CN103289706B

CN103289706B - 一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱

Info

Publication number: CN103289706B
Application number: CN201310218228.3A
Authority: CN
Inventors: 李世洋; 刘庆伟; 于浩; 李建猛; 黄新
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103289706A

Abstract

本发明公开了一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，属于土木工程领域。对于含盐量在5.02-46.9%，特定盐分种类及含量的超硫酸盐渍土场地地基，取轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂的混合物作为胶结材料，控制盐渍土含水量使胶结材料与盐渍土拌合均匀形成的胶结盐渍土处于最佳含水量附近；将下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至设计深度，将胶结盐渍土逐步填入套管中并使其增密至其干密度处于最大干密度附近，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。该地下增密胶结盐渍土柱能够解决超硫酸盐渍土地区地基现有地基处理方法承载力和耐久性不足的问题。

Description

一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱

技术领域

本发明涉及一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，属于土木工程领域。

背景技术

我国盐湖带区域面积约占国土面积的一半，主要集中在新疆盐湖区、西藏盐湖区、青海盐湖区和内蒙古盐湖区，其中相当一部分是超硫酸盐渍土。盐湖周围的超硫酸盐渍土区域含盐量可高达46.9％，超硫酸盐渍土对以硅酸盐系列水泥制备的混凝土产生严重的化学腐蚀、物理结晶腐蚀，造成钢筋砼锈蚀，对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁。故急需开发在超硫酸盐渍土中提供高承载力和耐久性良好的地基加固方法。

本发明提供一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。

发明内容

发明人提出一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。具体如下：针对特定离子组成及含量的盐渍土场地，将由轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂组成的混合物作为胶结材料，取适量胶结材料与盐渍土搅拌均匀形成胶结盐渍土，控制盐渍土含水量使胶结盐渍土处于最佳含水量附近；将一个下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度并保证管中干燥；将制备好的处于最佳含水量附近的胶结盐渍土填入套管中，同时采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密至其干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐步填入与增密，逐步提升套管，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。所述的矿物掺合料包括：粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石；所述的外加剂包括：柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸铝、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液。胶结材料组分与盐渍土中某些盐分之间的作用及胶结盐渍土的增密，使地下增密胶结盐渍土柱拥有较高的强度，且拥有良好的耐久性。

本发明所述的盐渍土为含盐量在5.02-46.9％的超硫酸盐渍土，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.09～4.26％，Mg²⁺：0.07～1.54％，K⁺和Na⁺：2.35～22.05％，SO₄ ^2-：1.89～23.05％，Cl^-：0.59～4.72％，HCO₃ ^-：0.03～0.96％，CO₃ ^2-：0～0.27％。所述的硫酸盐渍土为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土。

本发明所述的胶结材料按重量份计算各组分掺量范围为：轻烧氧化镁100～600份、硫酸镁0～200份、柠檬酸0～10份、柠檬酸盐0～10份、磷酸或磷酸盐0～5份、草酸0～5份、硅酸钠0～8份、硫酸盐0～5份、乙酸0～5份、鞣酸0～8份、蔗糖0～10份、丙烯酸乳液0～8份、粉煤灰0～40份、硅灰0～60份、矿渣0～40份、煅烧煤矸石0～40份、热处理硅藻土0～40份、石英0～30份、滑石0～30份。其中，轻烧氧化镁、柠檬酸盐、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石为比表面积大于250m²/kg的粉体。

本发明所述的轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比在30％以上；所述的硫酸镁为不同等级的工业硫酸镁；所述的柠檬酸盐包括但不限于柠檬酸钠、柠檬酸铵；所述的磷酸盐包括但不限于磷酸二氢铵、磷酸二氢钠；所述的硫酸盐包括但不限于硫酸铝、石膏；所述柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸盐、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液均为工业级。

本发明所述胶结盐渍土中胶结材料的掺量为盐渍土干重量的5-20％。

本发明所述的下端有临时封堵的套管是由套管、桩尖和隔水层组成。其中，套管为桩基工程中通用的套管，可根据需要为圆形或方形；桩尖可以是但并不限于普通水泥砼、碱激发水泥砼等公知材料预制而成；隔水层置于套管与桩尖之间，可以由但并不限于废弃的橡胶垫等廉价的工程材料制备，或使用现场的泥土封堵，起到隔水作用。套管、桩尖和隔水层可按公知技术制作。

