王俊藝

（上海機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部，上海市 201207）

0 引言

為滿足環(huán)保和擴(kuò)建需求，上海市浦東機(jī)場(chǎng)第五跑道外區(qū)域承接消納了大量的本市地鐵建設(shè)盾構(gòu)渣土。根據(jù)地勘情況可以看出，渣土層較淺，受沉積環(huán)境影響表現(xiàn)出土質(zhì)松散、粘性土和粉性土呈層狀交叉分布等特點(diǎn)，整體的土質(zhì)也不均勻，土性較差，存在一定液化現(xiàn)象。這些渣土的地基承載力低、回彈模量較小且沉降尚未完全穩(wěn)定，因此必須對(duì)其進(jìn)行固結(jié)處理方可用于道路工程建設(shè)[1]?；诂F(xiàn)場(chǎng)情況、施工特性和經(jīng)濟(jì)性原則，擬對(duì)渣土層進(jìn)行由上至下的逐層化學(xué)固結(jié)處理[2]。

固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特性要求都與我國(guó)通常所用的無(wú)機(jī)結(jié)合料不同，因此其混合料設(shè)計(jì)必須與結(jié)構(gòu)性能要求相適應(yīng)[3]。但是在設(shè)計(jì)方面關(guān)于固結(jié)土設(shè)計(jì)指標(biāo)的選擇及要求卻沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。本次研究選取最常見(jiàn)的渣土固結(jié)材料——水泥，以及新型研發(fā)的WK+固結(jié)劑，對(duì)固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和回彈模量進(jìn)行試驗(yàn)與分析[4]，為材料設(shè)計(jì)指標(biāo)做基礎(chǔ)研究。

1 渣土性質(zhì)與試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 渣土粒徑分析

對(duì)渣土粒徑級(jí)配的分析采用篩分試驗(yàn)。根據(jù)目測(cè)，可以很明顯地區(qū)分出現(xiàn)場(chǎng)渣土為3種級(jí)配組合，分別為粗料、中料、細(xì)料，如圖1所示。

圖1 渣土原料的3種主要類型

圖2展示了經(jīng)過(guò)粒徑篩分試驗(yàn)的3種粒料的級(jí)配曲線圖。

圖2 3種粒料的級(jí)配組成曲線

1.2 最佳含水率和最大干密度的測(cè)定

3種粒料的最佳含水率和最大干密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2 固結(jié)劑穩(wěn)定渣土強(qiáng)度性能試驗(yàn)

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度反映了固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的強(qiáng)度和整體性，是固結(jié)劑穩(wěn)定渣土混合料設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)[5]。進(jìn)行了固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，為其混合料設(shè)計(jì)提供參考，并與水泥穩(wěn)定渣土試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 3種粒料的最佳含水率與最大干密度

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）中有關(guān)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，分別在最佳含水率下成型粗料、中料、細(xì)料試件，尺寸為Ф150×150 mm，養(yǎng)生7 d后測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。選取用水泥和WK+作為固結(jié)劑的中料試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，摻入劑量分別為4.5%，6.0%和8.0%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同固結(jié)劑試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 MPa

由表2可知，對(duì)于中料試件來(lái)說(shuō)，養(yǎng)生7 d后，摻入4.5%WK+固結(jié)劑后的強(qiáng)度較摻入同等劑量水泥后的強(qiáng)度增長(zhǎng)了20.7%；摻入6.0%WK+固結(jié)劑后的強(qiáng)度較摻入同等劑量水泥后的強(qiáng)度增長(zhǎng)了27.0%；摻入8.0%WK+固結(jié)劑后的強(qiáng)度較摻入同等劑量水泥后的強(qiáng)度增長(zhǎng)了21.3%。從以上數(shù)據(jù)中可以看出，與摻入水泥的中粒試件相比，摻入同等劑量WK+固結(jié)劑的中粒試件7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度都有較為明顯的增長(zhǎng)，且增幅均超過(guò)20%，尤其是在劑量為6.0%時(shí)增長(zhǎng)幅度最明顯。

摻入水泥和WK+固結(jié)劑的中粒試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨摻入劑量的增加而提高，兩者近似成正比關(guān)系，其中摻入WK+固結(jié)劑試件的增長(zhǎng)速率較快。

