淺析巖屑土與風(fēng)積砂的綜合利用

鄭貴亮

（勝利油田勝利工程建設(shè)（集團）有限責(zé)任公司，山東 東營 257000）

巖屑土屬于垃圾土，是油田鉆井時產(chǎn)生的泥漿、原油、工業(yè)垃圾、巖屑及各種廢棄化學(xué)試劑的混合物，特點為：易溶鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)，原油夾雜難以失水（油泥），表面看起來干燥，里面油水含量高，裝載機上去土往兩邊側(cè)滑，壓路機車輪打滑，無法碾壓；經(jīng)過長時間晾曬后表面成粉末，稍一灑水碾壓又成淤泥狀的垃圾。

目前新疆塔河油田有巖屑池21個，平均每個巖屑池占地面積約1萬m2，合計21萬m2。這是一個很大的污染源，將巖屑土與風(fēng)積砂混合做為路基填筑材料使用，這既節(jié)約了能源,又減少了環(huán)境污染。

1 風(fēng)積砂的特性

1.1 風(fēng)積砂的物理性質(zhì)

塔河地區(qū)富含有風(fēng)積砂,特點為黃色、黃褐色、灰白色,在自然狀態(tài)下松散,無粘性,縮性低,透水性好。在流動風(fēng)砂土中整個剖面以中砂和細(xì)砂占優(yōu)勢,粒徑1～0.25mm和0.25～0.05mm顆粒達(dá)90%以上,粉砂 (粒徑0.05～0.00lmm)和粘粒(粒徑<0.00lmm)占比例甚少。風(fēng)積沙的顆粒組成:試驗中的風(fēng)積砂土取于塔河施工現(xiàn)場,屬細(xì)砂土,風(fēng)積砂的顆粒分析采用篩分法試驗。

(1)風(fēng)積砂具有天然級配,顆粒組成多集中在0.30mm～0.075mm范圍之內(nèi),其含量高達(dá)90%以上,大于0.30mm顆粒較少,僅為0.25%,一般小于5%,0.30mm～0.075mm范圍內(nèi)顆粒含量一般為94%～99%,而小于0.075mm的顆粒不足9%。

(2)砂的細(xì)度模數(shù)M小于1.5,因此其級配組成很細(xì),屬特細(xì)砂。

(3)風(fēng)積砂中粘粒和粉粒的含量極少,表明顆粒表面活性很低,無粘性,松散性強,水穩(wěn)性好。

(4)從土質(zhì)學(xué)觀點來講,土的級配不均勻系數(shù)Cu>5,且級配曲線曲率系數(shù)Cc=1～3的土,為級配良好的土,不能同時滿足這兩個基本條件的土,屬不良級配的土,因此從風(fēng)積砂不均勻系數(shù)Cu=1.43和曲率系數(shù)Cc=0.91分析判斷,風(fēng)積砂的組成是典型的不良級配。

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1.2 風(fēng)積砂的化學(xué)性質(zhì)

風(fēng)積砂主要有巖屑、長石和石英三種顆粒組成,三種顆粒的總含量一般為90%以上,巖屑組成多種多樣,火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖均可見,另外還有少量的其它礦物顆粒。風(fēng)積砂的化學(xué)成分中常量元素SiO2的含量最高,高達(dá)81.56%,SiO2的硬度大且穩(wěn)定。其次為Al2O3、CaO、Fe2O3等,其含量為10.48%,風(fēng)積砂中易溶巖、中溶巖含量都很低,難溶巖成分不超過10%,基本屬非鹽漬土,含 Al、Ca、Fe、Mg 等礦物的硬度小且穩(wěn)定性不好。經(jīng)測試風(fēng)積砂的酸堿度(pH值)為8.12,呈弱堿性。

(1)比重

風(fēng)積砂比重是在105～110℃烘至恒重時的質(zhì)量與同體積4℃蒸餾水的質(zhì)量之比值,風(fēng)積砂的比重與土中所含礦物的比重和含量有關(guān)。所含礦物的比重越大,顆粒越粗,使砂粒之間排列緊密,天然密度就較大,反之則天然密度較小。風(fēng)積砂的比重為2.610(kg/cm3)。

(2)風(fēng)積砂的自然休止角

自然休止角是風(fēng)積砂在堆積過程中所能達(dá)到的最大坡角,是風(fēng)積砂流動性的表征。經(jīng)過試驗,風(fēng)積砂的自然休止角與內(nèi)摩擦角極為接近,而且發(fā)現(xiàn),隨著風(fēng)積砂粒徑的逐漸變小,其自然休止角是逐漸變大的。風(fēng)積砂的自然休止角與它的密度、顆粒級配、外觀形狀、礦物成分等因素有關(guān)。一般情況下,風(fēng)積砂的自然休止角在 29°～31°之間。

1.3 風(fēng)積砂的力學(xué)特性:

(1)壓縮系數(shù)

風(fēng)積砂的壓縮系數(shù)比較小,一般在0.01～0.04Mpa,之間,屬于低壓縮材料。風(fēng)積砂的壓縮性與礦物成分和顆粒外觀形狀有關(guān),風(fēng)積砂的礦物成分主要為石英長石,顆粒磨圓度較高,壓縮容易完成,因此,風(fēng)積砂作為路基比較容易壓實,并且壓實后路基的變形量也比較小。

