夏艷波 任睆遐 何振華 鄧新宇 張藝馨

摘要：為了探究不同土壤固化劑對(duì)淤泥土的改良效果，開(kāi)展了一系列室內(nèi)土工試驗(yàn)，探究多種固化劑改良淤泥土的液塑限以及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。研究結(jié)果表明：水泥、石灰、細(xì)砂土以及生物酶均可降低淤泥質(zhì)土的含水率、液限及塑性指數(shù)，并都使固化淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加;通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)砂土改良淤泥質(zhì)土的含水率下降最明顯;水泥與生物酶固化淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最明顯，增幅分別是687.1%和903.9%，而石灰與細(xì)砂土的固化效果不顯著，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增幅只有272.7%和309.5%。

Abstract： In order to explore the effect of different soil hardeners on the improvement of silt， a series of laboratory geotechnical tests were carried out to explore the liquid plastic limit and unconfined compressive strength of various soil hardeners. The results show that： cement， lime， fine sand and biological enzyme can reduce the water content， liquid limit and plasticity index of silt soil， and increase the unconfined compressive strength of solidified silt soil; through comparative analysis， it is found that the water content of improved silt soil with fine sand decreases most obviously; the unconfined compressive strength of cement and biological enzyme solidified silt soil increases most obviously， it is 687.1% and 903.9% respectively， but the curing effect of lime and fine sand is not significant， and the increase of unconfined compressive strength is only 272.7% and 309.5%.

關(guān)鍵詞： 固化劑;淤泥質(zhì)土;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

Key words： curing agent;muddy soil;unconfined compressive strength

中圖分類號(hào)：TU43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）21-0217-02

0? 引言

我國(guó)幅員遼闊，土地資源種類繁多，但是在工程建設(shè)中遇到的不良土質(zhì)也比較多。隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)速度提高，在海濱、湖泊、中小型河流處的工程建設(shè)中所產(chǎn)生的淤泥質(zhì)廢棄軟土的處理問(wèn)題也越來(lái)越值得我們重視。在工程實(shí)際中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄淤泥質(zhì)土。因?yàn)橛倌噘|(zhì)土一般具有含水率較大、有機(jī)質(zhì)含量高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，難以直接應(yīng)用在工程中。如果不能加以利用，則會(huì)造成一定的環(huán)境污染以及資源浪費(fèi)。倘若能對(duì)其進(jìn)行改良固化，用作路基材料，可以使淤泥成為一種再生資源[1-2]，實(shí)現(xiàn)生態(tài)友好型工程。對(duì)于淤泥土已經(jīng)有一些學(xué)者開(kāi)展了許多研究，如徐楊等[3]采用水泥、石灰無(wú)機(jī)固化材料對(duì)淤泥進(jìn)行改良，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨著水泥或石灰的摻量增加而增加，且水泥摻量為 10-20% 范圍比 5-10% 范圍固化土強(qiáng)度增長(zhǎng)速率大，但是造價(jià)會(huì)增加，石灰摻量以9%為最佳摻量。張鐵軍[4]研究了廢棄淤泥填料化的改良方法，研究結(jié)果表明：改良淤泥土的物理特性和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)隨者改良劑的摻量以及養(yǎng)護(hù)齡期的增加而變化，淤泥改良土在28d條件下可以得到較快的提高。桂躍等[5]研究了摻不同比例生石灰的2種不同初始含水率疏浚淤泥土，經(jīng)過(guò)不同時(shí)長(zhǎng)的悶料期，其擊實(shí)試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。張麗華等[6]探討了石灰-粉煤灰改良淤泥土的含水率、液塑限和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：粉煤灰和石灰混合摻入淤泥土可以降低其含水率，改良土的強(qiáng)度顯著提高。由于傳統(tǒng)固化劑存在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量的資源、生產(chǎn)過(guò)程排放污染氣體等環(huán)境問(wèn)題，且石灰、粉煤灰等在處治土壤中容易產(chǎn)生體積收縮，一些新型的土壤固化劑開(kāi)始受廣大學(xué)者青睞。生物酶（TerraZyme）是一種無(wú)毒、無(wú)污染蛋白質(zhì)多酶基產(chǎn)品，可以填充土顆粒之間的無(wú)效空間，減小土顆粒間的間距，提高土體的密實(shí)度和承載力。董輝等[7]研究了生物酶固化劑加固淤泥質(zhì)土的物性指標(biāo)隨時(shí)間變化的規(guī)律，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)及光學(xué)顯微與電鏡掃描發(fā)現(xiàn)泰然酶可以提高淤泥質(zhì)土的內(nèi)摩擦角，E3酶可以增加原土體的粘聚力，從而提高原土體的抗剪強(qiáng)度。何振華[8]等研究了不同摻量的生物酶對(duì)淤泥土的改良效果，試驗(yàn)結(jié)果表明：生物酶最優(yōu)摻量為6%，此時(shí)改良土體的強(qiáng)度最高，改良效果最好。綜上所述，為了探究不同固化劑對(duì)淤泥土的改良效果，本文選用水泥、石灰、砂、生物酶等材料來(lái)改良淤泥土，通過(guò)一系列土工試驗(yàn)，探究它們對(duì)淤泥土的固化效果，為工程建設(shè)提供一定的參考價(jià)值。

