CN102786281B - 适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土新配方 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土新配方，按质量分数计包括以下组分：干土粉10份；水泥2.40份；水玻璃0.72份；粉煤灰0.576份；硅粉0.132份；生石膏粉0.12份；水6.08份；py4复合外加剂0.072份。本发明通过大量室内正交试验，发现在以吹填淤泥为主的温州滨海围垦吹泥排水法加固软土中掺入水泥及多种外掺剂与复合外加剂，可以较大幅度地改变它们的抗压、抗剪、压缩性能；而且新配方与常规水泥土配方相比，耗材增加较少，但能较大幅度地提高水泥海涂软土的抗压、抗剪、压缩性能，特别是显著提高早期的抗压强度与显著减少工后沉降，这对东南沿海产业带超软土吹泥法滨海围垦区土地的大面积利用与工程建设具有重要意义。

Description

适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土新配方

技术领域

本发明属于土木工程领域，特别涉及一种适用于超软土吹泥法滨海围垦区道路与管线地基再加固水泥围垦海涂软土新配方。

背景技术

近几年，我国沿海地区从天津到珠海，海涂围垦工作轰轰烈烈，如浙江沿海地区的宁波、舟山、温州也正在开展沿海海涂围垦工作。沿海产业带开发已成为沿海当地政府的重点内容，目前各地的沿海产业带工作主要是海涂围垦与围垦后土地的利用。海涂围垦产生土地，可以有效解决目前普遍存在的沿海地区建设用地资源匮乏难题，形成人类新的生存空间，造就新的就业机会，因此沿海海涂围垦建设已成为社会经济可持续发展的重要支撑。

我国东南沿海海涂围垦地基处理方法较多，较为实用的是排水固结法，由于海涂面标高低而且海涂土承载力很低，为使海涂围垦而成的土地能用于工程建设，必须新造较厚的表层土，制造方法常用“吹砂法+排水固结法”，该法加固效果较好，但在东南滨海饱和软粘土地区（如浙江温州），由于缺少砂料，吹砂法成本高，而改用“吹泥法+真空予压+塑料排水板”，该法已在实践中取得成功。但考虑成本与技术措施，目前东南滨海饱和软粘土地区的吹泥法围垦标准，是让今后的建设单位在建设时土建施工机械可以进出为标准进行围垦处理的，如浙江温州吹泥法围垦处理后的表层承载力约为50kPa。而建设单位通过市场方式购得土地后，对红线划区内（超软土吹泥法滨海围垦区）所造的建筑物可以通过桩基等解决，而区内道路往往会成为大家忽略的事情，这样就会出现道路下沉及道路边管线下沉及开裂等头痛问题。本专利通过大量的室内试验，研究采用水泥海涂土增强节材新配方，解决超软土吹泥法滨海围垦区已碰到（或将要碰到）的围垦区内道路与管线地基再加固难题。

另外，东南滨海饱和软粘土地区的海涂软土含水量极高、渗透性极差，虽然通过相关地基处理方法可以达到进场土建施工的条件，但吹泥法围垦处理后的表层加固土的工后沉降至今没有明确的数值也没有全面的研究，本专利同时通过大量室内试验研究新配方的工后沉降效应，使区内道路与管线在强度、变形、耐久性、稳定性等方面都符合使用要求。

目前对东南滨海饱和软粘土地区的吹泥法滨海围垦区开展这方面的新配方研究还是空白，本专利对建设单位的区内道路与管线建设具有很重要的实际与实用的意义，同时对东南沿海产业带吹泥法滨海围垦区土地的大面积利用具有非常积极的作用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有滨海围垦区超软土通过吹泥法加固后的表层土，用于道路与管线地基时在承载力与变形两方面都存在较为严重的不足；而提供一种适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土新配方。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土新配方，其特征在于，按质量分数计包括以下组分：干土粉10份；水泥2.40份；水玻璃0.72份；粉煤灰0.576份；硅粉0.132份；生石膏粉0.12份；水6.08份；py₄复合外加剂0.072份。

进一步设置是：所述py₄复合外加剂按质量份数计包括以下组分：三乙醇胺1份；木质素磺酸钙1.50份；氯化钙6份；氯化镁9份；明矾5.2份；绿矾1.8份；红矾1.2份。

进一步设置是：所述的生石膏粉为白色干粉，其中SO₃含量42.5%，比表面积3500cm²/g；所述硅粉其主要成分为SiO₂、CaO，分子量60.09，是白色粉末，SiO₂、CaO的质量份数分别为30%、6.0%；所述粉煤灰为干排粉煤灰，SiO₂、CaO的质量份数分别为65.2%、4.0%；所述水玻璃模数为2.4以上。

