杜珊珊（安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011）

消石灰改良淤泥質(zhì)土在水運(yùn)工程上的應(yīng)用研究

杜珊珊（安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011）

安徽省內(nèi)河水運(yùn)工程中往往產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)土，對其進(jìn)行合理利用可以節(jié)省費(fèi)用，并節(jié)約土地和保護(hù)環(huán)境。文章對工程實踐中的試驗研究進(jìn)行了總結(jié)，采用摻10%消石灰的方法，能夠降低淤泥質(zhì)土的含水率，提高其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，其水穩(wěn)定性能好，可以作為水運(yùn)工程建設(shè)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(zhì)土；水運(yùn)工程

1 概 述

近年來安徽省全力加快水運(yùn)工程發(fā)展。由于水運(yùn)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(zhì)土，在這些工程中往往產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)土，特別是挖入式港池和船閘改擴(kuò)建工程。對這些淤泥質(zhì)土，如果將其廢棄，一方面需運(yùn)離場址，需要大量的運(yùn)費(fèi)和修道路費(fèi)用，同時產(chǎn)生環(huán)境污染；另一方面廢棄的淤泥質(zhì)土需要堆放場所，需要征地費(fèi)，會對居民的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不良影響。同時水運(yùn)工程建設(shè)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(yuǎn)處外運(yùn)，又產(chǎn)生大量的征地費(fèi)和運(yùn)費(fèi)，并對環(huán)境造成破壞。如果將工程建設(shè)中產(chǎn)生的淤泥質(zhì)土經(jīng)處理改良作為路基、堤防填料，不僅能解決其外運(yùn)需運(yùn)費(fèi)、占地和環(huán)境污染問題，而且能解決工程建設(shè)中所需填料問題，符合經(jīng)濟(jì)、科學(xué)發(fā)展和環(huán)保的政策方針。

淤泥質(zhì)土，一般具有含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)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(jīng)濟(jì)、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(zhì)土進(jìn)行改良固化，其中摻石灰是處理淤泥質(zhì)土最普遍和經(jīng)濟(jì)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(zhì)土在結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成上的差異，以至于在強(qiáng)度、壓縮性改善程度和特征規(guī)律上會因為淤泥質(zhì)土天然特性的不同而有所不同。

安徽省內(nèi)水運(yùn)工程建設(shè)中遇到的淤泥質(zhì)土，除具有淤泥質(zhì)土一般特性外，還具有自身的特性。因此現(xiàn)結(jié)合巢湖港巢城港區(qū)（一期）工程建設(shè)的實際情況，以該地區(qū)的淤泥質(zhì)土為研究對象，在淤泥質(zhì)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(cè)限抗壓試驗等研究石灰土的液塑限特性、強(qiáng)度特性、壓縮特性和擊實特性，為安徽省內(nèi)港口和水運(yùn)建設(shè)中遇到淤泥質(zhì)土的改良方案選擇以及相關(guān)淤泥質(zhì)土工程的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)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(shè)計年吞吐量290萬t，設(shè)計代表船型1000 t級。碼頭設(shè)計高水位10.17m，設(shè)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(nèi)陸最大貨運(yùn)港口工程。港區(qū)地處微彎河段，沿河建有人工大堤，堤頂標(biāo)高11.0～11.5 m，堤坡 1∶3～1∶4。港區(qū)前沿位于左岸大堤內(nèi)側(cè)，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(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，如果將其廢棄，則需要大量的運(yùn)費(fèi)和修建道路費(fèi)用，還會產(chǎn)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(yùn)距約20 km，如果采用取土料場中的土料，需要大量的征地費(fèi)和運(yùn)費(fèi)。為了減少費(fèi)用和環(huán)保，決定采用經(jīng)消石灰處理后的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土作為新建堤防堤身填料。通過對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土取樣，對其進(jìn)行各項配比改良，相應(yīng)開展多項物理力學(xué)指標(biāo)試驗，為摻消石灰量的多少提供理論依據(jù)。

3 淤泥質(zhì)土的物理力學(xué)性質(zhì)

本工程港池區(qū)開挖的淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(zhì)黏土和粉土薄層。經(jīng)取樣在試驗室按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）對其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表 表1

4 試驗設(shè)計與試驗的開展和試驗結(jié)果

4.1 試驗設(shè)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(qiáng)，摻生石灰粉受氣溫和雨期影響較?。淮送馍曳廴霾及韬鸵拙鶆?，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(yùn)時間不能長，因此摻生石灰粉法雖然在國外應(yīng)用較廣，但在國內(nèi)因生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)上尚存在一些障礙，生石灰粉的質(zhì)量難以保證，儲運(yùn)條件也不易達(dá)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(jìn)行物理性質(zhì)試驗（包括液限、塑限）、壓實制備試樣進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)試驗（包括重型擊實試驗、壓縮試驗和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗），研究摻灰對土樣塑性、壓實性、壓縮性和強(qiáng)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(zhì)試驗和壓縮試驗按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）進(jìn)行；重型擊實試驗參照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40-2007）進(jìn)行；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）進(jìn)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(shù)不符合堤防建成后的實際情況，因此根據(jù)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(jié)果

4.2.1 素土試驗

選取了4組淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土做試驗。首先做淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)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(zhì)粉質(zhì)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(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)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(zhì)粉質(zhì)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(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土素土試驗結(jié)果 表2

摻入10%消石灰灰土試驗結(jié)果 表3

摻入15%消石灰灰土試驗結(jié)果 表4

4.2.4 摻 10%消石灰制作不同含水率灰土無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d，測定灰土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果是：含水量20%的灰土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.37 MPa；含水量25%的灰土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.31 MPa。

5 試驗結(jié)果分析

5.1 摻灰對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土塑性的影響

摻消石灰后，液限、塑限和塑性指數(shù)均提高，但隨著消石灰摻入量提高，塑性指數(shù)有下降的趨勢。這與消石灰與水作用產(chǎn)生膠體有關(guān)，當(dāng)摻消石灰量增多時，粉粒增加，塑性進(jìn)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(qiáng)度的影響

摻消石灰后，土體的抗剪強(qiáng)度內(nèi)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(zhì)土的效果分析

通過以上對比試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻消石灰后可使淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(qiáng)度指標(biāo)的改善變化均不大。由此驗證了前人的研究結(jié)果：摻石灰改良淤泥質(zhì)土的效果并不是隨著摻灰率的增加無限增長，而是達(dá)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(cè)限抗壓強(qiáng)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(jié) 語

水運(yùn)工程產(chǎn)生大量的淤泥質(zhì)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(yùn)需運(yùn)費(fèi)、占地和環(huán)境污染問題，而且能解決工程建設(shè)中所需填料問題，是一個經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

摻消石灰后可使淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(shù)均提高，但隨著消石灰摻入量提高，塑性指數(shù)有下降的趨勢。不同石灰摻量下，試樣的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)明顯增加，而且隨著摻量的增加，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)上升。但摻石灰改良淤泥質(zhì)土的效果并不是隨著摻灰率的增加無限增長，而是達(dá)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(shè)采用了摻10%消石灰的方法改良淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，用其作為新建堤防暨港區(qū)道路填料，工程運(yùn)營至今已有3年的時間，未發(fā)生工程質(zhì)量問題，港口效益顯著。因此利用低摻填消石灰改良結(jié)合晾曬來處理淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土是行之有效的方法，值得在水運(yùn)工程上推廣應(yīng)用。

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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(xué)，助理工程師，主要從事交通工程試驗檢測工作。