CN102168420A - 土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对软土进行加固处理的方法。土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)轻质活性材料的准备；2)土工布桩筒袋和引孔桩管的准备；3)由打桩锤将引孔桩管打桩至设计深度；4)从钢套管上部侧壁预留的圆孔内塞放进长度等于设计桩的土工布桩筒袋；5)将混合料拌和系统的装料管与土工布桩筒袋的进料口相联接；6)装填满土工布桩筒袋；7)钢套管被吊着上升离开软土地基；装满轻质活性材料的土工布桩筒袋在重量作用下留在原位，轻质活性材料汲取软土地基中的孔隙水，并经过水化反应形成土工布轻质活性材料桩；8)重复步骤3)～7)，至软土地基加固处理完毕。该方法适用于深厚软基的浅层处理，其加固效果好。

Description

土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法

技术领域

本发明属于土木工程建设领域，具体涉及一种对软土进行加固处理的方法。

背景技术

软土一般是指在静水和缓慢流水环境中沉积，以黏粒为主并伴有微生物作用的近代沉积物。其呈软塑到流塑状态，外观是以灰色为主的细土粒，如淤泥和淤泥质土、泥炭土和沼泽土，以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。其中淤泥和淤泥质土是软土的主要类型。

软土地基处理就是对建筑物或设备的基础下的受力层进行提高其强度和稳定性的强化处理，以改善或加固地基的天然状态，使之符合工程要求的技术措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法，该方法适用于深厚软基的浅层处理，其加固效果好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)轻质活性材料的准备：轻质活性材料由下述三种原料组成：①生石灰，②废石膏，③粉煤灰、炉渣或矿渣；按各原料所占重量份数为：①生石灰1份，②废石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、炉渣或矿渣1～2份，选取各原料；

将上述组成轻质活性材料的三种原料装入混合料拌和系统的集料斗中，并通过螺旋上料机输入搅拌机内均匀拌和2～3min，得到轻质活性材料，然后卸入气压储料仓内；

混合料拌和系统包括螺旋上料机、集料斗、搅拌机、气压储料仓、气压阀、装料管、鼓风机、阀门，集料斗的输出口位于螺旋上料机的输入口的上方，螺旋上料机输出口位于搅拌机的输入口的上方，搅拌机的输出口与气压储料仓的输入口相连，气压储料仓的下端由气管与鼓风机的输出口相连，气管上设有气压阀，装料管的一端与气压储料仓的下端输出口相连，装料管的另一端为出料端，气管上设有阀门，阀门位于气压阀与鼓风机之间；

2)土工布桩筒袋和引孔桩管的准备：①土工布桩筒的准备：用土工织物加工成筒状，得到土工布桩筒袋，土工布桩筒袋直径大于钢套管的内径2～4cm；

②引孔桩管的准备：引孔桩管由钢套管和管底门组成，钢套管的底部铰接管底门，管底门至少有3扇；钢套管的内径等于设计桩的外径，钢套管的上端与空心振动锤上的钢管法兰连接，钢套管上部侧壁预留塞放土工布桩筒袋的圆孔，圆孔下边部至管底门的长度为设计桩长；

3)打桩机就位，由打桩锤将引孔桩管打桩至设计深度；

4)从钢套管上部侧壁预留的圆孔内塞放进长度等于设计桩的土工布桩筒袋，土工布桩筒袋的进料口伸出钢套管上部预留的圆孔外；

5)将混合料拌和系统的装料管与土工布桩筒袋的进料口相联接；

6)开启混合料拌和系统的气压储料仓下的气压阀，并打开鼓风机前的阀门，开启鼓风机将气压储料仓内的轻质活性材料通过气压吹填入土工布桩筒袋内，并直至装填满土工布桩筒袋，关闭气压储料仓下的气压阀、关闭气管上的阀门，从土工布桩筒袋内移出装料管口，扎紧土工布桩筒袋的进料口；