进一步设置是：所述三乙醇胺，无色、粘稠液体，平均分子量147.0-149.0，纯度≥99%；所述木质素磺酸钙，淡黄色粉末，木质素含量≥55%；所述氯化钙为无水氯化钙，分子量110.99，白色粒状物，含量≥96.0%；所述氯化镁为六水合氯化镁，白色结晶体，含量≥98.0%；所述明矾，无色透明结晶体，含量≥99.2%；所述绿矾，淡绿色结晶体，分子量为278.05；所述红矾为红矾钠，橙红色晶体。

进一步设置是：所述的水泥为普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为R32.5或以上等级，且水泥的3d、7d、28d抗压强度分别为21.9MPa、34.2MPa、48.8MPa以上。

本发明相较于现有技术，其优势在于：

采用这种“海涂土+水泥+掺合料+复合外加剂”增强节材新配方，进行拌合使用，在现场可以挖开表层围垦土，并使它尽可能呈松散状态，参照道路路基施工方法，按配方比例拌入水泥、掺合料、复合外加剂、水，拌合均匀即可。

采用这种新配方，针对超软土吹泥法滨海围垦区表层海涂土性特点，在室内经过多次正交试验，确定在合理节材时新配方增强最佳配合比为“水泥(掺量16%)+水玻璃(为水泥的30%)+粉煤灰(为水泥的24%)+硅粉(为水泥的5.5%)+生石膏粉(为水泥的5%)+py₄复合外加剂(为水泥的3%)”。该新配方不但明显提高水泥土抗压强度、抗压早期强度（早强对道路施工工期很重要），而且较大幅度地提高水泥土的抗剪强度，较大幅度地减少水泥海涂土的变形与工后沉降，使区内道路与管线在强度、变形、耐久性、稳定性等方面都符合使用要求，为吹泥法滨海围垦区内道路与管线地基再加固及优质使用提供保证。

本发明工艺所加固的软粘土是超软土滨海围垦区通过吹泥法加固而成的海涂吹填土，呈流塑、高压缩性、高灵敏度，为淤泥质夹粉砂等组成，天然含水量为50.02%，液限为35.93%，塑限为23.81%，比重2.74；（室内试验）水泥浆水灰比为0.45。

本发明的优点在于：采用多种化学材料混合搭配，在充分分析它们增强机理后采用室内正交试验与多组数对比试验，找到的最佳配方。该配方在压缩变形、早期抗压强度方面做出了突出的努力，能较大提高道路与管线地基的承载力、变形、稳定性。经济有效地解决目前超软土滨海围垦区工程中出现道路下沉及道路边管线下沉及开裂等头痛问题。为建设单位购得滨海围垦区土地后工程建设时道路及管线地基再加固提供节材有效的加固方法与理论试验基础。

本发明是针对超软土吹泥法滨海围垦区已加固海涂土在工程建设中的关键技术展开，本专利的实施对东南沿海产业带吹泥法滨海围垦区土地的大面积利用具有非常积极的作用。

本发明的加固方法是按道路路基拌合施工考虑，与传统的水泥搅拌桩湿喷及锚管水泥浆注浆施工不同，本施工方法非常简单，仅需测试现场围垦表层海涂土的含水量，算出每立方现场表层海涂土的干土重与天然含水量重，即可按本发明配方按比例将水泥、粉煤灰、硅粉、生石膏粉搅拌均匀，并将水玻璃、复合外加剂事先融于定量自来水中，然后挖松表层海涂土，分层加定量水拌入（尽量均匀）以上配方成分即可。

附图说明

图1为实施例1围垦海涂软土新配方抗压强度试验数据图；

图2为实施例1围垦海涂软土新配方(直剪)抗剪强度-粘聚力试验数据图；

图3为实施例1围垦海涂软土新配方压缩试验e-p曲线图；

图4为实施例1围垦海涂软土新配方压缩试验e-t(工后沉降)曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

土样取自温州民营经济科技产业基地滨海园区丁山垦区吹填及软基处理工程3标工地，并取埋深2m内的表层围垦海涂土，与三乙醇胺、木质素磺酸钙、氯化钙、氯化镁、明矾、绿矾等7种化学外加剂按不同比例组合成5种复合外加剂（最后确定一种最有效的比例，取名py₄复合外加剂），与由硅粉、粉煤灰、水玻璃、生石膏粉等4种化学材料组合而成的3种外掺剂（外掺剂1、外掺剂2、外掺剂3)，再与湿土重的14%、16%、18%的水泥进行各种比例的组合。考虑现场施工是参照道路路基拌合法施工，水灰比0.45仅是方便施工之用，考虑表层围垦海涂土天然含水量为50%，因此本试验实际用水是6.08份。

