淺析巖屑土與風積砂的綜合利用

鄭貴亮

（勝利油田勝利工程建設（集團）有限責任公司，山東 東營 257000）

巖屑土屬于垃圾土，是油田鉆井時產生的泥漿、原油、工業垃圾、巖屑及各種廢棄化學試劑的混合物，特點為：易溶鹽含量嚴重超標，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滑，壓路機車輪打滑，無法碾壓；經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，將巖屑土與風積砂混合做為路基填筑材料使用，這既節約了能源,又減少了環境污染。

1 風積砂的特性

1.1 風積砂的物理性質

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

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

(2)砂的細度模數M小于1.5,因此其級配組成很細,屬特細砂。

(3)風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,水穩性好。

(4)從土質學觀點來講,土的級配不均勻系數Cu>5,且級配曲線曲率系數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,因此從風積砂不均勻系數Cu=1.43和曲率系數Cc=0.91分析判斷,風積砂的組成是典型的不良級配。

?

1.2 風積砂的化學性質

風積砂主要有巖屑、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、變質巖均可見,另外還有少量的其它礦物顆粒。風積砂的化學成分中常量元素SiO2的含量最高,高達81.56%,SiO2的硬度大且穩定。其次為Al2O3、CaO、Fe2O3等,其含量為10.48%,風積砂中易溶巖、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定性不好。經測試風積砂的酸堿度(pH值)為8.12,呈弱堿性。

(1)比重

風積砂比重是在105～110℃烘至恒重時的質量與同體積4℃蒸餾水的質量之比值,風積砂的比重與土中所含礦物的比重和含量有關。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。風積砂的比重為2.610(kg/cm3)。

(2)風積砂的自然休止角

自然休止角是風積砂在堆積過程中所能達到的最大坡角,是風積砂流動性的表征。經過試驗,風積砂的自然休止角與內摩擦角極為接近,而且發現,隨著風積砂粒徑的逐漸變小,其自然休止角是逐漸變大的。風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。一般情況下,風積砂的自然休止角在 29°～31°之間。

1.3 風積砂的力學特性:

(1)壓縮系數

風積砂的壓縮系數比較小,一般在0.01～0.04Mpa,之間,屬于低壓縮材料。風積砂的壓縮性與礦物成分和顆粒外觀形狀有關,風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

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

?

?

擊實曲線圖

風積砂的粘聚力由砂粒之間的物理化學作用決定,干燥松散的風積砂其膠結力和毛細水作用力基本不存在。

(3)風積砂的擊實試驗

試驗前將風積砂全部烘干,試驗時按預先擬定的不同含水量當時加水,砂樣不重復利用,試驗結果如表:風積砂的擊實曲線表現為:在干燥狀態時,干密度出現一個峰值;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%左右時干密度又達到一個峰值,擊實曲線呈現一個橫寫的S形曲線。

2 巖屑土與風積砂的配合比設計

巖屑土與風積砂重型擊實試驗結果

擊實曲線圖

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

3 巖屑土與風積砂的施工控制

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、廢棄化學試劑、工業垃圾等清理干凈。巖屑土的攤鋪厚度不能超過25cm，巖屑土攤鋪地段嚴禁車輛通行，以保證晾曬時水分能有效的蒸發，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 風積砂的攤鋪

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

3.3 混合料的摻拌

根據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，以確保巖屑土與風積砂混合均勻。

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振動壓路機進行穩壓,初壓采用靜壓1-2遍；復壓采用激振力大于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，保證不漏壓，保證壓到邊，保證壓到結合部，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性和強度，使混合料達到最佳含水量和壓實度，就必須控制好灑水的遍數和合理的方法。針對巖屑土遇水容易成泥，風積砂吸水性強的特點，將灑水車的時速控制在5km/h以內，并將水的流速控制在1m3/h以內,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性和強度。

結束語

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

[1]公路土工試驗規程.[S]051-93.

[2]公路工程質量檢驗評定標準.[S]F80/1-2004.

[3]公路路基施工技術規范[S].JTG F10-2006.