7)从穿过空心振动锤的空心孔的钢管上口吊放入直径小于钢管内径的重锤，用重锤夯压装满轻质活性材料的土工布桩筒袋，并开启空心振动锤振动上拔钢套管，钢套管被吊着上升离开软土地基；装满轻质活性材料的土工布桩筒袋在重量作用下留在原位，轻质活性材料汲取软土地基中的孔隙水，并经过水化反应形成土工布轻质活性材料桩；

8)从复步骤3)～7)，至软土地基加固处理完毕。

土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法是：将生石灰、废石膏与粉煤灰(或炉渣、矿渣)等轻质材料按一定比例混合搅拌使之成为可遇水反映并能固化的轻质活性材料，并通过本发明的工艺措施，将该轻质活性材料装填进已沉入软土地基上的土工布桩筒袋(桩筒型)内，使之在软土中形成桩基，并具有多种机理的地基处理效果。土工布是指由专门生产的具有抗酸碱能力的土工织物布缝制。

土工布轻质活性材料桩处理软土地基的作用机理是对软土的脱排水固结、挤密、轻质材料置换和基桩承力，其地基处理的具体原理可包括：

1、生石灰极易吸水，可降低桩周软弱土体的含水量，减少土体间的孔隙率。

2、生石灰吸水膨胀使桩间土体产生强大的挤压力，进而可使土体挤密，孔隙比减少，土体在密实中提高承载能力。

3、生石灰与粉煤灰(或炉渣、矿渣)遇水发生火山灰反应，而废石膏与粉煤灰(或炉渣、矿渣)生成三硫型钙矾石，反应生成物在土工布袋内形成具有较高强度、水硬性及水稳性的承力基桩。

4、土工布桩筒袋(土工布袋)起到方便施工和对基桩的加筋作用。首先，桩筒型土工布可自由透水却可阻隔轻质活性材料的水化颗粒在未凝固前不流失，使生石灰在吸水膨胀时不至于粘黏和堵塞施工桩机的引孔沉管，这样可便于施工；再者，土工布对基桩强度起到加筋抗拉拔应力的作用。

5、由于生石灰、废石膏与粉煤灰(或炉渣、矿渣)的容重小于土体的容重，本工艺采用排土工艺成桩，轻质活性材料的基桩置换了原桩孔内的软土，地基加固层的自重减轻，从而使得地基承载力有较大的提高。

6、硬化固结后的土工布轻质活性材料桩内有较多的连通孔隙，这些连通孔隙在地基承力压载的过程中，作为排水渗透管道，可对基桩周边的地基土起到进一步排水固结的作用。

土工布轻质活性材料桩处理软土地基，可达到深厚软基浅层处理的目的，其与一般所说的石灰桩处理软基相比，解决了石灰桩处理软基所不能解决的三个问题，即：

第一，针对深厚软土中的摩擦桩基，地基在受荷状态或沉降的过程中，会对基桩产生拉应力，土工布袋的加筋可极大地提高基桩的抗拉能力，保证了基桩在抗拉拔中不致产生断桩现象。

第二，石灰桩处理软基，在地下水位以下的基桩容易出现生石灰水解后不钙化的“软芯”现象，致使地基承载力的提高受到局限。而土工布轻质活性材料桩处理软基却不会出现上述的“软芯”现象，具体的说土工布轻质活性材料桩在水化作用下可形成具有较高强度、水硬性及水稳性的承力基桩，其反应的定性描述是：

xCa(HO)₂+SiO₂+nH₂O→xCaO.SiO₂.(n+x)H₂O

y Ca(HO)₂+Al₂O₃+nH₂O→yCaO.Al₂O₃.(n+y)H₂O

3Ca(HO)₂+Al₂O₃+3CaSO₄.2H₂O+26H₂O→3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O