本发明所述的采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密，其采用的方式可以是但并不限于下列3种：①采用一定重量和底面积的重锤将填入套管的胶结盐渍土夯实；②采用静压设备将填入套管的胶结盐渍土压密；③采用反螺旋压入设备将填入套管的胶结盐渍土压密。

本发明所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，其特征为：根据设计对柱体承载力的需要，通过控制重锤的夯击能、静压设备的压力、反螺旋压入设备的压力，可形成与套管直径相等的增密胶结盐渍土柱、扩大直径的不同形状的增密胶结盐渍土柱。

结合实验室试验数据和本发明提供的地下增密胶结盐渍土柱的现场试验结果，本发明给出地下增密胶结盐渍土柱的适用盐渍土最佳含盐量范围及胶结材料各组分最优掺量范围。

本发明所述的地下增密胶结盐渍土柱适用超硫酸盐渍土的最佳含盐量范围为15.32-37.42％，相应的胶结材料按重量份计算各组分最优掺量范围为：轻烧氧化镁250～500份、硫酸镁0～150份、柠檬酸0～8份、柠檬酸盐0～8份、磷酸或磷酸盐0～3份、草酸0～3份、硅酸钠0～5份、硫酸盐0～3份、乙酸0～3份、鞣酸0～5份、蔗糖0～8份、丙烯酸乳液0～5份、粉煤灰0～30份、硅灰0～40份、矿渣0～30份、煅烧煤矸石0～30份、热处理硅藻土0～30份、石英0～20份、滑石0～20份。

本发明所述胶结盐渍土处于最佳含水量附近和处于最大干密度附近是指胶结盐渍土的含水量ω、干密度ρ与根据《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)中击实试验所得最佳含水量ω₀、最大干密度ρ₀之间满足以下关系：|ω₀-ω|≤10％；0.6ρ₀≤ρ≤ρ₀。

参照《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)，进行如下试验。取适量胶结材料与天然含水量的盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，制备边长为50mm的胶结盐渍土立方体试块；控制上述胶结盐渍土含水量为最佳含水量，制备边长为50mm的增密胶结盐渍土立方体试块(试块的干密度为最大干密度)；将等量硅酸盐水泥替换上述胶结材料与盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，控制其含水量为最佳含水量，制备边长为50mm的增密胶结盐渍土立方体试块(试块的干密度为最大干密度)。试块脱模后，分别进行清水养护、盐渍土养护(与本发明所述的盐渍土环境相同)，于不同的龄期进行无侧限抗压强度试验，试验结果如表1所示。

表1 不同胶结盐渍土试块在不同龄期、不同养护环境下的抗压强度

说明：A为最佳含水量的增密胶结盐渍土试块强度；B为天然含水量盐渍土制备的胶结盐渍土试块强度；C为等量硅酸盐水泥掺量且处于最佳含水量的增密胶结盐渍土试块强度。

从表1中试验数据可知：胶结材料组分与盐渍土中的某些盐分之间的作用使得胶结盐渍土在盐渍土环境中发展并保持强度，且拥有良好的耐久性；增密的胶结盐渍土相对于天然含水量的胶结盐渍土由于密实度增加强度有很大提高；仅掺有硅酸盐水泥的胶结盐渍土在盐渍土环境中受到腐蚀。

本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，具体的施工工艺为：

第一步：进行工程勘探，了解盐渍土的含盐量、离子种类及物理性质指标。

第二步：根据胶结盐渍土柱设计要求的胶结盐渍土强度，以及盐渍土的含盐量、离子种类和物理性质指标，确定胶结材料的组成及掺量。

第三步：将轻烧氧化镁、矿物掺合料及外加剂固体组分按比例充分搅拌，再加入溶有硫酸镁的水及外加剂液体组分，将其拌和均匀形成胶结材料混合物；通过将盐渍土风干等方式控制盐渍土含水量，使胶结材料混合物与盐渍土搅拌均匀形成的胶结盐渍土含水量处于最佳含水量附近。

第四部：采用静压、锤击或振动等方式将一下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度，由于桩尖与套管间的隔水层的保护作用，套管在植入盐渍土地基过程中管内始终处于干燥状态。

