CN105421333B - 一种改善湿陷性黄土地基的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程施工技术领域，属于地基土湿陷性处理领域，具体涉及一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括以下步骤：（1）将黄土粉碎细化；（2）将粉碎细化后的黄土、石灰、碱金属盐、碱金属氢氧化物或者混合物均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属盐、碱金属氢氧化物或者混合物等于100：0~20：0.5~10；（3）调整混合料含水率范围在3%~20%，然后进行填筑；（4）对混合料施加交流电场；（5）对电场处理后的混合料进行养护，采用本发明的技术方案能增强填方过程中由于施工机械或人员控制等原因导致的压实度达不到规范要求的土体的强度，消除其湿陷性，控制工后不均匀沉降。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程施工技术领域，属于地基土湿陷性处理领域，具体涉及一种改善湿陷性黄土地基的处理方法。
背景技术
地基土上覆土层在自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。
在湿陷性地基上进行工程建设时，特别是在填筑高度较大时，（如填筑高度上百米的高填方地基），必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害，湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。
目前针对湿陷性黄土地基的处理的现有技术，国内主要采用灰土垫层法、强夯法、土桩挤密法、预浸水法、土工合成材料加固等方法，其原理是通过外力挤、夯等，提高整个地基土密实度，减少其中的孔隙，使其在浸水时不发生显著附加下沉，从而达到消除湿陷性的目的。
现有技术在遇到湿陷性黄土场地时，特别是遇到大厚度湿陷性黄土场地时，处理后的回填压实黄土压实度依旧不够，地基土的欠压实问题及工后不均匀沉降问题依旧没有得到很好地解决。以延安新区工程为例，经碾压、强夯处理后的回填压实黄土压实度仅有70%-80%，达不到《建筑地基基础设计规范》GB 50007压实度大于等于93%-95%的要求
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种黄土地基处理方法，通过该方法增强填方过程中由于施工机械或人员控制等原因导致的压实度达不到规范要求的土体的强度，消除其湿陷性，控制工后不均匀沉降。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、石灰、碱金属盐均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属盐等于100：0~20：0.5~10；或者将粉碎细化后的黄土、石灰、碱金属氢氧化物均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属氢氧化物等于100：0~20：0.5~10；或者将粉碎细化后的黄土、石灰以及碱金属盐和碱金属氢氧化物两者的混合物均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属盐和碱金属氢氧化物两者的混合物等于100：0~20：0.5~10；
（3）调整混合料含水率范围在3%~20%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场；
（5）对电场处理后的混合料进行养护；
所述的石灰是生石灰粉或熟石灰的一种或两种的混合物；
所述的碱金属盐包含钾盐或钠盐的一种或两种的混合物。
进一步，从物质成分的阴离子上限定所述的碱金属盐是包含碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐的一种或多种混合物。
进一步，限定所述的碱金属氢氧化物包含氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种混合物。
再进一步，对电场强度和通电时间进行限定，限定对地基土施加的所述的交流电场的电场强度为100 V/m ~10000V/m，通电时间为1秒~1小时。
更进一步，限定所述的养护时间至少为24小时以上。
采用上述技术方案的改善湿陷性黄土地基的处理方法，其原理是采用电场化学固化技术，在电场作用下混合料中的碱性组分与粘土进行快速充分反应，形成具有高耐水性的水化产物，从而解决了黄土的湿陷性。在上述的改善湿陷性黄土地基的处理方法的第二步中，混合均匀后的黄土混合料可压实也可以不用压实。
本发明的特点及优势在于：
该方法采用的固化材料可以是相对经济实用的材料，施工工艺简单，固化速率快，养护时间短。反应生成的高耐水性水化产物填充了其颗粒之间较大的孔隙并具有良好的粘结性能。能够达到在黄土分层填筑过程中压实度低于控制标准的前提下，增强欠压实黄土的强度，有效消除其湿陷性，控制工后不均匀沉降的效果。
附图说明
图1为延安新区工程中，经碾压、强夯处理后的回填压实黄土不同压实度条件下回填压实黄土湿陷系数曲线；
图2本延安新区工程中，采用本发明技术，经细化混合且经电场处理后不同压实度条件下混合土样的湿陷系数曲线。
具体实施方式
为使本发明的技术方案便于理解，以下结合具体试验例对本发明进一步加以说明。
如图1、图2对比所示，
以下实施例和试验例所用黄土为延安新区现场回填压实黄土，其物理性质参数见表1。
表1黄土的基本物理性质参数
| 初始含水率/% | 最优含水率/ % | 最大干密度/ g·cm-3 | 塑限/% | 液限/% | 相对密度 |
| 9.9~11.4 | 13.5 | 1.79~1.81 | 17.7 | 30.9 | 2.70 |
实施例1：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、硅酸钠按干质量比100：10的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在3%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为100 V/m，通电时间为0.5小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护24小时。