第三，石灰桩在酸性地下水的长期作用下易造成钙流失和基桩被腐蚀损坏的现象，而土工布轻质活性材料桩却不会被酸性地下水或碱性地下水腐蚀，其水硬性、水稳性及耐腐蚀性强。

本发明的有益效果是：该方法适用于深厚软基的浅层处理，其加固效果好，经济效益高。本发明施工方便、快速、环保，桩基质量耐久性长；土工布袋可约束轻质活性材料遇水后的松散膨胀，形成致密的桩体，保证基桩的桩身强度；土工布袋的加筋可极大地提高基桩的抗拉能力，保证了深厚软基浅层处理时摩擦桩基在负摩擦力作用下不致产生断桩的现象；完全杜绝了石灰桩施工中易膨胀塞管、水解后不钙化“软芯”及耐腐蚀能力差的缺陷，进一步提高了地基的处理工效。本发明从机理上说其同时具备软土的脱水固结、挤密、轻质材料置换、基桩承力和排水固结的多种功能。本发明的施工工艺适应性强、环保性好。

土工布轻质活性材料桩合适于土木工程建设的不同土质的陆域工程软基处理，用于公路、铁路、码头堆场、市政工程等领域进行深厚软基浅层处理的经济效益高。

附图说明

图1为本发明的土工布轻质活性材料桩的成桩流程示意图；

图2是混合料拌和系统的结构示意图；

图3为土工布轻质活性材料桩的成桩步骤示意图；

图4为空心振动锤的断面结构示意图(图3中沿A-A向的视图)。

图中：1-螺旋上料机，2-集料斗，3-搅拌机，4-气压储料仓，5-气压阀，6-装料管，7-鼓风机，8-阀门，9-吊环，10-空心振动锤，11-法兰，12-进料口与装料管绑扎连接，13-土工布桩筒袋，14-重锤，15-钢套管，16-管底门。

具体实施方式

如图1-图4所示，土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法，它包括如下步骤：

1)轻质活性材料的准备：轻质活性材料由下述三种原料组成：①生石灰，②废石膏，③粉煤灰、炉渣或矿渣；按各原料所占重量份数为：①生石灰1份，②废石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、炉渣或矿渣1～2份，选取各原料(注：粉煤灰、炉渣或矿渣都能实现本发明；三种原料的上限、下限取值、区间取值，都能实现本发明)；

将上述组成轻质活性材料的三种原料装入集料斗2中，并通过螺旋上料机1输入搅拌机3内均匀拌和2～3min，得到轻质活性材料，然后卸入气压储料仓4内；

混合料拌和系统包括螺旋上料机1、集料斗2、搅拌机3、气压储料仓4、气压阀5、装料管6、鼓风机7、阀门8，集料斗2的输出口位于螺旋上料机1的输入口的上方，螺旋上料机1输出口位于搅拌机3的输入口的上方，搅拌机3的输出口与气压储料仓4的输入口相连，气压储料仓4的下端由气管与鼓风机7的输出口相连，气管上设有气压阀5，装料管6的一端与气压储料仓4的下端输出口相连，装料管6的另一端为出料端，气管上设有阀门8，阀门位于气压阀5与鼓风机7之间；装料管上也可设阀门；

2)土工布桩筒袋和引孔桩管的准备：①土工布桩筒的准备：用具有耐酸碱能力的土工织物加工成筒状，得到土工布桩筒袋，土工布桩筒袋直径大于钢套管15的内径2～4cm；

②引孔桩管的准备：引孔桩管由钢套管15和管底门16组成，钢套管15的底部铰接管底门16，管底门16至少有3扇(一般为3～6扇)；钢套管的外径等于设计桩的外径(一般200～600mm)，钢套管的上端与空心振动锤10上的钢管法兰连接(钢管穿过空心振动锤10上的空心孔，空心孔的半径R＝20～60cm，该钢管与钢套管直径匹配)，钢套管上部侧壁预留塞放土工布桩筒袋的圆孔，圆孔下边部至管底门(桩尖)的长度为设计桩长；

3)打桩机就位，由打桩锤将引孔桩管打桩至设计深度(振动沉入引孔桩管，此时，钢套管15底部的管底门16合拢)；

4)从钢套管上部侧壁预留的圆孔内塞放进长度等于设计桩的土工布桩筒袋(或称土工布袋)，土工布桩筒袋的进料口伸出钢套管上部预留的圆孔外；

5)将混合料拌和系统的装料管与土工布桩筒袋的进料口相联接(进料口与装料管绑扎连接12)；

6)开启混合料拌和系统的气压储料仓下的气压阀5，并打开鼓风机前的阀门8，开启鼓风机将气压储料仓4内的轻质活性材料通过气压吹填入土工布桩筒袋内，并直至装填满土工布桩筒袋(轻质活性材料填满土工布袋)，关闭气压储料仓下的气压阀5、关闭气管上的阀门8(也关闭鼓风机)，从土工布桩筒袋内移出装料管口，扎紧土工布桩筒袋的进料口(装料管或称输料管；移除输料管，扎紧土工布袋的口)；

