铁路工程浅表层淤泥特性研究

曹巢锋刘佳马晓东刘斌

中铁四局集团建筑工程有限公司安徽合肥230022

摘要：固化剂处治淤泥填筑路基在国内外铁路工程建设中已有所应用，但不同地域的淤泥分类却缺乏统一的标准，这就给施工单位针对不同种类的淤泥选择固化剂类型造成了困难。本文全面分析现有浅表层淤泥的特点，并针对东莞地区铁路工程浅表层淤泥进行物理化学指标测定，明确该地区浅表层淤泥的特性及性能，为后期淤泥资源化利用和固化剂应用施工提供相关参考依据。

关键词：铁路工程，淤泥，特性，理化性能

1.浅表层淤泥特性分析

淤泥一般具有“三低三高”特性，即高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透性、低固结系数。具体有以下几个方面：

（1）含水量及压缩性高

天然含水量一般在40%以上，其值一般大于液限，属于流动状态，天然孔隙比主要在1.5～2.2之间。压缩系数大部分都大于0.9MPa-1，属于高压缩性土。由于软粘土大多为第四纪后期的沉积物，通常属于正常固结土。土体受压后极易产生压缩变形，在建筑物基础沉降方面反映为沉降量大[1]。

（2）抗剪强度低

一般在快剪情况下，粘聚力在10kPa左右，内摩擦角一般在0º~5º之间。固结快剪粘聚力与快剪相比差别不大，内摩擦角一般在15º~20º之间。软土的强度大小与排水条件有密切关系。在荷载作用下，如果土层有良好的排水条件，那么经过固结后，它的强度随有效应力的增大而增加；反之，如果土层没有排水固结，则随荷载的增大，它的强度可能随剪切变形的增大而衰减[2]。根据统计分析，软土在深度10m以内的平均十字板剪切试验强度一般为5~20kPa，深度每加1m，其强度平均增加1~2kPa。

（3）不均匀性

软土的颗粒组成多为微细和高分散的颗粒，在粘粒层中局部以粉粒为主，在平面分布与垂直方向上具有明显的差异性、分选性以及颗粒组成的不均匀性[3]。因此极易造成建筑物基础的不均匀沉降。由于粘土矿物颗粒很小，一般呈薄片状，且表面带有负电荷，在粘土颗粒四周吸附着大量的偶极化分子。所以在沉积过程中，软土层较易形成絮凝状结构，这也是造成软粘土天然含水量高的原因之一。

（4）结构性和触变性

海相沉积的软土具有一定的结构连结，一旦受到扰动（振动、搅拌或揉搓等），其絮凝状结构连结遭受破坏，由于土体含水量高，极易变成稀释状态，产生触变或液化现象，使土体的强度迅速降低。但是，软土扰动后，随着静置时间的增长，其强度又会逐渐有所恢复，即所谓的触变恢复。若经过排水固结，则其强度会超过原有的结构的强度。

（5）渗透性小

渗透系数大部分为10-8~10-7cm/s之间，所以在荷载作用下固结很慢，强度不易提高。当土中有机质含量较大时，甚至会产生气泡，堵塞排水通道，降低其渗透性。对于夹有薄砂层的粘土，其水平向渗透性会显著增大，渗透系数可达10-5~10-4cm/s。

（6）流变性显著

在剪应力作用下，土体产生缓慢的剪切变形，剪应力越大，剪切变形越明显，当剪应力达到一定值后，长期作用下土体可能会剪坏。此时的剪应力值一般小于常规试验方法得到的抗剪强度值，该值称之为长期抗剪强度，它一般为常规试验方法的抗剪强度的40%~80%，而且土的塑性指数愈大，其值愈小。

2.铁路工程浅表层淤泥物化性能

2.1含盐量

淤泥中存在一些盐分，特别是在含盐量较高时，会对水泥等固化剂产生腐蚀作用，影响固化效果。因此，对淤泥中含盐量及各离子含量进行测定是十分必要的。通过质量法测试淤泥中易溶盐总量，测试结果如表1所示。

表1滨海淤泥含盐量检测结果

由上表1检测结果可知，区域1及2淤泥含盐量不足1%，经调查含盐量小于1%时，盐分对固化土的抗压强度影响较小；含盐量大于1%时，随含盐量的增加，固化土的抗压强度均减小。此外，含盐量对土体的变形过程有较大影响。当含盐量较大时，变形主要是由盐胀组成。因此，在对两种淤泥进行固化剂选择时，应特别考虑盐分对固化剂的影响。

2.2基本性能

淤泥初始含水率过高，界限含水率偏大，无法直接应用于工程实际，为改善淤泥的工程性质，需根据淤泥不同的初始含水率采取相应的降水处治措施，因此测试淤泥的含水率指标。黏粒含量对淤泥的颗粒级配有显著影响，有机质含量对淤泥固化效果干预明显，通过筛分试验测定淤泥中的黏粒含量，通过油浴加热法测定淤泥中的有机质含量。测试结果如表2所示。

表2滨海淤泥物理力学性质指标

（1）区域2淤泥初始含水率为68.1%，区域1淤泥初始含水率为41.6%。针对滨海淤泥初始含水率偏低的现实，通过降水措施进行降水可操作性强。

（2）淤泥黏粒含量均在40%以上，偏高，以细粒土为主，即使经过降水处治后仍属于不良级配土，工程性质差，需采用固化剂对其进行固化处治。

（3）淤泥有机质与其它地域淤泥相比含量较高，对工程性质影响较大，因此在选择固化剂时，应考虑其中成分对有机质有一定的分解。

3.结语

本文全面分析现有浅表层淤泥的特点，并针对东莞地区铁路工程浅表层淤泥进行物理化学指标测定，明确该地区浅表层淤泥的特性及性能，为后期淤泥资源化利用和固化剂应用施工提供相关参考依据。

参考文献：

[1]周旻，侯浩波，李志威.疏浚淤泥固化改性的工程特性[J].工业建筑，2006，36（7）：35-37.

[2]陈萌，杨国录，徐峰，等.淤泥固化处理研究进展[J].南水北调与水利科技，2018，16（05）：132-142.

[3]朱伟，曾科林，张春雷.淤泥固化处理中有机物成分的影响[J].岩土力学，2008，29（1）：33-36.