試驗（包括液限、塑限）、壓實制備試樣進行力學性質試驗（包括重型擊實試驗、壓縮試驗和無側限抗壓強度試驗），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；無側限抗壓強度試驗參照《公路工程無機結合料穩(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不符合堤防建成后的實際情況，因此根據本工程特點，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果

4.2.1 素土試驗

選取了4組淤泥質粉質黏土做試驗。首先做淤泥質粉質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。得出的有關試驗試驗數據如表2所示。

4.2.2 摻10%消石灰試驗

采用同樣的4組淤泥質粉質黏土，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。得出的有關試驗試驗數據如表3所示。

4.2.3 摻15%消石灰試驗

采用同樣的4組淤泥質粉質黏土，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。得出的有關試驗試驗數據如表4所示。

淤泥質粉質黏土素土試驗結果 表2

摻入10%消石灰灰土試驗結果 表3

摻入15%消石灰灰土試驗結果 表4

4.2.4 摻 10%消石灰制作不同含水率灰土無側限抗壓強度試驗

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無側限抗壓強度試樣，標準養(yǎng)護7d，測定灰土的無側限抗壓強度，結果是：含水量20%的灰土，無側限抗壓強度為0.37 MPa；含水量25%的灰土，無側限抗壓強度為0.31 MPa。

5 試驗結果分析

5.1 摻灰對淤泥質粉質黏土塑性的影響

摻消石灰后，液限、塑限和塑性指數均提高，但隨著消石灰摻入量提高，塑性指數有下降的趨勢。這與消石灰與水作用產生膠體有關，當摻消石灰量增多時，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土的效果分析

通過以上對比試驗結果發(fā)現，摻消石灰后可使淤泥質粉質黏土的含水率降低，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果：摻石灰改良淤泥質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 語

水運工程產生大量的淤泥質土，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中所需填料問題，是一個經濟、有效的方法。

摻消石灰后可使淤泥質粉質黏土的含水率降低，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、塑限和塑性指數均提高，但隨著消石灰摻入量提高，塑性指數有下降的趨勢。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）工程建設采用了摻10%消石灰的方法改良淤泥質粉質黏土，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)生工程質量問題，港口效益顯著。因此利用低摻填消石灰改良結合晾曬來處理淤泥質粉質黏土是行之有效的方法，值得在水運工程上推廣應用。

［1］陳一新，王保田，等.石灰改良淤泥質土的試驗研究［J］.科學技術與工程，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］.河海大學學報，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］.現代交通技術，2010（4）.

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

［5］趙杰，張俊華，等.山東省河漫灘向淤泥質土處治試驗研究［J］.地質災害與環(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，助理工程師，主要從事交通工程試驗檢測工作。