浅析岩屑土与风积砂的综合利用

郑贵亮

（胜利油田胜利工程建设（集团）有限责任公司，山东 东营 257000）

岩屑土属于垃圾土，是油田钻井时产生的泥浆、原油、工业垃圾、岩屑及各种废弃化学试剂的混合物，特点为：易溶盐含量严重超标，原油夹杂难以失水（油泥），表面看起来干燥，里面油水含量高，装载机上去土往两边侧滑，压路机车轮打滑，无法碾压；经过长时间晾晒后表面成粉末，稍一洒水碾压又成淤泥状的垃圾。

目前新疆塔河油田有岩屑池21个，平均每个岩屑池占地面积约1万m2，合计21万m2。这是一个很大的污染源，将岩屑土与风积砂混合做为路基填筑材料使用，这既节约了能源,又减少了环境污染。

1 风积砂的特性

1.1 风积砂的物理性质

塔河地区富含有风积砂,特点为黄色、黄褐色、灰白色,在自然状态下松散,无粘性,缩性低,透水性好。在流动风砂土中整个剖面以中砂和细砂占优势,粒径1～0.25mm和0.25～0.05mm颗粒达90%以上,粉砂 (粒径0.05～0.00lmm)和粘粒(粒径<0.00lmm)占比例甚少。风积沙的颗粒组成:试验中的风积砂土取于塔河施工现场,属细砂土,风积砂的颗粒分析采用筛分法试验。

(1)风积砂具有天然级配,颗粒组成多集中在0.30mm～0.075mm范围之内,其含量高达90%以上,大于0.30mm颗粒较少,仅为0.25%,一般小于5%,0.30mm～0.075mm范围内颗粒含量一般为94%～99%,而小于0.075mm的颗粒不足9%。

(2)砂的细度模数M小于1.5,因此其级配组成很细,属特细砂。

(3)风积砂中粘粒和粉粒的含量极少,表明颗粒表面活性很低,无粘性,松散性强,水稳性好。

(4)从土质学观点来讲,土的级配不均匀系数Cu>5,且级配曲线曲率系数Cc=1～3的土,为级配良好的土,不能同时满足这两个基本条件的土,属不良级配的土,因此从风积砂不均匀系数Cu=1.43和曲率系数Cc=0.91分析判断,风积砂的组成是典型的不良级配。

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1.2 风积砂的化学性质

风积砂主要有岩屑、长石和石英三种颗粒组成,三种颗粒的总含量一般为90%以上,岩屑组成多种多样,火成岩、沉积岩、变质岩均可见,另外还有少量的其它矿物颗粒。风积砂的化学成分中常量元素SiO2的含量最高,高达81.56%,SiO2的硬度大且稳定。其次为Al2O3、CaO、Fe2O3等,其含量为10.48%,风积砂中易溶岩、中溶岩含量都很低,难溶岩成分不超过10%,基本属非盐渍土,含 Al、Ca、Fe、Mg 等矿物的硬度小且稳定性不好。经测试风积砂的酸碱度(pH值)为8.12,呈弱碱性。

(1)比重

风积砂比重是在105～110℃烘至恒重时的质量与同体积4℃蒸馏水的质量之比值,风积砂的比重与土中所含矿物的比重和含量有关。所含矿物的比重越大,颗粒越粗,使砂粒之间排列紧密,天然密度就较大,反之则天然密度较小。风积砂的比重为2.610(kg/cm3)。

(2)风积砂的自然休止角

自然休止角是风积砂在堆积过程中所能达到的最大坡角,是风积砂流动性的表征。经过试验,风积砂的自然休止角与内摩擦角极为接近,而且发现,随着风积砂粒径的逐渐变小,其自然休止角是逐渐变大的。风积砂的自然休止角与它的密度、颗粒级配、外观形状、矿物成分等因素有关。一般情况下,风积砂的自然休止角在 29°～31°之间。

1.3 风积砂的力学特性:

(1)压缩系数

风积砂的压缩系数比较小,一般在0.01～0.04Mpa,之间,属于低压缩材料。风积砂的压缩性与矿物成分和颗粒外观形状有关,风积砂的矿物成分主要为石英长石,颗粒磨圆度较高,压缩容易完成,因此,风积砂作为路基比较容易压实,并且压实后路基的变形量也比较小。