因目前还没有专门适合水泥土室内抗压强度试验的试验机，本试验采用建材试验室砂浆试模(7.07cm×7.07cm×7.07cm)和小压力砂浆试验机，抗剪强度试验与压缩试验的试件采用面积为30cm²的环刀试样。烘干土样在碾磨机上碾碎，过筛后将事先按比例称好的上述材料和自来水按一定顺序放入搅拌锅内，用搅拌铲人工拌和均匀，然后分两次装入试模，分别用直径25mm钢筋击振50次，刮平试模，盖上塑料布。试块成型后在20C下养护24h脱模，放入标准养护室养护2d拆模，脱模后放入标准养护室，分别按7、14、28、45d、60d龄期进行养护。

配制原料及配比同权利要求书说明。

（1）抗压强度对比试验结果与分析

抗压强度试验结果见附表1。表中第C组为吹泥法围垦表层土（不放水泥及掺合剂）无加固配方，B组为常规水泥土加固配方（围垦表层湿土重的18%水泥+2%水泥重的生石膏粉，但不放其它掺合剂与py₄复合外加剂），A组本专利加固研究配方（围垦表层干土+水泥+水玻璃+粉煤灰+其它掺合剂+py₄复合外加剂）；表中每试样编号均有3个试块做正交试验，其中数值为3个试块的平均值。

由试验结果（表1）可知：

1）C组抗压强度很低，这可能是“吹泥法+排水固结法”加固的围垦表层土特殊土性所致（室内试验干土加水不能全部恢复原状土性能）；B组在干土中拌入湿土重的18%水泥（及2%生石膏粉）后，其7d-60d抗压强度与C组相比，强度分别提高至C组的9.90、13.20、17.45、20.82、21.55倍；充分说明水泥对围垦土加固的有效性。

表1  实施例1围垦海涂软土新配方抗压强度试验数据一览表

表中：掺合剂1为水玻璃(为水泥的35%)+粉煤灰(为水泥的34%)+硅粉(为水泥的7%)+生石膏粉(为水泥的7%)；掺合剂2为水玻璃(为水泥的30%)+粉煤灰(为水泥的24%)+硅粉(为水泥的5.5%)+生石膏粉(为水泥的5%)；掺合剂3为水玻璃(为水泥的25%)+粉煤灰(为水泥的14%)+硅粉(为水泥的4%)+生石膏粉(为水泥的4%)

2）为了试找更为有效节材的新配方，将A组又分为配方1、配方2、配方3三批做正交试验。配方1水泥少（14%），但掺合料中水玻璃、粉煤灰、硅粉多，配方3水泥多（18%），但掺合料中水玻璃、粉煤灰、硅粉少，配方2水泥居中（16%），掺合料中水玻璃、粉煤灰、硅粉也居中。另外py₄复合外加剂经多组正交试验，结果是3%的水泥重含量效果最佳。三批正交试验的结果是配方1强度最低（但比B组有了明显提高，7d、60d龄期分别提高34.34%、17.72%，而耗材却下降3.56%），而配方2与配方3强度非常接近，但配方3耗材比B组上升29.26%，造价上偏不合理。

3）A组配方2的耗材比B组虽上升12.85%，但其7d-60d抗压强度与B组相比，强度分别提高了63.63%、57.57%、37.50%、29.69%、29.53%，相当于提高了约43.58%，增强效果显著，特别是早期抗压强度增强效果很显著，而成本却提高不太多，造价上属于合理范围。

典型的抗压强度变化规律曲线见附图1，图上的曲线由上到下依次为系列1（为A组配方2）、系列2（为B组），系列3（为C组），因此将A组配方2作为新配方代表继续观测抗剪强度试验与压缩试验。

（2）抗剪强度对比试验结果与分析

对抗剪强度试验，由于本次研究是对比性研究，采用适于大批量试件的直接剪切试验。抗剪强度试件采用面积为30cm²的环刀试样。直接剪切抗剪强度试验结果见附表2。表中每试样编号均有3个试块做正交试验，其中数值为3个试块的平均值。

表2    实施例1围垦海涂软土新配方(直剪)抗剪强度试验数据一览表

由试验结果（表2）可知：

1）C组抗剪强度很低，粘聚力(c值)约为6.75kpa、内摩擦角(

值)约为4度；但B组的7d-60d抗剪强度与C组相比，粘聚力c值约提高5.5倍，内摩擦角

值约提高1.7倍；充分说明水泥对围垦土抗剪强度加固的有效性。

2）对A组配方2，从表2的试验数据可知其抗剪强度呈现一个明显的变化。其7d-60d抗剪强度与B组相比，c值分别提高了17.51%、13.03%、17.68%、12.66%、16.76%；c值约平均提高了15.53%；

