趙麗君 ，朱 挻 ，劉 澤 ，何 礬 ，李 洪

1.紹興市城投再生資源有限公司，浙江 紹興 312000

2.紹興市城市建設投資集團有限公司，浙江 紹興 312000

3.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201

隨著城市化進程的加快，城建工程中產生的渣土數(shù)量驚人。工程渣土一方面侵占了城市用地，影響了城市景觀，另一方面會給環(huán)境帶來污染和安全隱患。但工程渣土作為一種重要的土方資源，經(jīng)一定處理后可具有強度高、穩(wěn)定性好等特性，因此，將工程渣土改良后作路基填料勢必帶來巨大的技術經(jīng)濟和環(huán)保效益，對促進城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[1-2]。

目前，國內外學者針對改良土進行了大量的研究，取得了豐富的研究成果。王春陽[3]研究了石灰改良軟土力學特性，以及凍融條件下含水率、顆粒粒徑和養(yǎng)護方式對石灰改良軟土抗剪強度的影響規(guī)律。鄔瑞光等[4]分析了石灰土的無側限抗壓強度隨石灰劑量、齡期的增長規(guī)律。查甫生等[5]探究了粉煤灰、石灰-粉煤灰摻合物對膨脹土的基本工程性質指標、擊實特性、脹縮性以及無側限抗壓強度的影響特征，發(fā)現(xiàn)摻粉煤灰改良可有效降低膨脹土的脹縮性，且土的力學強度指標都有了較大幅度的提高。楊廣慶[6]研究了水泥改良土的臨界動應力、累積塑性變形、彈性變形和回彈模量的變化規(guī)律及影響因素。

文章以紹興工程渣土為研究對象，在獲得其基本物理力學特性的基礎上，分別采用石灰、水泥以及石灰+水泥三種固化劑，開展改良工程渣土的擊實試驗、承載比試驗以及無側限抗壓強度試驗，促進工程渣土處理的路用資源化。

1 原狀土基本參數(shù)與改良方法

在紹興市越城區(qū)城南大道某段施工現(xiàn)場抓取部分土樣，運送至土工實驗室進行測試，以《公路土工試驗規(guī)程》（JTG 3430—2020）為依據(jù)，獲得土樣的基本物理力學參數(shù)，如表1所示。該土樣的液限較高，塑限較低，具有吸水膨脹、失水皺縮的性質，判定為高液限淤泥質黏土，且塑性指數(shù)大于26，不能直接作為路用填料，需要改良處理。另外，原狀土的CBR值為5.6，根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015），用于高速公路和一、二級公路的路床填料不滿足最低承載比要求，且采用細粒土填筑路基時，可能會出現(xiàn)填料遇水時毛細現(xiàn)象嚴重等問題。

表1 原狀淤泥質黏土的基本物理力學參數(shù)

以石灰、水泥以及石灰聯(lián)合水泥作為改良劑，石灰采用三級灰、水泥采用普通硅酸鹽水泥（P·O32.5），對原狀淤泥質黏土進行改良，完成固化劑摻量分別為2%、4%、6%、8%、10%的改良土擊實試驗、承載比試驗以及無側限抗壓試驗，分析比較不同固化劑、不同摻量下淤泥質黏土的力學特性，從而為該地區(qū)的土體改良提供基本依據(jù)。

2 擊實特性分析

（1）淤泥質黏土樣的素土和不同石灰摻量下干密度隨含水量變化的規(guī)律如圖1所示?？梢钥闯觯赝恋淖畲蟾擅芏茸畲?，而混合料的最大干密度隨摻入料含量的增加而減少，2%改良石灰土對應的最大干密度為1.82g/cm3，而10%改良石灰土對應的最大干密度下降到1.68g/cm3。最佳含水量隨摻入料含量的增加而減少，2%改良石灰土的最佳含水量為20.55%，而10%改良石灰土的最佳含水量為15.52%。