第五步：将胶结盐渍土逐步填入套管中并采用一定的方式使胶结盐渍土增密，形成地下增密胶结盐渍土柱，其中使胶结盐渍土增密的方式可以是但并不仅限于下面的3种方式：①采用一定重量和底面积的重锤将填入套管的胶结盐渍土夯实：将制备好的胶结盐渍土分层填入套管中，每填入一层胶结盐渍土即用一定重量和底面积的重锤夯击，使夯密的胶结盐渍土干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐层填入与夯密，逐步将套管提升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。②采用静压设备将填入套管的胶结盐渍土压密：将制备好的胶结盐渍土分层填入套管中，每填入一层胶结盐渍土即用静压设备压密，使压密的胶结盐渍土干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐层填入与压密，逐步将套管提升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。③采用反螺旋压入设备将填入套管的胶结盐渍土压密：将带有通长螺旋叶片的钻杆放入套管底部，将制备好的胶结盐渍土通过螺旋叶片反转填入套管中；通过反螺旋压人设备对钻杆施加一定压力使胶结盐渍土被螺旋叶片送至套管底端压密至其干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐步填入与压密，逐步提升套管并使钻杆逐步上升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。

本发明所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，其优点在于：

1、所述地下增密胶结盐渍土柱在超硫酸盐渍土中有良好的耐久性。

2、由于胶结材料组分与盐渍土中某些盐份之间的作用及胶结盐渍土增密获得高密度胶结盐渍土，所述地下增密胶结盐渍土柱有较高的强度。

3、所述地下增密胶结盐渍土柱有效利用了盐渍土资源，且施工方法简单，大大降低了地基处理的工程费用。

4、所述地下增密胶结盐渍土柱的组成材料对环境无污染，符合长期可持续发展战略。

附图说明

图1为一下端有临时封堵的套管示意图；

图2为套管中初次填入胶结盐渍土示意图；

图3-a为重锤夯击胶结盐渍土示意图；

图3-b为静压设备压密胶结盐渍土示意图；

图3-c为反螺旋压人设备压密胶结盐渍土示意图；

图4为夯实(压密)的胶结盐渍土示意图；

图5-a为某施工阶段夯实(压密)的与套管直径相等的胶结盐渍土柱体示意图；

图5-b为施工完成的与套管直径相等的增密胶结盐渍土柱体示意图；

图6-a为某施工阶段夯实(压密)的扩直径的胶结盐渍土柱体示意图；

图6-b为施工完成的扩直径的增密胶结盐渍土柱体示意图；

图7-a为某施工阶段夯实(压密)的扩直径的胶结盐渍土柱体示意图；

图7-b为施工完成的扩直径的增密胶结盐渍土柱体示意图；

图8为施工完成的扩直径的增密胶结盐渍土柱体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱的制作及施工方法做进一步详细说明，但本发明提供的地下增密胶结盐渍土柱的使用形式及使用范围并不仅限于此。

实施例1

某超硫盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为5.85％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.09，Mg²⁺：0.07，K⁺和Na⁺：2.35％，SO₄ ^2-：2.72％，Cl^-：0.59％，HCO₃ ^-：0.03％，盐渍土的含水量为32.4％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长8m，截面40cm×40cm，胶结盐渍土强度要求为5.2Mpa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁100份、硫酸镁100份、柠檬酸3份、柠檬酸钠10份、磷酸二氢钠3份、硫酸钙5份、乙酸5份、硅灰20份、煅烧煤矸石20份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为40％，硫酸镁为工业硫酸镁，柠檬酸、柠檬酸钠、磷酸二氢钠、硫酸钙、乙酸均为工业级；胶结材料掺量为盐渍土干重量的15％；将轻烧氧化镁、柠檬酸钠、磷酸二氢钠、硫酸钙、硅灰、煅烧煤矸石充分搅拌，再向其中加入溶有硫酸镁的水、柠檬酸、乙酸并拌合均匀形成胶结材料混合物；对盐渍土进行风干处理，将风干后的盐渍土与胶结材料混合物拌合均匀得到处于最佳含水量附近的胶结盐渍土；做现场击实试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中分层夯实至其干密度为最大干密度的60％时相关参数：重锤25kg，每层填入胶结盐渍土20kg，每层夯击次数3次。

采用方形套管，普通水泥砼预制桩尖并用废弃的橡胶垫作为隔水层，形成下端有临时封堵的套管。通过静压的方式将下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-a、图4、图5-a、图5-b所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为6.2MPa。