值分别提高了25.68%、31.44%、33.02%、32.51%、33.15%，

值约平均提高了31.16%。虽然c值提高不大，但对软土的抗剪强度来说已是很不错了，而且

值提高幅度较大，即整体增强效果显著，而成本仅提高了约12.85%，造价上属于合理范围。

典型的抗剪强度c值变化规律曲线见附图2，图上的曲线由上到下依次为系列1（为A组配方2）、系列2（为B组）、系列3（为C组）。

（3）压缩对比试验结果与分析

对压缩试验，由于本次研究是对比性研究，采用适于大批量试件的多联压缩仪，压缩试验试件采用面积为30cm²的环刀试样。压缩e-p曲线对比试验，每级荷载下24小时读1次；另做压缩变形（工后沉降）对比试验，在150kpa、200kpa下稳定荷载下继续观测16天，直至连续3天没有变化为止。压缩试验结果见附表3。表中每试样编号均有3个试块做正交试验，其中数值为3个试块的平均值。

表3a  实施例1围垦海涂软土新配方压缩试验数据一览表

表3b  实施例1围垦海涂软土新配方压缩工后孔隙比变化试验数据一览表

由试验结果（表3）可知：

1）C组压缩系数为1.02Mpa^-1，压缩指数为0.34Mpa^-1，属高压缩性土。而B组经过水泥加固后，C组的压缩系数（压缩指数）是B组的8.1倍，B组的压缩能力大为提高，土性改为低压缩性土，说明水泥对围垦土抗剪强度加固的有效性。

2）对A组配方2，从表3的试验数据可知其压缩能力呈现一个明显的变化。为了测试不同压力下的工后沉降，A组配方2又分二批，分别是2-1与2-2，配方2-1(2-2)与B组相比，抗压缩能力分别提高了24%(28%)，平均提高了26%，虽然提高不是很大，但对软土的压缩变形来说已是效果显著。

3）从表3b的A组配方2-1（2-2）的工后孔隙比变化数据看，150kpa（特别是200kpa）稳定荷载下继续观测2-16天，发现压缩量已很少，10天后就数据就没有任何变化了；而B组2-16天的压缩量一直还在缓慢变化，16天后还看不到停止变化的迹象。因此，从试验数据看A组配方的工后沉降效果明显好于B组。而成本仅提高了约12.85%，造价上属于合理范围。

典型的e-p、e-t(工后沉降)变化规律曲线见附图3和附图4。

结合以上三方面室内正交试验结果，找到了一种加固超软土吹泥法滨海围垦区道路与管线地基的水泥海涂软土新配方，新配方是：水泥(掺量16%)+水玻璃(为水泥的30%)+粉煤灰(为水泥的24%)+硅粉(为水泥的5.5%)+生石膏粉(为水泥的5%)+py4复合外加剂(为水泥的3%)。

Claims (4)

1.一种适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土组合物，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：干土粉10份；水泥2.40份；水玻璃0.72份；粉煤灰0.576份；硅粉0.132份；生石膏粉0.12份；水6.08份；py₄复合外加剂0.072份； 

所述py₄复合外加剂按质量份数计包括以下组分：三乙醇胺1份；木质素磺酸钙1.50份；氯化钙6份；氯化镁9份；明矾5.2份；绿矾1.8份；红矾1.2份。 

2.根据权利要求1所述适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土组合物，其特征在于，所述的生石膏粉为白色干粉，其中SO₃含量42.5%，比表面积3500cm²/g；所述硅粉的主要成分为SiO₂和CaO，分子量60.09，是白色粉末，SiO₂、CaO的质量份数分别为30%、6.0%；所述粉煤灰为干排粉煤灰，SiO₂、CaO的质量份数分别为65.2%、4.0%；所述水玻璃模数为2.4以上。 

3.根据权利要求1所述适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土组合物，其特征在于，所述三乙醇胺，无色、粘稠液体，平均分子量147.0-149.0，纯度≥99%；所述木质素磺酸钙，淡黄色粉末，木质素含量≥55%；所述氯化钙为无水氯化钙，分子量110.99，白色粒状物，含量≥96.0%；所述氯化镁为六水合氯化镁，白色结晶体，含量≥98.0%；所述明矾，无色透明结晶体，含量≥99.2%；所述绿矾，淡绿色结晶体，分子量为278.05；所述红矾为红矾钠，橙红色晶体。 

4.根据权利要求1所述适用于超软土吹泥法的围垦海涂软土组合物，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为R32.5或以上等级，且水泥的3d、7d、28d抗压强度分别为21.9MPa、34.2MPa、48.8MPa以上。 

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