1? 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)材料

淤泥質(zhì)土試樣取自長(zhǎng)沙市內(nèi)岳麓區(qū)梅溪湖處的湖泊底部，由于道路拓寬建設(shè)以及城市規(guī)劃需要，對(duì)這一地區(qū)的部分水塘、湖泊進(jìn)行清淤處理，所取的土樣呈棕褐色，帶有刺激性氣味，天然含水率達(dá)60-80%。根據(jù)土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法[9]，測(cè)得淤泥土的基本物理指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。

1.2 多種固化劑

淤泥固化劑采用的水泥是湖南省南方水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)P.O.425;采用的石灰是由湖南省某建材廠生產(chǎn)的生石灰;試驗(yàn)用的砂采用的是細(xì)砂土，含水率為4%;試驗(yàn)采用的生物酶是來(lái)自泰然路通科技有限公司的泰然酶（TerraZyme），顏色呈棕褐色，粘稠狀，無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，而且沒(méi)有污染，易溶于水，是一種新型環(huán)保的非傳統(tǒng)型固化劑。

1.3 試驗(yàn)方案

將取回的淤泥質(zhì)土先取部分測(cè)定其天然含水率，稱取一定量的素土，然后將土樣風(fēng)干、碾碎，并過(guò)0.5mm的土工篩，將土里的草根、雜物清理掉，再對(duì)其進(jìn)行界限含水率試驗(yàn)，得到素土的基本物理力學(xué)指標(biāo)。然后根據(jù)文獻(xiàn)，取水泥摻量為土樣質(zhì)量的5%，石灰與淤泥質(zhì)土的質(zhì)量比為1：20，細(xì)砂土的摻量與淤泥質(zhì)土的質(zhì)量比為1：1，生物酶摻量為淤泥質(zhì)土質(zhì)量的6%，取四份土樣，分別與四種固化劑均勻拌合，每一份土樣取部分土測(cè)量改良后的含水率，其余土樣風(fēng)干后再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制樣與試驗(yàn)。取室內(nèi)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)14d的土樣，分別進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，探究固化淤泥質(zhì)土的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)基本室內(nèi)土工試驗(yàn)，測(cè)得摻不同固化劑改良淤泥質(zhì)土的基本物理力學(xué)性能指標(biāo)，見(jiàn)表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻5%的水泥改良淤泥質(zhì)土后，對(duì)土樣的天然含水率、 最大干密度、最優(yōu)含水率影響不大，但是液限降低了8.95%，塑性指數(shù)降低了13.6% 。水泥固化淤泥質(zhì)土是由于水泥中的熟料與淤泥質(zhì)土中的水分發(fā)生了一系列水化反應(yīng)，產(chǎn)生了水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣與氫氧化鈣等凝膠，可以包裹土粒形成水泥石土塊，從而提高淤泥質(zhì)土的強(qiáng)度。摻石灰固化的淤泥質(zhì)土，其天然含水率降低明顯，下降了8.29%，液限下降了18.99%，塑性指數(shù)降低了17.37%。這是由于生石灰能與淤泥質(zhì)土中的水分反應(yīng)，生成氫氧化鈣（Ca（OH）2），可以消耗掉一部分水;并且該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，也能蒸發(fā)掉部分水分。摻細(xì)砂土的淤泥質(zhì)土，固化后含水率顯著降低，減少了46.19%，液限下降了56.3%，塑性指數(shù)降低了63%，最大干密度為原始土樣的1.12倍。細(xì)砂土對(duì)淤泥質(zhì)土的固化沒(méi)有化學(xué)作用，主要是由于細(xì)砂土自身較好的材料性能來(lái)改善淤泥質(zhì)土較差的物理性能;同時(shí)這也是一種互補(bǔ)，由于砂表面光滑，無(wú)黏聚性，在無(wú)側(cè)限狀態(tài)下易松散，但是淤泥土具有一定的黏性，兩者拌合在一起，能夠起到強(qiáng)化作用。生物酶改良淤泥質(zhì)土，含水率下降了19.1%，液限下降顯著，降幅達(dá)到38.42%，塑性指數(shù)下降了30.52%，最優(yōu)含水率下降了6%。生物酶改良土是通過(guò)它的化學(xué)作用產(chǎn)生反應(yīng)酶，這種酶可以通過(guò)離子置換作用被粘土吸附，從而使土粒吸附水的能力減弱，親水性降低，且土粒吸水膨脹的傾向得到削弱，可以形成防水土層，對(duì)水產(chǎn)生屏蔽作用。