实施例2

某超亚硫酸盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为15.37％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：1.24％，Mg²⁺：0.22％，K⁺和Na⁺：4.74％，SO₄ ^2-：6.49％，Cl^-：2.24％，HCO₃ ^-：0.30％，CO₃ ^2-：0.12％，盐渍土的含水量为28.4％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长9.0m，桩径35cm，胶结盐渍土强度要求为7.0Mpa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁250份、硫酸镁125份、柠檬酸5份、柠檬酸钠5份、草酸5份、硅酸钠5份、乙酸3份、丙烯酸乳液5份、粉煤灰30份、硅灰20份、矿渣30份、煅烧煤矸石30份、石英30份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为55％，硫酸镁为工业硫酸镁，柠檬酸、柠檬酸钠、草酸、硅酸钠、乙酸、丙烯酸乳液均为工业级；胶结材料掺量为盐渍土干重量的8％；将轻烧氧化镁、柠檬酸钠、硅酸钠、粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、石英充分搅拌，再向其中加入溶有硫酸镁的水、柠檬酸、草酸、乙酸、丙烯酸酯乳液并拌合均匀形成胶结材料混合物；将盐渍土风干处理，使风干后的盐渍土与胶结材料混合物拌合均匀形成处于最佳含水量附近的胶结盐渍土；做现场击实试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中分层夯实至其干密度为最大干密度的70％时的相关参数：重锤25.0kg，每层填入胶结盐渍土20kg，每层夯击次数5次。

采用圆形套管，碱激发水泥砼预制桩尖，并用现场的泥土作为隔水层，形成下端有临时封堵的套管。通过静压的方式将一端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-a、图4、图6-a、图6-b所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为8.2MPa。

实施例3

某超硫酸盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为37.42％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.09，Mg²⁺：1.54％，K⁺和Na⁺：13.79％，SO₄ ^2-：18.09％，Cl^-：3.88％，HCO₃ ^-：0.03％，盐渍土含水量为17.5％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长11.0m，桩径40cm，胶结盐渍土强度要求为7.4Mpa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁500份、硫酸镁150份、柠檬酸8份、柠檬酸钠8份、磷酸3份、草酸3份、硫酸铝3份、鞣酸5份、蔗糖8份、丙烯酸乳液5份、粉煤灰10份、硅灰40份、矿渣10份、热处理硅藻土30份、滑石20份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为30％，硫酸镁为工业硫酸镁，柠檬酸、柠檬酸钠、磷酸、草酸、硫酸铝、丙烯酸乳液、鞣酸、蔗糖均为工业级；胶结材料掺量为盐渍土干重量的10％；将轻烧氧化镁、柠檬酸钠、硫酸铝、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、热处理硅藻土、滑石充分搅拌，再向其中加入溶有硫酸镁的水、柠檬酸、磷酸、草酸、丙烯酸乳液、鞣酸并拌合均匀形成胶结材料混合物；将胶结材料混合物与盐渍土拌合均匀得到胶结盐渍土的含水量刚好处于最佳含水量附近；做现场压密试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中分层压密至其干密度为最大干密度的75％时的相关参数：每层填入胶结盐渍土25kg，静压设备提供压力为0-60KN，静压时间1分钟。

采用圆形套管，普通硅酸盐水泥砼预制桩尖，并用废弃的橡胶垫作为隔水层，形成下端有临时封堵的套管。通过锤击的方式将一端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-b、图4、图5-a、图5-b所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为8.5MPa。

实施例4

某超硫酸盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为46.9％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：4.26％，Mg²⁺：1.44％，K⁺和Na⁺：12％，SO₄ ^2-：23.05％，Cl^-：4.72％，HCO₃ ^-：0.96％，CO₃ ^2-：0.27％，盐渍土含水量为35.7％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长11.5m，桩径45cm，胶结盐渍土强度要求为7.0Mpa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁600份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为44％；胶结材料掺量为超硫酸盐渍土干重量的14％；将盐渍土进行晾晒，使晾晒后的盐渍土与胶结材料混合物拌合均匀形成处于最佳含水量附近的胶结盐渍土；做现场压密试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中分层压密至其干密度为最大干密度的78％时的相关参数：每层填入胶结盐渍土20kg，静压设备提供压力0-80KN，静压时间1分钟。

采用圆形套管，碱激发水泥砼预制桩尖，并用现场泥土作为隔水层，形成下端有临时封堵的套管。通过激振器振动将套管植入盐渍土地基至目标深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-b、图4、图8所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为7.5MPa。