实施例2：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、硅酸钾按干质量比100：0.5的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在20%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为500 V/m，通电时间为0.2小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护48小时。
实施例3：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、硅酸钠、硅酸钾、按干质量比100：0.5：0.5的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在10%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为200 V/m，通电时间为0.3小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护72小时。
实施例4：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、熟石灰、碳酸钠、按干质量比100：6.5：1.1的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在15%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为360V/m，通电时间为0.15小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护72小时。
实施例5：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、生石灰、碳酸钾、按干质量比100：8：2的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在10%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为400V/m，通电时间为0.1小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护72小时。
实施例6：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、熟石灰、碳酸钠、按干质量比100：15：8的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在10%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为400V/m，通电时间为0.1小时；
（5）对电场处理后的混合料进行养护72小时。
实施例7：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、熟石灰、碳酸氢钠、按干质量比100：20：5的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在16%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为10000V/m，通电时间为1秒
（5）对电场处理后的混合料进行养护24小时。
实施例7：一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、熟石灰、碳酸氢钾、按干质量比100：12：0.6的比例均匀混合；
（3）调整混合料含水率范围在17%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场，电场强度为220V/m，通电时间为0.5小时，
（5）对电场处理后的混合料进行养护36小时。
以下实施例如同实施例4步骤一致，区别点仅仅在于使用的石灰的种类和干质量比、使用的碱金属盐、碱金属氢氧化物的种类和干质量比不同，调整混合料含水率范围五个不同的指标。
以上实施例中，可以采用强夯法对填筑表层土体进行夯实；在对地基土施加交流电场时，以等边三角形或正方形均匀地布置电极，正负极交错相距1m，电极以长钢钉或钢管的形式击入土体，并确保电极高度略大于每层填土厚度，并实时量测发电机的输出功率与填土层的温度，避免由于反应过于剧烈而导致填土层温度过高。
养护过程中可以采用对填土面浇水、喷淋等方式进行保湿养护，也可以在填土面处于潮湿状态时将暴露面用麻布、草帘等保湿材料覆盖或包裹。
具体实施时每层养护完成后可以用机械对填筑面进行简单粗化打毛处理，以保证分层填筑过程中土层与土层之间连接紧密。
以下通过具体试验例，对本发明一种湿陷性黄土地区地基处理方法的特点与优势作进一步说明
试验例1：无侧限抗压强度试验
为检验上述地基处理方法对湿陷性黄土抗压强度的改良效果，利用三轴仪对实施例1中的回填压实黄土和经电场处理后的混合土样进行无侧限抗压强度试验。
无侧限抗压强度试验所用仪器为SJ-1A型应变控制式三轴仪，由压力室、轴向加压设备、轴向变形和体积变化量测系统组成，试样规格为。
实验过程如下：
（1）用千斤顶静力压样法制备干密度分别为1.35 g/cm3、1.40 g/cm3、1.45 g/cm3、1.50 g/cm3、1.55 g/cm3的回填黄土与加入改性材料的混合土样。脱模后对加入改性材料的混合土样进行施加交流电场处理，再放入保湿缸中养护。
（2）将养护好的干密度为1.35 g/cm3的回填黄土试样取出放置于SJ-1A型应变控制式三轴仪上，不加围压，以0.828mm/min的加荷速率给试样施加轴向压力，直至测力计的读数达到峰值或读数达到稳定时记录百分表读数，并再进行3%-5%应变值后停止加载，记录百分表读数。
（3）取养护好的干密度分别为1.35 g/cm3、1.40 g/cm3、1.45 g/cm3、1.50 g/cm3、1.55 g/cm3的回填黄土与混合土样，重复以上步骤（2）进行无侧限抗压强度试验。
填压实黄土和经电场处理后混合土样的无侧限抗压强度见表2：
表2 回填压实黄土与改良黄土的无侧限抗压强度
根据表2可以看出经电场处理后的黄土的无侧限抗压强度较回填压实黄土有明显提升，各干密度条件下改良土强度均高出回填土四倍左右。浸水后，各干密度条件下改良土无侧限抗压强度均有所下降；而回填土则基本丧失结构强度，除的一组试样外其他试样在浸水后迅速崩解。
试验例2：抗剪强度试验