圖1 石灰改良淤泥質黏土擊實曲線

分析原因認為，試驗過程中將石灰與土拌和，淤泥質黏土中細小顆粒占比較大，顆粒的絮凝和絮聚使土結構即刻發(fā)生變化，細小的黏土顆粒就形成了粗顆粒狀的較大顆粒，增大了顆粒間的摩阻力和空隙，這種變化影響了土的壓實性能，土的最大干密度減小。石灰與土的水化反應消耗掉了土中的一部分水分，而石灰的摻量越大，放熱反應需要消耗的水分越多，從而得到的含水量就越小。

但是，改良石灰淤泥質黏土的最大干密度并不是成比例減小的，當摻灰量在8%～10%范圍時，最大干密度的減少量呈停滯狀態(tài)，這一特點反映出合理含灰率的確定必須以系統(tǒng)試驗資料為基礎，盲目地增加或減少石灰的含量，不一定能達到最佳的工程效果。

（2）淤泥質黏土在不同水泥摻量下的擊實曲線如圖2所示，可得淤泥質黏土的最大干密度隨水泥摻量的增加而減小，與石灰改良的情況一致，并且同等摻量下水泥的最大干密度比石灰大。淤泥質黏土的最佳含水量呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，過多摻量的水泥可能會抑制水泥與土發(fā)生的反應，且同等摻量下水泥改良的對應的最佳含水量比石灰小，說明水泥的水化反應需水量比石灰小。

圖2 水泥改良淤泥質黏土擊實曲線

（3）淤泥質黏土在石灰+水泥改良下干密度隨含水量的變化如圖3所示，可得淤泥質黏土的最大干密度隨二灰摻量的增加而減小，而最佳含水量的變化無明顯的規(guī)律。對比圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，同等改良劑摻量下，二灰改良后土體的最大干密度以及最佳含水量比單一石灰改良或單一水泥改良更小，說明石灰+水泥聯(lián)合改良淤泥質渣土易形成更多的膠結體，使土樣更難以被擊實。

圖3 石灰+水泥改良淤泥質黏土擊實曲線

3 承載比特性分析

（1）淤泥質黏土改良土。淤泥質黏土改良后的承載比曲線如圖4所示。由圖4可以看出，不同改良固化劑下，隨著摻量的增加，CBR值也隨之增大。石灰改良在摻量為2%時CBR值稍小于水泥改良；在摻量為6%左右時，石灰改良CBR值有明顯的增大，大于同等摻量下水泥改良淤泥質黏土；摻量為8%之后，石灰改良CBR值反而減小，且小于同等摻量下水泥改良淤泥質黏土。通過對試驗的分析認為，少量石灰加入土中，石灰與土發(fā)生反應，對土起到了穩(wěn)定的作用，能較好地提高土的承載比；而過量的石灰與土中的水反應生成大量的Ca(OH)2吸附在土粒的周圍，從而抑制了土粒之間的聯(lián)結作用，破壞了土的整體性，從而導致CBR值減小。因此，淤泥質黏土采用石灰改良時應通過試驗合理地確定石灰摻量，達到良好的工程性能，同時節(jié)約資源。

圖4 改良淤泥質黏土的CBR曲線

水泥改良下淤泥質黏土的CBR值隨著水泥摻量的增加基本呈線性增加，而摻量達到6%之后CBR值增加的趨勢還是略有放緩，但仍在上升，說明對于1#淤泥質黏土，水泥摻量達到一定程度后改良效果也會稍有減弱，這與石灰改良是一致的。對于石灰+水泥聯(lián)合改良淤泥質黏土，總摻量在6%時改良效果最好，總摻量為8%時，CBR值同樣下降，但下降的增量較單一石灰改良時小，這是由兩種改良劑的共同作用導致的。同時，總摻量不變時，石灰+水泥改良的淤泥質黏土CBR值都稍大于單一石灰或水泥改良的CBR值。

（2）不同壓實度下的石灰改良土。以石灰為固化劑對土體進行改良，通過試驗得到的CBR值完全能達到路基填料的要求，而石灰的水化反應速率較水泥小，土體的強度提高需要一定的時間，且石灰的反應需要消耗更多水，同時放出更多熱量，進一步降低含水量。因此，石灰相對于水泥更適合大規(guī)模廠拌法，標準化、流程化處理工程渣土。