实施例5

某超硫酸盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为：23.5％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.36％，Mg²⁺：0.28％，K⁺和Na⁺：9.40％，SO₄ ^2-：10.88％，Cl^-：2.36％，HCO₃ ^-：0.12％，CO₃ ^2-：0.03％，盐渍土的含水量为14.7％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长15.0m，截面45cm×45cm，胶结盐渍土强度要求为7.0MPa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁440份、硫酸镁150份、柠檬酸7份、柠檬酸钠6份、草酸4份、硅酸钠2份、鞣酸4份、蔗糖4份、粉煤灰20份、硅灰27份、矿渣20份、热处理硅藻土20份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为45％，硫酸镁为工业硫酸镁，柠檬酸、柠檬酸钠、草酸、硅酸钠、鞣酸、蔗糖为工业级；胶结材料掺量为盐渍土干重量的12％；将轻烧氧化镁、柠檬酸钠、硅酸钠、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、热处理硅藻土充分搅拌，再加入溶有硫酸镁的水、柠檬酸、草酸、鞣酸并拌合均匀形成胶结盐渍土混合物；盐渍土与胶结材料混合物拌合均匀后得到的胶结盐渍土处于最佳含水量附近；做现场压密试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中逐步压密至其干密度为最大干密度的70％时的相关参数：胶结盐渍土填入速率40kg/分钟，反螺旋压入设备提供的压力为0-40KN，转速为40转/分钟。

采用方形套管，普通硅酸盐水泥砼预制桩尖，并用现场泥土作隔水层，形成下端有临时封堵的套管。通过激振器振动冲击将套管植入盐渍土地基至目标深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-c、图4、图5-a、图5-b所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为8.4MPa。

实施例6

某超亚硫酸盐渍土地区采用地下增密胶结盐渍土柱加固地基。根据工程勘察报告知盐渍土的含盐量为：30.7％，主要离子成分及含量为Ca²⁺：2.48％，Mg²⁺：0.44％，K⁺和Na⁺：9.48％，SO₄ ^2-：12.98％，Cl^-：4.48％，HCO₃ ^-：0.60％，CO₃ ^2-：0.24％，盐渍土含水量为20.4％。

采用本发明所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。设计柱长12.0m，柱径45cm，胶结盐渍土强度要求为6.0MPa；按重量份计算选择胶结材料的组成如下：轻烧氧化镁220份、硫酸镁80份、柠檬酸4份、柠檬酸盐5份、磷酸2份、硫酸铝2份、乙酸2份、矿渣10份、热处理硅藻土10份、滑石10份，其中轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比为60％，硫酸镁为工业硫酸镁，柠檬酸、柠檬酸钠、磷酸、硫酸铝、乙酸为工业级；胶结材料掺量为盐渍土干重量的20％；将轻烧氧化镁、柠檬酸盐、硫酸铝、矿渣、热处理硅藻土、滑石充分搅拌，再加入溶有硫酸镁的水、柠檬酸、磷酸、乙酸并拌合均匀形成胶结材料混合物；将胶结材料混合物与盐渍土拌合均匀后得到胶结盐渍土的含水量处于最佳含水量附近；做现场压密试验，将上述胶结盐渍土在所选套管中逐步压密至其干密度为最大干密度的64％时相关参数：胶结盐渍土填入速率45kg/分钟，反螺旋压入设备提供的压力为0-55KN，转速为60转/分钟。

通过锤击方式将套管植入盐渍土地基至设计深度，由上述参数按前述工艺流程施工，各阶段施工相关的成柱图如图1、图2、图3-c、图4、图7-a、图7-b所示。经柱身质量检测，地下增密胶结盐渍土柱28天的强度为7.0MPa。