測(cè)得改良淤泥質(zhì)土的基本物理力學(xué)性質(zhì)后，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到養(yǎng)護(hù)14d的不同固化淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（UCS），其中編號(hào)A為水泥固化土樣，編號(hào)B為石灰固化土樣，編號(hào)C為細(xì)砂土固化土樣，編號(hào)D為生物酶固化土樣，E為原始淤泥質(zhì)土樣。結(jié)果見(jiàn)表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明：養(yǎng)護(hù)14d后，水泥摻量為5%時(shí)的固化淤泥質(zhì)土，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到280.2kPa，是原土樣的687.1%;石灰改良淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為原淤泥質(zhì)土的272.7%，相比水泥的固化效果較差;細(xì)砂土固化淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為145.8kPa，增幅達(dá)到309.5%;生物酶改良淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高，為357.4kPa，相比未改良土樣，強(qiáng)度增長(zhǎng)了903.9%，故可以看出生物酶固化效果最明顯。以上四種固化劑都對(duì)淤泥質(zhì)土有一定的改良效果，其中水泥和生物酶對(duì)淤泥質(zhì)土的改良效果最好。但是水泥的生產(chǎn)以及使用，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的污染，當(dāng)改良土樣較多時(shí)，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高;而生物酶的來(lái)源是植物，首先對(duì)環(huán)境無(wú)污染，并且在一定程度上，改良效果顯著，經(jīng)濟(jì)成本較低，是合適的新型土壤固化劑。石灰和細(xì)砂土作為單一固化劑時(shí)，雖然有一定的效果，但是其改良后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度還達(dá)不到工程實(shí)際的要求。

2? 結(jié)論

①水泥、石灰、細(xì)砂土以及生物酶對(duì)淤泥質(zhì)土都有固化效果，其中細(xì)砂土改良淤泥質(zhì)土能明顯降低淤泥質(zhì)土的含水率，降幅可達(dá)到46.19%，塑性指數(shù)降低了63%;生物酶改良淤泥質(zhì)土的液限和塑性指數(shù)的降幅分別是38.42%和30.52%。②養(yǎng)護(hù)14d后，得到不同改良淤泥質(zhì)土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其中生物酶的固化效果最好，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是原土樣的903.9%;水泥改良的效果稍低于生物酶，強(qiáng)度增幅是687.1%，石灰和細(xì)砂土的改良強(qiáng)度分別是原土樣的272.7%和309.5%。

本文只探討了養(yǎng)護(hù)14d的土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，還可以進(jìn)一步研究養(yǎng)護(hù)時(shí)間與不同固化劑對(duì)淤泥質(zhì)土改良效果。

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