CN110593036B - 一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属道路工程技术领域，具体涉及一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，本发明利用拌合设备将固化材料加入高含水率工程弃土中并进行拌合，随后进行闷料、翻挖及晾晒等处理，待土体含水率降至一定程度后再进行破碎处理以进一步加快含水率的降低，当破碎后土粒含水率略高于最佳含水率时，再次加入固化材料并进行充分拌合，由此获得的土料可满足路基填筑要求。本发明实现了高含水率工程弃土的资源化利用，具有节约资源、保护环境及经济效益良好等一系列优点，具有良好的推广应用价值。

Description

一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法

技术领域

本发明属道路工程技术领域，具体涉及一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法。

背景技术

随着经济建设的快速发展，工程建设过程中产生的建筑垃圾量也随之激增，并已成为制约城市可持续发展所面临的关键因素。近年来，建筑垃圾中的工程弃土量不断增多，而其中的高含水率工程弃土因压缩性高、力学性能差且渗透性差等特点，属于建筑垃圾中极难处理的一类，其常规处理方法为在垃圾填埋场或抛泥区(海洋工程)进行废弃处理，这不仅占用了大量土地，还易对空气、土壤及水体造成二次污染，不符合可持续发展的要求。

道路工程建设对优质土石方填料的需求量巨大，但优质土石方材料的开采将对农田及山体产生严重破坏，且随着运输成本的不断增加，筑路成本正逐年升高。近年来，一些工程中采用破碎后的废弃混凝土、废弃砖瓦块等作为路基填料使用，因其具有良好的力学性能而取得的很好的应用效果。而对于一些无法直接作为路基填料的工程弃土，常采用石灰、水泥或其他稳定材料对其进行处治后再加以利用，其中，以石灰改良膨胀土工程特性并用于路基填筑的报导最为常见。如谭松林等发表的《加石灰改性后膨胀土的工程性质研究》及查甫生等发表的《合安高速公路膨胀土掺石灰试验研究》等，在实际应用中一般采用路拌机在路基上方进行掺灰拌合，经碾压后形成路基，这些工程弃土的含水率通常不高于弃土液限值，经过简单翻晒即可快速降低含水率进而进行碾压。而对于含水率极高(数倍于液限值)的工程泥浆，经沉淀、调理等预处理后，再经机械脱水便可获得含水率较低的泥饼，进而降低了再利用的难度。

而在实际工程中，一些地下水位较高地区在进行工程开挖时，所产生的弃土含水率常在0.7W_L～1.5W_L(W_L为土的液限值)范围内，此类弃土力学性能极差，具有一定的塑性甚至可流淌，且常伴有黏粒含量高及渗透性差等特点，因此即便在堆场长期堆放，表层土经晾晒风干作用后含水率降低，但其下层含水率仍较高，因此极难加以利用。

针对上述含水率范围内的高含水率工程弃土，本发明公开了一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，具有操作简单、干化速度快及填料力学性能好等优点，实现了高含水率工程弃土在道路工程中的资源化利用，具有良好的社会、经济及环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，本发明不仅解决了高含水率工程弃土处理难的问题，还减少了道路建设过程中对优质土石方材料的消耗，具有显著的环境、社会及经济效应。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于具体制备方法包括如下步骤：

步骤1：高含水率工程弃土与固化材料拌合后闷料；

步骤2：闷料后弃土的翻挖与晾晒；

步骤3：待弃土含水率降至40％以下时，对弃土进行破碎、翻挖与晾晒；

步骤4：破碎后土粒与固化材料混合后制得路基填料。

本发明中，所述高含水率工程弃土的含水率在0.7W_L～1.5W_L范围内。其中，W_L为工程弃土的液限值，此含水率范围以外的弃土利用本发明制备路基填料时其经济性较差。

本发明中，所述步骤1中所用的固化材料为水泥、生石灰或矿渣微粉，拌合设备选用工程挖机或强力搅拌设备，闷料时间不少于3天。

进一步地，所述水泥强度等级不小于32.5级，生石灰等级不低于三级灰标准，矿渣微粉等级不低于S75，且需与水泥或生石灰复合使用，以达到提高固化效果并降低固化成本的目的。

进一步地，所述步骤1中，固化材料的总掺量为3～10wt％，所述百分比为固化材料占高含水率工程弃土的质量百分比。

进一步地，对于已开挖产生的高含水率工程弃土即可选用工程挖机也可使用强力搅拌设备进行拌合，而对于待开挖区域则优先考虑利用强力搅拌设备先进行拌合，闷料完成后再进行开挖。