Claims

1.一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：对于含盐量在5.02～46.9％，主要离子成分及含盐量为Ca²⁺：0.09～4.26％，Mg²⁺：0.07～1.54％，K⁺和Na⁺：2.35～22.05％，SO₄ ^2-：1.89～23.05％，Cl^-：0.59～4.72％，HCO₃ ^-：0.03～0.96％，CO₃ ^2-：0～0.27％的超硫酸盐渍土场地，取适量轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂的混合物作为胶结材料和盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，控制盐渍土含水量，使胶结盐渍土处于最佳含水量附近，将一下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至设计深度并保证管中干燥，将制备好的胶结盐渍土填入套管中，同时采用一定的方式使胶结盐渍土增密至其干密度处于最大干密度附近，随着胶结盐渍土的逐步填入与增密，逐步提升套管，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱；所述的硫酸盐渍土为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土；所述的矿物掺合料包括：粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石；所述的外加剂包括：柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸盐、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液；所述胶结材料的组成及按重量份计算各组分的掺量范围如下：轻烧氧化镁100～600份、硫酸镁0～200份、柠檬酸0～10份、柠檬酸盐0～10份、磷酸或磷酸盐0～5份、草酸0～5份、硅酸钠0～8份、硫酸盐0～5份、乙酸0～5份、鞣酸0～8份、蔗糖0～10份、丙烯酸乳液0～8份、粉煤灰0～40份、硅灰0～60份、矿渣0～40份、煅烧煤矸石0～40份、热处理硅藻土0～40份、石英0～30份、滑石0～30份，其中轻烧氧化镁、柠檬酸盐、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石为比表面积大于250m²/kg的粉体；所述最佳含水量附近、最大干密度附近是指胶结盐渍土的含水量ω、干密度ρ与根据《土工试验方法标准》GBT50123-1999中击实试验所得最佳含水量ω₀、最大干密度ρ₀之间满足以下关系：|ω₀-ω|≤10％；0.6ρ₀≤ρ≤ρ₀。

2.权利要求1所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：所述的轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比在30％以上；所述硫酸镁为不同等级的工业硫酸镁；所述的柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸盐、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液均为工业级，其中柠檬酸盐包括但不限于柠檬酸钠、柠檬酸铵，磷酸盐包括但不限于磷酸二氢铵、磷酸二氢钠，硫酸盐包括但不限于硫酸铝、石膏。

3.权利要求1所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：其中胶结材料的掺量为盐渍土干重量的5～20％。

4.权利要求1所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：所述的有临时封堵的套管是由套管、隔水层和桩尖组成，套管、隔水层、桩尖按公知技术制作。

5.权利要求1所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：所述的采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密，其中采用的方式可以是但并不限于如下3种：①采用一定重量和底面积的重锤将填入套管的胶结盐渍土夯实；②采用静压设备将填入套管的胶结盐渍土压密；③采用反螺旋压入设备将填入套管的胶结盐渍土压密。

6.权利要求5所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，其特征在于：根据设计对柱体承载力的需要，通过控制重锤的夯击能、静压设备的压力、反螺旋压入设备的压力，可形成与套管直径相等的增密胶结盐渍土柱、扩大直径的不同形状的增密胶结盐渍土柱。

7.根据权利要求1所述一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱，具体施工工艺为：

第一步：进行工程勘探，了解盐渍土的含盐量、离子种类及物理性质指标；

第二步：根据胶结盐渍土柱设计要求的胶结盐渍土强度，以及盐渍土的含盐量、离子种类和物理性质指标，确定胶结材料的组成及掺量；

第三步：将胶结材料中轻烧氧化镁、矿物掺合料及外加剂固体组分按比例充分搅拌后加入溶有硫酸镁的水及外加剂液态组分，将其拌和均匀形成胶结材料混合物；控制盐渍土含水量使胶结材料混合物与盐渍土搅拌均匀形成的胶结盐渍土处于最佳含水量附近；

第四步：将一下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度，由于隔水层的保护作用，套管在植入过程中管内始终处于干燥状态；

第五步：将胶结盐渍土逐步填入套管中，采用权利要求5所述方式使胶结盐渍土增密，形成地下增密胶结盐渍土柱，所述使胶结盐渍土增密的方式具体为：①采用一定重量和底面积的重锤将填入套管的胶结盐渍土夯实：将制备好的胶结盐渍土分层填入套管中，每填入一层胶结盐渍土即用一定重量和底面积的重锤夯击，使夯密的胶结盐渍土干密度处于最大干密度附近，随着胶结盐渍土的逐层填入与夯密，逐步将套管提升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱；②采用静压设备将填入套管的胶结盐渍土压密：将制备好的胶结盐渍土分层填入套管中，每填入一层胶结盐渍土即用静压设备压密，使压密的胶结盐渍土干密度处于最大干密度附近，随着胶结盐渍土的逐层填入与压密，逐步将套管提升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱；③采用反螺旋压入设备将填入套管的胶结盐渍土压密：将带有通长螺旋叶片的钻杆放入套管底部，将制备好的胶结盐渍土通过螺旋叶片反转填入套管中，同时通过反螺旋设备对钻杆施加一定压力使胶结盐渍土被螺旋叶片送至套管底端压密至其干密度处于最大干密度附近，随着胶结盐渍土的逐步填入与压密，逐步提升套管并使钻杆逐步上升，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。