武汉地区湖泊众多,围绕湖泊开展的环境整治工程项目越来越多,如何解决疏浚淤泥无污染处置和湖区道路路基取土困难的问题是目前面临的技术难题。本文以武汉市江夏区鲁湖环境整治和文旅综合开发项目为背景,以项目区域内淤泥为研究对象,对淤泥改性土用于环湖道路路基填料的工程问题展开研究,为河湖淤泥处置、资源化利用及湖区道路工程提供建设新思路。主要研究成果如下:
(1)通过淤泥物理性质试验获得其初始物理参数。试验表明:所取试验淤泥天然含水率(60±5%)高于液限(48.7),孔隙比大于1.5,取样土为淤泥,分类为低液限黏土(CL)。淤泥主要成分为石英矿物,黏土矿物包括高岭石和蒙脱石,受人类活动影响小,成分较为简单。
(2)提出合理的淤泥预处理方法:改性剂拌合湿淤泥,养护过程分散颗粒,下降至最佳含水率制样。养护期间含水率与掺量呈线性变化规律,不同初始状态下淤泥含水率下降规律相近,得到不同养护龄期内含水率与掺量的函数关系。
(3)进行淤泥改性土力学试验。试验表明:随掺量增加,最佳含水率提高,最大干密度下降,抗压强度和抗剪强度提升明显,CBR值满足路基各层位的填料技术要求。淤泥改性土10%掺量、养护7d,压实度可达到96%以上,无侧限抗压强度可达到0.819MPa,96%压实度下CBR值可达到17.5,三轴试验粘聚力达到78kPa,内摩擦角为27° ,压缩特性表现为低压缩性。
(4)研究淤泥改性土在浸水和干湿循环状态下抗压强度和试件表观的演变规律。试验表明:随掺量和养护龄期增加,淤泥改性土水稳性能提升明显。7d养护龄期内,改性剂掺量10%的淤泥改性土水稳系数为0.54,3次循环试件强度折减45%,6次循环后试件主体仍保持完整。
(5)模拟固结不排水试验,修正剑桥模型适合低掺量淤泥改性土,力学性能接近黏土,高掺量时与摩尔库仑模型吻合。建立路堤填筑模型,填筑阶段和施加车辆荷载阶段,路基沉降满足规范要求(30cm)。分析材料参数、路堤高度、边坡坡度和地基孔隙水压对路基沉降、边坡位移和路基工作区深度的影响,结合路基设计规范提出合理的路基设计建议。
(6)从微观角度提出改性剂作用机理,由XRD试验可知淤泥改性土中生成的水化产物为碳酸钙和水化硅酸钙,SEM试验中随掺量增加,淤泥改性土更加密实。作用机理主要包括絮凝作用和水化反应。