上海同济检测技术有限公司 上海 200092
摘要：土壤检测是通过测量影响土壤环境质量因素的代表值进行测定，分析土壤环境特征，判断土壤是否受到污染，并给出相应的处理和保护措施，本文从取样方案及性能测试、测试数据分析、土壤检测质量评估等方面，分析清挖土壤的处置与应用技术要点，为土壤资源管理提供了新视角。
关键词：清挖土壤；性能测试；石灰改良；应用建议
0引言
上海某区在进行管道清理过程中，挖出大量沉积多年的管道淤泥土，现场观察发现土体颜色偏深，表层土体呈现湿润饱水状态，内部土体潮湿松散。为慎重处理此批土样，能够发挥其有效用途，提高资源的循环利用率从而提高经济效益，考虑是否可将其用于普通道路路基或建造物室内外填土使用。基于此，首先对此土体进行物理化学试验分析，得到土样的相关参数指标，确定此土样特性；其次根据试验结果，采用石灰改良方法，通过掺配石灰提高土体强度，并使用不同石灰配比下土体的七天无侧限抗压强度试验结果找出最优配比，使其在满足施工技术规范要求的情况下，能够更加经济合理。
1研究目的
上海此批开挖出的土壤，含有较多污泥杂质，根据国家有关环境保护法律、法规，合理开发和充分利用各种自然资源，提高资源的循环利用，同时严格控制建设工程的环境污染，尽可能的保护和改善生态环境，发挥其经济效益，因此，可考虑是否可将其用于普通道路路基或建造物填土使用。
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对于一般普通道路路基或建筑物填土，其应满足以下两方面的要求：
1）整体稳定
在原先稳定的地表上填筑路基（或地基填土），必然会改变原来的受力状态，附加应力的出现有可能会导致整体路基的沉陷或坍塌而出现工程事故，因此，为保证道路（或地基）的安全必须采取一定的措施，以确保路基（或地基）在最不利条件下具有足够的整体稳定性。具有一定的承载能力。
2）变形量小
路基（或地基）在自重及附加荷载的作用下，极易产生变形，如土体软弱、填土疏松、含水量过高等等都会使得路基（或地基）产生不同程度的沉陷、固结变形、不均匀沉降等现象的出现。为了避免出现不必要的路基（或地基）损坏，对于填筑土体的材料应满足一定的技术要求，控制路基（或地基）的变形量，以保证工程项目的寿命和服务水平。
对于拟作为路基填料的土，应进行天然含水率、液、塑限、CBR、标准击实试验等，必要时需进行颗粒分析试验、有机质、易溶盐含量试验，对于特殊土，还应进行冻胀和膨胀量试验。土体内淤泥、有机质、易溶盐含量较高时，不可以直接进行填筑；对于含水量过高、液限≥50%、塑性指数≥26的细粒土，也不可直接进行路基填筑；应采取必要合理的技术措施进行土质改良，经改良后的材料经检验满足相关规范要求时，方可用于工程。
对此批开挖土体现场观测发现其较为潮湿，土体发黑，目视可见土壤含有腐生杂质，触感湿滑且土壤颗粒极细。为了确认此批土壤的特性，从而根据其特性提出经济合理的改良方案，先对此批土样进行相关物理、化学试验分析。
1.1原土样试验分析
对现场土体进行观察发现，土体内含有较多黑色淤泥杂质，含水量较高，且堆土体平摊面积较大，为避免不同区域土体性状差距较大，保证取土样具有代表性，将堆土体划分为东西南北四个区域，从此四处取样，每取样处分别在0.5m深及1.5m深处取样，共取样1~8份。将八份试样拌合均匀后作为代表土样进行相关试验。
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图1 现场土体
取代表土样进行颗粒分析试验，选用2mm~0.0009mm的试验筛，试验结果如下
表1 土样颗粒分析
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通过筛分析，发现此土样粒径小于2mm占比达98.8%，并且，93.1%的土颗粒小于0.075mm，使用密度计法进行颗粒分析的到如下数据，粒径大于0.0227mm的土颗粒占比为27.3%，而粒径在0.0479-0.0072之间的土颗粒占比高达59.7%，绘制分析曲线如图1。
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图2 土样颗粒分析曲线