(2)抗剪強度

風(fēng)積砂的抗剪強度和普通的土體不太一致。風(fēng)積砂的粘聚力C值在0～9KPa之間,內(nèi)摩擦角中值在 32°～39.3°之間。影響內(nèi)摩擦角的因素有密度、粒徑級配、外觀形狀和礦物成分等,風(fēng)積砂比較密實時,風(fēng)積砂顆粒的磨圓度較差,顆粒之間的咬合作用就強,內(nèi)摩擦角就大,反之,內(nèi)摩擦角就小。

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擊實曲線圖

風(fēng)積砂的粘聚力由砂粒之間的物理化學(xué)作用決定,干燥松散的風(fēng)積砂其膠結(jié)力和毛細(xì)水作用力基本不存在。

(3)風(fēng)積砂的擊實試驗

試驗前將風(fēng)積砂全部烘干,試驗時按預(yù)先擬定的不同含水量當(dāng)時加水,砂樣不重復(fù)利用,試驗結(jié)果如表:風(fēng)積砂的擊實曲線表現(xiàn)為:在干燥狀態(tài)時,干密度出現(xiàn)一個峰值;其后,隨著含水量的增加,干密度開始降低,約在含水量為4-6%時,干密度開始回升,一直到含水量為12%左右時干密度又達(dá)到一個峰值,擊實曲線呈現(xiàn)一個橫寫的S形曲線。

2 巖屑土與風(fēng)積砂的配合比設(shè)計

巖屑土與風(fēng)積砂重型擊實試驗結(jié)果

擊實曲線圖

根據(jù)巖屑土含油水量高，風(fēng)積砂干燥的特點，將兩種材料均勻混合使風(fēng)積砂能將巖屑土中的水分充分吸收，巖屑土與風(fēng)積砂的分別按1:0.5,1:0.6,1:0.7三種比例進(jìn)行摻配,通過現(xiàn)場碾壓試驗得出巖屑土與風(fēng)積砂的最佳摻配比例為1:0.6。將摻配好的混合土進(jìn)行擊實試驗，得出當(dāng)含水量在13.5%時，干密度達(dá)到最大值為1.97g/cm3，數(shù)據(jù)如下表：

3 巖屑土與風(fēng)積砂的施工控制

3.1 巖屑土攤鋪

由于巖屑土屬于泥漿沉淀后的垃圾土，表面干燥，里面成淤泥狀，進(jìn)場后的巖屑土必須先攤鋪翻曬，并人工將里面的各種油膜、廢棄化學(xué)試劑、工業(yè)垃圾等清理干凈。巖屑土的攤鋪厚度不能超過25cm，巖屑土攤鋪地段嚴(yán)禁車輛通行，以保證晾曬時水分能有效的蒸發(fā)，在日平均溫度280C左右的情況下，巖屑土的晾曬時間不得少于5天。

3.2 風(fēng)積砂的攤鋪

選取黃褐色且粒徑0.25～0.05mm顆粒達(dá)90%以上的風(fēng)積砂，根據(jù)每斷面巖屑土的方量計算出風(fēng)積砂的摻量，摻配比例為1m3巖屑土摻拌0.6m3的風(fēng)積砂；采用平地機將風(fēng)積砂均勻攤開。風(fēng)積砂的攤鋪宜選在無風(fēng)的天氣，以確保風(fēng)積砂不被風(fēng)刮走而減少了摻量。

3.3 混合料的摻拌

根據(jù)新疆地理位置的特殊性，混合料采用挖掘機摻拌。翻拌時采用倒退法施工，每斷面翻拌2～3遍，翻拌深度以巖屑土攤鋪的厚度為準(zhǔn)，以確保巖屑土與風(fēng)積砂混合均勻。

3.4 整平、碾壓

拌合好的混合土，先用180kw平地機找平，再采用CA30振動壓路機進(jìn)行穩(wěn)壓,初壓采用靜壓1-2遍；復(fù)壓采用激振力大于40t的振動壓力碾壓2-3遍，最后靜壓2-3遍。碾壓時，壓路機重疊1/2輪寬，初壓采用1.5－1.7km/h的速度，復(fù)壓采用1.8－2.0km/h的速度。在混合料碾壓過程中始終做到“五保證、五不壓”。五保證：保證壓夠遍數(shù)，保證不漏壓，保證壓到邊，保證壓到結(jié)合部，保證及時碾壓。五不壓：鋪土超厚不壓，含水量過大過小不壓，混合料有未清理干凈的垃圾不壓，平面不平整不壓，有磚塊不壓。

3.5 灑水

如何提高混合料的粘結(jié)性和強度，使混合料達(dá)到最佳含水量和壓實度，就必須控制好灑水的遍數(shù)和合理的方法。針對巖屑土遇水容易成泥，風(fēng)積砂吸水性強的特點，將灑水車的時速控制在5km/h以內(nèi)，并將水的流速控制在1m3/h以內(nèi),勻速的往返灑上3-4遍；待表面略干后再用壓路機靜壓1遍，以保證混合料的粘結(jié)性和強度。

結(jié)束語

通過在巖屑土中摻拌風(fēng)積砂，變廢棄土為路基填筑材料，充分的利用了現(xiàn)有資源，又減少了環(huán)境污染；在新疆塔河油田值得推廣。

[1]公路土工試驗規(guī)程.[S]051-93.

[2]公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn).[S]F80/1-2004.

[3]公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].JTG F10-2006.