进一步地，所述强力搅拌设备通常由强力搅拌头、固化材料自动控制系统和压力输料罐车三部分组成，常用于软弱地基的就地加固工程，如芬兰ALLU公司的强力搅拌系统。

进一步地，固化材料与高含水率工程弃土拌合后，闷料时间以不少于7天为佳，以保证生石灰充分消解，同时提高固化弃土的强度，便于后期破碎。

本发明中，所述步骤2中利用挖机对闷料后的弃土进行翻挖后抛洒，利用日晒和风干的方式降低弃土的含水率。

本发明中，所述步骤3的破碎工艺应在弃土含水率降至40％以下时进行，破碎后土粒的最大粒径应小于5.0cm。

进一步地，破碎工艺在弃土含水率降至35％以下时进行，破碎后土粒最大粒径小于3.0cm，效果更佳。

本发明中，所述步骤4的混合工艺应在破碎后土粒含水率较最佳含水率高2％～4％时进行，固化材料包含水泥、熟石灰或矿渣微粉，总掺量为2～5wt％，所述百分比为固化材料占破碎后土粒的质量百分比；

进一步地，所述水泥强度等级不小于32.5级，熟石灰等级不低于三级灰标准，矿渣微粉等级不低于S75；

进一步地，对上述混合后土料进行室内CBR及击实试验，测定土料的CBR、最佳含水率及最大干密度，对CBR满足设计或规范要求的土料，可在其最佳含水率附近(±2％)时进行摊铺碾压，作为路基填料使用。CBR是指试料贯入量达2.5mm或5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度(7MPa或10.5MPa)的比值，用百分数表示。

本发明中，含水率在0.7W_L～1.5W_L范围内的工程弃土，既无法通过简单翻晒快速降低含水率，也无法利用机械脱水实现含水率的快速下降，且由于弃土中黏粒含量往往较高，若不对其进行改良处理，将无法直接作为路基填料使用。

本发明中，利用工程挖机或强力搅拌设备将固化材料加入高含水率工程弃土中，其目的是利用水泥、石灰及矿渣微粉等传统无机材料对弃土进行改良和含水率的初步降低，以利于后续处理工作的开展。

进一步地，由于高含水率工程弃土中黏粒含量高，导致弃土的渗透性差，因此弃土中的水分很难利用日晒风干的方式快速去除。而将水泥、生石灰或矿渣微粉加入弃土中，通过离子交换、水化及结晶等作用，不仅提高了弃土的力学性能，还促使细小黏粒成团，改善了弃土的颗粒级配，提高了弃土的渗透性，即弃土产生了“砂化”现象，使得弃土经翻挖处理后能够快速降低其含水率。当使用生石灰时，生石灰消解过程不仅消耗了弃土中的自由水，还可通过发热蒸发一部分水，因此使用效果更佳。而矿渣微粉是炼钢过程中产生的副产物经粉磨而成，具有较高的火山灰活性，与水泥或石灰等复合使用时能激发其潜在活性，既降低了固化材料的成本，还可改善弃土的力学性能。

进一步地，工程开挖是弃土产生的主要来源，对于已产生的高含水率工程弃土，利用挖机和强力搅拌设备均可实现弃土与固化材料的混合，但挖机的拌合效率更低，拌合效果也相对较差。对于待开挖区域，若利用强力搅拌设备先进行掺料混合，闷料后再进行开挖，则不仅大大提高了拌合效果及效率，还便于弃土的开挖与运输，具有极佳的处理效果。

本发明中，利用挖机对弃土进行翻挖抛洒是为了使堆土下方土体翻出，加快含水率快速、均匀降低。

本发明中，待弃土含水率降至40％以下时，利用破碎设备对弃土进行破碎，此时因含水率适宜，破碎后的土粒不会粘接，配合孔径为5.0cm的筛网即可获得最大粒径小于5.0cm的土粒。由于土粒粒径较小，其含水率降低速度将进一步加快，同时也保证了后期掺加固化材料时拌合均匀和碾压时的密实。

进一步地，待弃土含水率降至35％以下时再进行破碎，同时配合孔径为3.0cm的筛网，破碎效果和所获得的土粒质量会更佳。

本发明中，对上述破碎后的土粒应进行击实试验以获得其最佳含水率，由于随后掺入的固化材料会消耗一定量的水，因此固化材料应在土粒含水率较最佳含水率高2％～4％时加入。

进一步地，将固化材料加入土粒中并充分拌合，所得土料应进行CBR测试及击实试验。其中，CBR测试是为了验证土料是否满足规范或设计要求，同时确定其适用的路基层位，而击实试验是考虑到固化材料掺入后，土料的最佳含水率及最大干密度会发生改变，因此应重新测定。

本发明提出的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，利用其制备的填料在运至现场后，经含水率测定达到最佳含水率附近(±2％)时即可进行分层摊铺与碾压，加快了路基填筑的效率，保证了工程的质量。

本发明与现有灰土路基的铺筑工艺相比，具有如下优点：

1)现有灰土路基铺筑工艺主要是利用旋耕机或路拌机实现灰土的拌合，拌合效率低且拌合均匀性差，而本发明可采取集中式厂拌处理或移动式厂拌处理的方式进行推广应用，制得的填料性能稳定，既加快了路基填筑效率，也保证了工程质量；

2)现有灰土路基铺筑工艺主要针对于具有膨胀特性的不良土进行改良，对于开挖产生的高含水率工程弃土则难以处理，而本发明采用化学改良法与物理改良法相结合的方式，实现了高含水率工程弃土的资源化利用。