7)从穿过空心振动锤的空心孔的钢管上口吊放入直径小于钢管内径的重锤14，用重锤夯压装满轻质活性材料的土工布桩筒袋，并开启空心振动锤振动上拔钢套管，钢套管被吊着上升离开软土地基(钢套管上的管底门在重量的作用下打开)；装满轻质活性材料的土工布桩筒袋在重量作用下留在原位，轻质活性材料汲取软土地基中的孔隙水，并经过水化反应形成土工布轻质活性材料桩；

8)从复步骤3)～7)，至软土地基加固处理完毕。

通过实施证明，本发明的方法适用于深厚软基的浅层处理，其加固效果好。

Claims (1)

1.土工布轻质活性材料桩处理软土地基的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)轻质活性材料的准备：轻质活性材料由下述三种原料组成：①生石灰，②废石膏，③粉煤灰、炉渣或矿渣；按各原料所占重量份数为：①生石灰1份，②废石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、炉渣或矿渣1～2份，选取各原料；

将上述组成轻质活性材料的三种原料装入集料斗中，并通过螺旋上料机输入搅拌机内均匀拌和2～3min，得到轻质活性材料，然后卸入气压储料仓内；

混合料拌和系统包括螺旋上料机、集料斗、搅拌机、气压储料仓、气压阀、装料管、鼓风机、阀门，集料斗的输出口位于螺旋上料机的输入口的上方，螺旋上料机输出口位于搅拌机的输入口的上方，搅拌机的输出口与气压储料仓的输入口相连，气压储料仓的下端由气管与鼓风机的输出口相连，气管上设有气压阀，装料管的一端与气压储料仓的下端输出口相连，装料管的另一端为出料端，气管上设有阀门，阀门位于气压阀与鼓风机之间；

2)土工布桩筒袋和引孔桩管的准备：①土工布桩筒的准备：用土工织物加工成筒状，得到土工布桩筒袋，土工布桩筒袋直径大于钢套管的内径2～4cm；

②引孔桩管的准备：引孔桩管由钢套管和管底门组成，钢套管的底部铰接管底门，管底门至少有3扇；钢套管的外径等于设计桩的外径，钢套管的上端与空心振动锤上的钢管法兰连接，钢套管上部侧壁预留塞放土工布桩筒袋的圆孔，圆孔下边部至管底门的长度为设计桩长；

3)打桩机就位，由打桩锤将引孔桩管打桩至设计深度；

4)从钢套管上部侧壁预留的圆孔内塞放进长度等于设计桩的土工布桩筒袋，土工布桩筒袋的进料口伸出钢套管上部预留的圆孔外；

5)将混合料拌和系统的装料管与土工布桩筒袋的进料口相联接；

6)开启混合料拌和系统的气压储料仓下的气压阀，并打开鼓风机前的阀门，开启鼓风机将气压储料仓内的轻质活性材料通过气压吹填入土工布桩筒袋内，并直至装填满土工布桩筒袋，关闭气压储料仓下的气压阀、关闭气管上的阀门，从土工布桩筒袋内移出装料管口，扎紧土工布桩筒袋的进料口；

7)从穿过空心振动锤的空心孔的钢管上口吊放入直径小于钢管内径的重锤，用重锤夯压装满轻质活性材料的土工布桩筒袋，并开启空心振动锤振动上拔钢套管，钢套管被吊着上升离开软土地基；装满轻质活性材料的土工布桩筒袋在重量作用下留在原位，轻质活性材料汲取软土地基中的孔隙水，并经过水化反应形成土工布轻质活性材料桩；

8)从复步骤3)～7)，至软土地基加固处理完毕。

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