根据筛分析得到颗粒分析曲线，通过图2可得到=0.02mm、=0.006mm、=0.00095mm，计算得不均匀系数==21，曲率系数==1.89。
通过颗粒分析及计算，得到颗粒级配指数=21，=1.89，当>5，1<<3可以判定土样的压实施工和易性比较好，因此从土颗粒级配角度来分析，该土壤用于工程中施工压实较易实现。
对代表土样进行含水率试验和比重试验。结果见表2。
表2 土样基本物理性能参数指标
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根据试验结果可知，液限=41.7%，塑限=20.9%，塑性指数=20.8%，天然含水率=32.5%，土样的液性指数==0.56。虽然土体处于可塑状态，但其天然含水率是属于偏高状态，为满足施工规范、保证工程质量应对其进行处治。
同时，对土体的工程化学指标进行分析，取代表土样测定其有机质含量、烧矢量、易溶盐含量，试验结果详见表3。
表3 土样化学性能指标
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试验得到，土样中可溶盐含量仅为0.2%，而有机质含量和烧失量的总量达到8.9%。
通过对试样进行物理化学性能分析，发现此土样为细粒黏性土，因掺杂污泥，土样含水率较高，有机质烧矢量大于8%。根据《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）中明确规定：在填方路基施工中，对有机质烧失量大于8%、可溶盐含量大于5%的土，未经技术处理不得用作路基材料。为确保路基工程的稳定，保证其强度，应对此土样进行处治，使其满足相关规范要求。
2试验方案
此类湿黏土用于路基基层材料或者建筑物基础工程时，由于其土样颗粒极细，含水率较高，吸水性较强且透水性较差，物理力学性能较差，且有机质含量较高，为提高材料的强度，改善其力学性能，保证施工质量，可考虑使用石灰或水泥进行土壤改良处治。
使用水泥作为改良剂时，将水泥掺入土中拌合均匀，水泥矿物与土中的自由水产生水解化学反应，形成钙类水化物，并随着反应的进行产生硬化，从而提高土体的力学强度，使其具有优异的过程稳定性。但是，使用水泥作为改良剂时，水泥掺入量较小，不易拌合均匀，现场的施工质量较难控制，同时路拌法对环境影响较大，且成本较高。
石灰作为一种胶凝材料可作为改良剂添加进黏性土中，一方面石灰可与土体中本身存在的活性物质（如活性硅、活性铝等）发生化学反应，使土的强度和稳定性得到提高，另一方面，经过合理配比的石灰改良土，和水发生反应产生团聚现象，土体内部的形成胶凝团聚物，并随着养护时间的增长，土体内部团聚物逐渐成网，能有效提高土体的强度。
通过对原土样的物理化学性质试验分析可知，该批土壤可通过添加石灰或水泥进行改良，达到施工质量要求的前提下，水泥改良土的成本比使用石灰改良要高，且石灰改良土的施工较水泥改良土更加方便。因此，考虑到经济因素，此批土体可使用石灰改良处理后再利用是比较经济和科学合理的。
击实试验方案：将土样按不同的石灰掺配剂量进行制样及测试。初步按照掺配比例分别为0%、4%、7%、10%、13%共5个样品。对于石灰含量为0%的第一组混合土样，选用重型击实方法，按照规范要求选用重型Ⅱ-1型，共5层，每层击数为27次，采用容积为997cm3 的小试筒。选用干土法，试验前先把混合土样在烘箱中烘干，过筛，准备5个试样，各2000g，再分别称取不同的水量，初步按照10%、12%、14%、16%和18%含水率，然后先拌和均匀闷料过夜，第二天上午进行击实试验。击实过程结束后，每组土样称取两个土样做含水率测试。
对于其他组土样，分别按照不同石灰掺量进行试验，按照无机结合料稳定材料击实试验方法，选用甲法，小试筒，容积为997cm3，共击5层，每层击实数为27，烘干土样先过4.75mm的筛，按照不同石灰剂量（4%，7%，10%，13%），从4%石灰剂量开始做起，同样预定5个不同含水率，制备试样，闷料、击实、测含水率。与前面素土不同的是，石灰土击实试验要做两次平行，取两次试验的平均值作为最大干密度和最佳含水率。
通过重型击实试验测得最大干密度及最佳含水率详见表4。
表4、击实试验结果（不同石灰掺量）
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图3 最佳含水率—石灰掺量关系图