現(xiàn)階段的高速公路技術規(guī)范對高速公路施工中的路基不同部位填料的最小CBR值提出了具體的標準，這些標準并未直接表明所給出的CBR值相對應的具體壓實度。在實際的施工過程中，無法像室內試驗一樣將土體控制在最佳含水量，從而得到土體的最大壓實度，只需使路基不同部位的壓實度達到相應值即可，比如96%、95%、94%等。鑒于此，還需得到不同壓實度對應土體的CBR值，以確保CBR值與實際施工相吻合。

筆者以擊實試驗得到的最佳含水量數(shù)據(jù)為基礎，開展了不同摻量石灰改良淤泥質黏土在不同壓實度下的CBR試驗，結果如圖5所示。由圖5可見，同一石灰摻量下改良淤泥質黏土的承載比隨壓實度的增加而逐漸增大，當壓實度較低時，三種摻量下的改良淤泥質黏土的承載比相差不大，但隨著壓實度的增加，石灰摻量對改良淤泥質黏土強度的影響就更明顯：當壓實度由90%增大到95%時，6%和8%摻量的改良土CBR值都大幅度增加，且8%摻量下的增幅較6%摻量大；當壓實度進一步增加到100%時，三種摻量下的CBR值均繼續(xù)增大，且6%摻量的改良土CBR值再次大幅度增大，而另兩種摻量的改良土CBR值增幅較小。

圖5 不同壓實度下石灰改良淤泥質黏土的CBR曲線

4 無側限抗壓強度特性分析

（1）90%壓實度。90%壓實度下的無側限抗壓強度如表2所示，可見淤泥質黏土采用石灰改良時，其無側限抗壓強度隨改良劑摻量的增加先增大后減小。石灰土存在一個最佳含灰率，當石灰摻量為6%時，最大無側限抗壓強度為0.79MPa。當采用的固化劑為水泥時，可以看到淤泥質黏土的無側限抗壓強度在一直增加，摻量較小時強度與石灰改良較為一致，當摻量較大時強度增量也變大。當采用二灰改良時，無側限抗壓強度與石灰處于同一水平。

表2 90%壓實度下改良土無側限抗壓強度

（2）95%壓實度。95%壓實度下的無側限抗壓強度如表3所示。淤泥質黏土在水泥、石灰改良下，其無側限抗壓強度的發(fā)展都為先增大后減小，且在4%摻量時增長最為明顯，過了4%摻量則開始逐漸減小。同樣的，95%壓實度下的石灰改良土的最佳含灰率為4%。采用二灰改良時，則無側限抗壓強度一直處于增加趨勢。整體而言，石灰改良土的無側限抗壓強度要小于水泥改良土。從材料角度分析，這是因為石灰作為一種氣硬性材料，具有較好的保水性，摻入土中改善了土體的可塑性，有助于改良土的施工，但在進行土體改良時硬化較慢，因而早期強度并不高，且石灰不適于長期處于潮濕的環(huán)境；而水泥是一種水硬性材料，具有早強性，加入了水泥的土體其強度提升會比較明顯。

表3 95%壓實度下改良土無側限抗壓強度

隨著壓實度的增加，改良土的無側限抗壓強度也有不同程度的增加。由于道路材料的非線性性質，在重復荷載的作用下，路基和基層將產生塑性累積變形，提高壓實度可明顯地減小材料的塑性變形，減少路面轍槽、沉陷等破壞現(xiàn)象，對實際工程具有重要意義。

5 結論

（1）紹興淤泥質黏土屬于高液限土，具有一定黏聚力，但無法直接用作路基填料，且CBR值難以滿足高等級公路路床填料要求。

（2）石灰改良下隨著摻量的增加，淤泥質黏土的CBR值也隨之增加，在摻量為6%時CBR值有明顯增大。水泥改良下淤泥質黏土的CBR值隨著水泥摻量的增加基本呈線性增加，而摻量達到6%之后CBR值增加的趨勢略有放緩。

（3）采用石灰改良時，淤泥質黏土的無側限抗壓強度隨改良摻量的增加先增大后減少；采用水泥改良時，其無側限抗壓強度在一直增加，摻量較小時強度與石灰改良較為一致；當采用二灰改良時，無側限抗壓強度與石灰處于同一水平。