具体实施方式

本发明提供了一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，为使本发明的目的、方法及实施效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对实际工程中遇到的四种情况下的高含水率工程弃土，在对其初始含水率、液限及塑限等基本参数进行测定后，采用不同实施方案进行路基填料的制备，四种高含水率工程弃土的具体处理方案及处理效果如下所述：

表1四种高含水率工程弃土的特性及填料化制备的实施方案

实施例1，一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，针对情形1下的已开挖工程弃土，先利用挖机将4wt％(占高含水率工程弃土的质量百分比，下同)生石灰与工程弃土拌和，随后进行3天的闷料，再利用挖机对闷料后土体进行翻挖与晾晒处理，待含水率降至35％以下后利用破碎设备进行破碎，获得最大粒径小于3cm的土粒，继续对土粒进行翻挖晾晒，待土粒含水率达26％时再利用拌合设备加入2wt％水泥及2wt％矿渣微粉，再经击实试验确定拌合料的最佳含水率，并测试其CBR值，结果见表2。其中，wt％表示质量百分比。

实施例2，一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，针对情形2下的已开挖工程弃土，先利用挖机将5wt％生石灰及2wt％矿渣微粉与工程弃土拌和，随后闷料7天，再利用挖机对闷料后的土体进行翻挖与晾晒处理，待含水率降至40％以下后利用破碎设备进行破碎，获得最大粒径小于5cm的土粒，继续对土粒进行翻挖晾晒，待土粒含水率达24％时再利用拌合设备加入3wt％水泥，再经击实试验确定拌合料的最佳含水率，并测试其CBR值，结果见表2。

实施例3，一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，针对情形3下待开挖的工程弃土，先利用ALLU公司的强力搅拌系统将5％wt水泥加入弃土中并进行充分拌合，闷料7天后利用挖机进行翻挖后抛洒翻晒，待含水率降至35％以下后利用破碎设备进行破碎，获得最大粒径小于3cm的土粒，继续对土粒进行翻挖晾晒，待土粒含水率达25％时再利用拌合设备加入3％熟石灰及2％矿渣微粉，再经击实试验确定拌合料的最佳含水率，并测试其CBR值，结果见表2。

实施例4，一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，针对情形4下待开挖的工程弃土，先利用ALLU公司的强力搅拌系统将4％水泥及3％矿渣微粉加入弃土中并进行充分拌合，闷料7天后利用挖机进行翻挖后抛洒翻晒，待含水率降至35％以下后利用破碎设备进行破碎，获得最大粒径小于3cm的土粒，继续对土粒进行翻挖晾晒，待土粒含水率达24％时再利用拌合设备加入4％熟石灰，再经击实试验确定拌合料的最佳含水率，并测试其CBR值，结果见表2。

表2各实施例所得填料土性能参数

由表2中结果可知，利用本发明对高含水率工程弃土进行改良，其CBR值满足相关规范对路基填料的要求，因此可以作为路基填料使用。

需要说明的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于具体制备方法包括如下步骤：

步骤1：高含水率工程弃土与固化材料拌合后闷料；其中所述高含水率工程弃土的含水率在0.7W_L~1.5W_L范围内，其中，W_L为工程弃土的液限值；

步骤2：闷料后弃土的翻挖与晾晒；

步骤3：待弃土含水率降至40%以下时，对弃土进行破碎、翻挖与晾晒，破碎后土粒的最大粒径不大于5.0cm；

步骤4：破碎后土粒与固化材料混合后制得路基填料；

步骤4的混合工艺在破碎后土粒含水率较最佳含水率高2%~4%时进行，固化材料包含水泥、熟石灰或矿渣微粉，固化材料的掺量为2~5wt%，所述百分比为固化材料占破碎后土粒的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于步骤1中所用的固化材料为水泥、生石灰或矿渣微粉，拌合设备选用工程挖机或强力搅拌设备，闷料时间不少于3天。

3.根据权利要求2所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于，所述水泥强度等级不小于32.5级，生石灰等级不低于三级灰标准，矿渣微粉等级不低于S75，且矿渣微粉不单独使用。

4.根据权利要求1所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于步骤1中，所述固化材料的总掺量为3~10wt%，所述百分比为固化材料占高含水率工程弃土的质量百分比。

5.根据权利要求1所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于步骤2中利用挖机对闷料后的弃土进行翻挖后抛洒，利用日晒和风干的方式降低弃土的含水率。

6.根据权利要求1所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于步骤3中，弃土含水率降至35%以下时对弃土进行破碎、翻挖与晾晒，破碎后土粒最大粒径小于3.0cm。

7.根据权利要求2所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于，所述水泥强度等级不小于32.5级，熟石灰等级不低于三级灰标准，矿渣微粉等级不低于S75。

8.根据权利要求1所述的一种利用高含水率工程弃土制备路基填料的方法，其特征在于，对上述路基填料进行室内CBR及击实试验，测定土料的CBR、最佳含水率及最大干密度，对CBR满足设计或规范要求的土料，在其最佳含水率±2%时进行摊铺碾压，作为路基填料使用。