(2)抗剪强度

风积砂的抗剪强度和普通的土体不太一致。风积砂的粘聚力C值在0～9KPa之间,内摩擦角中值在 32°～39.3°之间。影响内摩擦角的因素有密度、粒径级配、外观形状和矿物成分等,风积砂比较密实时,风积砂颗粒的磨圆度较差,颗粒之间的咬合作用就强,内摩擦角就大,反之,内摩擦角就小。

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击实曲线图

风积砂的粘聚力由砂粒之间的物理化学作用决定,干燥松散的风积砂其胶结力和毛细水作用力基本不存在。

(3)风积砂的击实试验

试验前将风积砂全部烘干,试验时按预先拟定的不同含水量当时加水,砂样不重复利用,试验结果如表:风积砂的击实曲线表现为:在干燥状态时,干密度出现一个峰值;其后,随着含水量的增加,干密度开始降低,约在含水量为4-6%时,干密度开始回升,一直到含水量为12%左右时干密度又达到一个峰值,击实曲线呈现一个横写的S形曲线。

2 岩屑土与风积砂的配合比设计

岩屑土与风积砂重型击实试验结果

击实曲线图

根据岩屑土含油水量高，风积砂干燥的特点，将两种材料均匀混合使风积砂能将岩屑土中的水分充分吸收，岩屑土与风积砂的分别按1:0.5,1:0.6,1:0.7三种比例进行掺配,通过现场碾压试验得出岩屑土与风积砂的最佳掺配比例为1:0.6。将掺配好的混合土进行击实试验，得出当含水量在13.5%时，干密度达到最大值为1.97g/cm3，数据如下表：

3 岩屑土与风积砂的施工控制

3.1 岩屑土摊铺

由于岩屑土属于泥浆沉淀后的垃圾土，表面干燥，里面成淤泥状，进场后的岩屑土必须先摊铺翻晒，并人工将里面的各种油膜、废弃化学试剂、工业垃圾等清理干净。岩屑土的摊铺厚度不能超过25cm，岩屑土摊铺地段严禁车辆通行，以保证晾晒时水分能有效的蒸发，在日平均温度280C左右的情况下，岩屑土的晾晒时间不得少于5天。

3.2 风积砂的摊铺

选取黄褐色且粒径0.25～0.05mm颗粒达90%以上的风积砂，根据每断面岩屑土的方量计算出风积砂的掺量，掺配比例为1m3岩屑土掺拌0.6m3的风积砂；采用平地机将风积砂均匀摊开。风积砂的摊铺宜选在无风的天气，以确保风积砂不被风刮走而减少了掺量。

3.3 混合料的掺拌

根据新疆地理位置的特殊性，混合料采用挖掘机掺拌。翻拌时采用倒退法施工，每断面翻拌2～3遍，翻拌深度以岩屑土摊铺的厚度为准，以确保岩屑土与风积砂混合均匀。

3.4 整平、碾压

拌合好的混合土，先用180kw平地机找平，再采用CA30振动压路机进行稳压,初压采用静压1-2遍；复压采用激振力大于40t的振动压力碾压2-3遍，最后静压2-3遍。碾压时，压路机重叠1/2轮宽，初压采用1.5－1.7km/h的速度，复压采用1.8－2.0km/h的速度。在混合料碾压过程中始终做到“五保证、五不压”。五保证：保证压够遍数，保证不漏压，保证压到边，保证压到结合部，保证及时碾压。五不压：铺土超厚不压，含水量过大过小不压，混合料有未清理干净的垃圾不压，平面不平整不压，有砖块不压。

3.5 洒水

如何提高混合料的粘结性和强度，使混合料达到最佳含水量和压实度，就必须控制好洒水的遍数和合理的方法。针对岩屑土遇水容易成泥，风积砂吸水性强的特点，将洒水车的时速控制在5km/h以内，并将水的流速控制在1m3/h以内,匀速的往返洒上3-4遍；待表面略干后再用压路机静压1遍，以保证混合料的粘结性和强度。

结束语

通过在岩屑土中掺拌风积砂，变废弃土为路基填筑材料，充分的利用了现有资源，又减少了环境污染；在新疆塔河油田值得推广。

[1]公路土工试验规程.[S]051-93.

[2]公路工程质量检验评定标准.[S]F80/1-2004.

[3]公路路基施工技术规范[S].JTG F10-2006.