為求全面的對(duì)比，在摻入4.5%WK+固結(jié)劑的條件下，分別進(jìn)行了3種粒料試件的7 d、28 d兩種齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，圖3展示了其試驗(yàn)結(jié)果。

由圖3可知：3種粒料試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)生天數(shù)呈正比關(guān)系；粗料試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率最快，其次是中料和細(xì)料試件；同樣養(yǎng)生天數(shù)下，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大小依次是粗料、中料、細(xì)料試件。

圖3 摻4.5%WK+固結(jié)劑試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

采用WK+固結(jié)劑的渣土試件早期強(qiáng)度較高，且后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展。早期強(qiáng)度高可使建成道路提前投入運(yùn)行，提高運(yùn)行效益，后期強(qiáng)度穩(wěn)定可使建成道路的運(yùn)行性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，使用壽命增長(zhǎng)。

2.2 回彈模量

回彈模量是無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層的重要力學(xué)參數(shù)，反映了無(wú)機(jī)穩(wěn)定材料在荷載作用下的變形特性。無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的回彈模量決定了路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變分布，從而顯著影響路面的承載能力和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[6-8]。為了評(píng)價(jià)固結(jié)劑穩(wěn)定渣土底基層的回彈模量情況，進(jìn)行了固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的回彈模量試驗(yàn)?；貜椖Ａ吭囼?yàn)采用“頂面法（T 0808—94）”，按照最佳含水率成型試件，尺寸為Ф150×150 mm，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生7 d。課題組同樣選用以水泥和WK+作為固結(jié)劑的中料試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，摻入劑量分別為4.5%，6.0%和8.0%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 摻入水泥、WK+固結(jié)劑的中料試件回彈模量

由圖4可知：中料試件的回彈模量隨摻入劑量的增加而呈現(xiàn)近似線性增長(zhǎng)，其中摻入WK+固結(jié)劑時(shí)增長(zhǎng)更快；同等摻入劑量下，摻入WK+固結(jié)劑后的回彈模量比摻入水泥后的回彈模量大，幅度在10%左右。

在4.5%WK+固結(jié)劑劑量下，細(xì)料、中料及粗料試件的7 d和28 d回彈模量試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 摻4.5%WK+固結(jié)劑試件的回彈模量

由圖5可以看出：各試件的回彈模量與養(yǎng)生天數(shù)呈正比關(guān)系；粗料試件回彈模量的增長(zhǎng)速率最快，其次是中料和細(xì)料試件；同樣養(yǎng)生天數(shù)下的回彈模量大小依次是粗料、中料、細(xì)料試件。以中料渣土為基準(zhǔn)，分別摻入不同劑量的WK+固結(jié)劑和水泥進(jìn)行28 d室內(nèi)回彈模量試驗(yàn)，每種工況做6次試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，見(jiàn)表3。

由表3可以看出，隨著固結(jié)劑劑量增加，試件的回彈模量逐漸提高。WK+固結(jié)劑的劑量達(dá)4.5%時(shí)，試件的回彈模量平均值在800 MPa左右；WK+固結(jié)劑的劑量達(dá)6.0%時(shí)，試件的回彈模量平均值為1 100 MPa左右；WK+固結(jié)劑的劑量超過(guò)8.0%后，試件的回彈模量平均值超過(guò)了1 400 MPa。摻入劑量相同時(shí)，摻水泥試件的回彈模量小于摻WK+固結(jié)劑試件的回彈模量。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和回彈模量測(cè)試，對(duì)比分析了WK+固結(jié)劑與水泥這兩種固結(jié)劑穩(wěn)定渣土的效果。用WK+固結(jié)劑固結(jié)渣土的強(qiáng)度、剛度較高，整體性能要優(yōu)于用水泥固結(jié)的渣土，因此宜采用WK+固結(jié)劑來(lái)穩(wěn)定渣土。

表3 中料試件28 d室內(nèi)回彈模量MPa

（2）根據(jù)不同劑量的WK+固結(jié)劑穩(wěn)定渣土性能試驗(yàn)結(jié)果，WK+固結(jié)劑劑量為4.5%～6.0%時(shí)，能滿足路基與墊層性能要求，WK+固結(jié)劑劑量超過(guò)8.0%時(shí)能滿足基層性能要求，因此WK+固結(jié)劑固結(jié)渣土可以分別用于道路路基、墊層與基層。