为检验上述地基处理方法对湿陷性黄土抗剪强度的改良效果，利用直剪仪对实施例1中的回填压实黄土和经电场处理后的混合土样进行快剪直剪试验。
直剪试验所用仪器为EDJ-1型二速电动直剪仪，由剪切盒、轴向加压设备、剪切传动装置、测力计及位移量测系统组成，试样规格为。
试验过程如下：
（1）用千斤顶静力压样法制备干密度分别为1.44 g/cm3、1.53 g/cm3、1.62 g/cm3、1.71 g/cm3的回填黄土与加入改性材料的混合土样各四个。脱模后对加入改性材料的混合土样进行通电处理，再放入保湿缸中养护；（2）取一个养护好的回填黄土试样置于剪切盒中，施加轴向压力为50kPa，以2.4mm/min的剪切速率进行剪切。破坏标准为：a.测力计百分表指针不在前进或明显后退；b.百分表指针不明显后退时，以剪切位移4mm对应的剪应力为抗剪强度；（3）重复以上步骤（2），对步骤（1）所取相同干密度的其余三个土样分别在轴向压力为100kPa、150kPa、200kPa条件下进行快剪试验；（4）取养护好的干密度分别为1.44 g/cm3、1.53 g/cm3、1.62 g/cm3、1.71 g/cm3的回填黄土与混合土样，重复以上步骤（2）进行直剪试验。
回填压实黄土和经电场处理后混合土样的无侧限抗压强度见表3：
表3 回填压实黄土与改良黄土的抗剪强度指标
对于粘聚力c来说，同等压实度条件下改良黄土的粘聚力明显高于回填黄土，增幅达到700%以上，且两种土样的c值均随着压实度的升高而增大；对于内摩擦角来说，同等压实度条件下改良黄土的内摩擦角大于回填黄土，增幅为左右，两种土样的值均随着压实度的升高而增大，但增幅不明显。
试验例3：高压固结与湿陷试验
为检验上述地基处理方法对湿陷性黄土压缩性与湿陷性的改良效果，利用高压固结仪对实施例1中的回填压实黄土和经电场处理后的混合土样进行高压固结与湿陷试验。
高压试验采用GDG型高压固结仪，由固结容器、支架、上下杠杆、砝码、平衡锤等组成，试样规格为试验分十一级加载，加载顺序为25、50、100、200、300、400、600、800、1200、1600和2000kPa，稳定标准为每小时压缩变形量小于0.01mm；湿陷试验采用双线法，并根据规范将浸水饱和试样在每级荷载下的变形稳定值进行修正。
试验过程如下：
（1）用千斤顶静力压样法制备干密度分别为1.44 g/cm3、1.53 g/cm3、1.32 g/cm3、1.71 g/cm3的回填黄土与加入改性材料的混合土样各2个。脱模后对加入改性材料的混合土样进行通电处理，再放入保湿缸中养护；（2）取2个养护好的回填黄土试样置于固结容器中，转动杠杆上的平衡锤，使之处于平衡状态。将安装好的固结容器放在门式框架横梁下，对中调平。安装百分表，并预先将表头压入6mm以上；（3）加第一级荷载25kPa，下沉稳定后将两个试样的百分表读数调整一致并读数，调整时应考虑仪器变形量的差值；（4）将上述试样中的一个保持天然湿度下分级加荷，加至最后一级压力下沉稳定后，试样浸水饱和，附加下沉稳定，试验终止；（5）将上述试样中的另一个试样浸水饱和，附加下沉稳定后，在浸水饱和的状态下分级加荷，加至最后一级压力，下沉稳定，试验终止；（6）取养护好的干密度分别为1.44 g/cm3、1.53 g/cm3、1.62 g/cm3、1.71 g/cm3的回填黄土与混合土样，重复以上步骤（2）至步骤（5）进行高压固结与湿陷试验。
回填压实黄土和经电场处理后混合土样的压缩性指标与湿陷性指标分别见表4与图2：
表4回填压实黄土和经电场处理后混合土样的压缩性指标
试验表明：回填黄土在低压实度条件下压缩性高，随着压实度的提高回填黄土的压缩性有所降低。而改良后各土样的压缩系数均小于0.1，为低压缩性土；且各压实度条件下改良黄土的压缩性相近。
回填压实黄土除90%压实度之外，其他压实度条件下均具有湿陷性，且压实度越小，其湿陷性越强，70%压实度条件下的峰值湿陷系数为0.043，已达到中等湿陷性标准；改良后的土样在各压实度条件下湿陷系数均小于0.015，完全消除了湿陷性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上和实质上的限制，凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用以上发明的技术内容，而作出的些许更动、演变，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所做的任何等同变化的更动与演变，均仍属于发明的技术方案范围。
Claims (5)
1.一种改善湿陷性黄土地基的处理方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）将黄土粉碎细化；
（2）将粉碎细化后的黄土、石灰、碱金属盐均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属盐等于100：0~20：0.5~10；或者将粉碎细化后的黄土、石灰、碱金属氢氧化物均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属氢氧化物等于100：0~20：0.5~10；或者将粉碎细化后的黄土、石灰以及碱金属盐和碱金属氢氧化物两者的混合物均匀混合，其中均匀混合的比例，按干质量比为黄土：石灰：碱金属盐和碱金属氢氧化物两者的混合物等于100：0~20：0.5~10；
（3）调整混合料含水率范围在3%~20%，然后进行填筑；
（4）对混合料施加交流电场；
（5）对电场处理后的混合料进行养护；
所述的石灰是生石灰粉或熟石灰的一种或两种的混合物；
所述的碱金属盐包含钾盐或钠盐的一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的改善湿陷性黄土地基的处理方法，其特征在于，所述的碱金属盐是包含碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的改善湿陷性黄土地基的处理方法，其特征在于，所述的碱金属氢氧化物包含氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种混合物。
4.根据权利要求1~3中任意一个权利要求书所述的改善湿陷性黄土地基的处理方法，其特征在于，对地基土施加的所述的交流电场的电场强度为100 V/m ~10000V/m，通电时间为1秒~1小时。
5.根据权利要求4所述的改善湿陷性黄土地基的处理方法，其特征在于，所述的养护时间至少为24小时以上。
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