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图4 最大干密度—石灰掺量关系图
随着石灰掺量的增加，石灰土的最大干密度也伴随下降，并呈现一定的线性关系。
建议选用1-3级的新消解的石灰，并且消石灰的指标满足相应的规范要求。对储存时间较长的或者是经过雨淋后的消解石灰，必须要先经过试验，然后根据试验的结果（有效氧化钙和氧化镁的含量）来决定能否使用。
无侧限抗压强度试验方案：作为回填材料，还要保证一定的强度，以确保材料稳定性能。根据击实结果，确定不同石灰掺量下的最大干密度和最佳含水率，按98%压实度的控制标准进行标准试件的成型。每组成型6个试件，直径Ф50mm，高径比为1：1的试件，采用静力压实制备。在标准环境温湿度条件下养生7天，第六天的时候需要将6个试件都从标养箱中取出来，检查试件的边角有无破损，（如果养生期间有明显的边角缺损，该试件将作废），然后测量试件的高度并进行质量的称量。然后把试件进行泡水，浸泡水的温度为20℃±2℃，浸泡时间为1天。测试无侧限抗压强度，数值列于表5。
表5 不同掺量石灰土无侧限抗压强度
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图5 石灰掺量—无侧限抗压强度关系图
在未添加石灰时，土体泡水后呈松散状态，强度几乎为0，按配比添加4%的石灰，强度达到0.7Mpa，逐渐增加石灰用量，强度也随之增大，当石灰添加量达到10%时，强度达到0.9Mpa，此时，继续增加石灰添加量后，发现强度值趋于稳定。
3研究结论
通过大量试验结果分析，此淤泥在经过一定的技术处治后（掺加石灰）可以在不同的工程部位加以使用。根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）中对于无机结合料稳定类材料7d 无侧限抗压强度代表值作出相应的规定，主要是中等、轻交通量条件下使用。
表6 石灰稳定类材料7天无侧限抗压强度代表值（MPa）
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结合实测数据和规范要求，当土壤用于二级及二级以下公路的基层、一级公路的底基层时，石灰掺量初步确定不应小于7%；但土壤用于二级及二级以下公路的底基层时，石灰掺量初步确定不小于4%；
土壤按照《建筑地基基础工程施工规范》（GB 51004-2015）标准中用于基坑回填土时满足有机质含量不大于5%的要求，但部分较差土源的有机质含量已接近4%，保险起见建议采用4%的石灰土进行改善，接下来主要考虑土壤含水量是否满足压实度的要求。根据击实试验结果表明在4%石灰掺量条件下的最优含水率为16.2%，因此控制土壤的含水率在16%~17%左右是后续施工的重点之一。
4工程建议
对于此次对清挖土壤的大量试验及采用的技术措施的结果来看，在使用前或过程中建议做好以下各项工作：⑴可适用范围：此批土壤经一定技术处理后可在多种场合使用，表7为部分建议使用场合。
表7 土壤部分适用范围
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⑵由于土壤存在一定的不均匀性（有机质含量可以看出），将土壤尽可能的翻挖拌和均匀。⑶土壤总体含水量偏高，在做石灰土前，应采用风干或其他方法，使土的天然含水量控制在15%~20%之间。⑷将土壤尽量薄层铺平（每层厚度不宜超过30cm），打散土颗粒，使块状土颗粒粒径大于15mm的含量宜小于15%。⑸计算每土层的石灰用量，均匀撒布石灰后再按层厚范围内拌和。⑹施工摊铺、碾压、验收等可按相应工程设计文件要求进行。
参考文献：
［1］《建筑地基基础工程施工规范》（GB51004-2015）［S］.
［2］《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）［S］.
［3］《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）［S］.
［4］《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）［S］.