CN105780753A - 固化土桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固化土桩的施工方法，通过在待施工的地基中设置桩孔并在桩孔中设置约束装置，将由固化剂和土料拌合后形成的固化土混合物填筑于约束装置中以及将约束装置中的固化土混合物密封后形成固化土桩。从而解决了固化土桩的桩身固化土强度不高且桩土的承载力低的问题，实现了固化土强度的增加以及固化土桩承载能力的提高，操作简单并且节约成本。

Description

固化土桩的施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理技术领域，尤其涉及一种固化土桩的施工方法。

背景技术

采用固化剂与地基土体拌合均匀使之固化成具有一定强度的固化土是强化地基的重要方法之一。现有多种技术可以采用固化剂固化土体并做成固化桩，例如深层搅拌法、粉喷桩法、高压旋喷法等。

根据现有研究成果，如果固化剂中不仅具有胶结组分，同时还含有膨胀组分，则固化剂产生的膨胀性水化物能够填充固化土中的孔隙，从而大幅度提高固化土强度。然而，膨胀也可以破坏固化土的结构，因此，在没有足够约束的条件下，难以充分利用固化剂中膨胀性水化物膨胀填充固化土中孔隙带来的强度提高。如果在有效约束的条件下，就能够充分利用膨胀填孔的有利作用，而消除膨胀破坏固化土结构的不利作用。因此，具有膨胀性的固化剂只有和足够的约束条件相结合，才能够实现固化土强度的大幅度提高。

然而，采用现有技术获得的固化土桩的桩身固化土强度不高，桩土的承载力也很低，因此应用范围有限。

发明内容

本发明提供一种固化土桩的施工方法，解决了现有技术中固化土桩的桩身固化土强度不高且桩土的承载力低的问题，实现了大幅度提高固化土桩承载能力，提出一种新型的固化土桩的施工方法。

本发明提供一种固化土桩的施工方法，包括：

S1.在待施工的地基中设置桩孔并在桩孔中设置约束装置；

S2.将由土料和至少包括胶结性组分和膨胀性组分的固化剂拌合后形成的固化土混合物填筑于约束装置中；以及

S3.将约束装置中的固化土混合物密实后形成固化土桩。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中包括：

将固化土混合物分层填入约束装置中并采用重锤逐层夯实或采用静压设备逐层压实；或者将固化土混合物连续注入约束装置中并通过机械振动使固化土混合物浇注密实；或者采用反螺旋压入设备将填入约束装置的固化土混合物压实。

根据本发明的一个实施例，约束装置的材料的拉伸模量为0.05-20GPa，且拉伸模量与固化土混合物压缩模量之比为2-200。

根据本发明的一个实施例，约束装置的材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯甲酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚砜、聚酯胺、聚甲醛、玻璃纤维强化塑料、芳纶纤维强化塑料、玄武岩纤维增强塑料或碳纤维强化塑料。

根据本发明的一个实施例，约束装置为由硬质材料制成的约束筒或由柔性材料制成的约束袋，并且约束装置为孔径不大于3cm的网状结构。

根据本发明的一个实施例，约束装置包括沿约束装置的轴线径向向外布置的至少一层包覆层，每层包覆层由不同材料制成。

根据本发明的一个实施例，胶结性组分和膨胀性组分在固化剂中所占的质量比例分别为55-90：10-45。

根据本发明的一个实施例，胶结性组分为硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料，硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料包括以下三种：1)硅酸盐系列水泥，包括普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥；2)潜在水硬性胶凝材料，包括碱(或者硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、氯盐、氟化物)激发的非晶态的矿渣或者钢渣胶凝材料；3)火山灰或人造火山灰胶凝材料，包括碱激发的活性硅或者活性铝的混合物组成的天然火山灰或粉煤灰，膨胀性组分为包括铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的含活性氧化铝的材料及包括天然明矾石粉、煅烧明矾石粉、石膏粉的粉体材料的一种或多种的组合。

根据本发明的一个实施例，固化剂在固化土混合物中的掺入量为土料的10wt.％-40wt.％。

根据本发明的一个实施例，土料包括黏土、粉土、砂土、素填土、污染土、盐渍土以及尾矿泥中的一种或多种的组合。

本发明的固化土桩的施工方法的有益效果在于：

本发明的固化土桩的施工方法，通过在待施工的地基中设置桩孔并在桩孔中设置约束装置，将由固化剂和土料拌合后形成的固化土混合物填筑于约束装置中以及将约束装置中的固化土混合物密封后形成固化土桩。从而解决了固化土桩的桩身固化土强度不高且桩土的承载力低的问题，实现了固化土强度的增加以及固化土桩承载能力的提高，操作简单并且节约成本。

附图说明

图1为本发明的固化土桩的施工方法的实施例的流程示意图；

图2为本发明的固化土桩的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的固化土桩的施工方法的实施例的流程示意图，图2为本发明的约束固化土桩的结构示意图。如图1和图2所示，本发明的固化土桩的施工方法可以包括：

S1.在待施工的地基中设置桩孔1并在桩孔1中设置约束装置2；

S2.将由土料和至少包括胶结性组分和膨胀性组分的固化剂拌合后形成的固化土混合物填筑于约束装置2中；以及

S3.将约束装置2中的固化土混合物3密实后形成固化土桩。

具体地，可以采用公知的方式在污染地基上设置桩孔1，例如采用长螺旋钻机施工桩孔1。在本实施例中，固化土混合物3为污染土料与固化剂的混合物，其中污染土料可以是取自待施工场地地基原位的土料，将桩孔11中的土体排出，可以将该土料用于制作固化土桩；可以使用来源于该施工场地以外的土料，例如其它施工场地的弃土、尾矿泥等；也可以使用各种物理性质指标和化学性质指标的土类。

其中，固化土属于脆性材料，在三向受压的条件下其承载力将成倍提高。如果对固化土桩体施以环向约束，就相当于使固化土处于承受三向受压的有利状态，从而提高固化土桩的承载力。

本实施例的固化土桩的施工方法，通过在待施工的地基中设置桩孔1并在桩孔1中设置约束装置2，将由固化剂和土料拌合后形成的固化土混合物填筑于约束装置2中以及将约束装置2中的固化土混合物密封后形成固化土桩。从而解决了固化土桩的桩身固化土强度不高且桩土的承载力低的问题，实现了固化土强度的增加以及固化土桩承载能力的提高，操作简单并且节约成本。

在上述图1、图2所示的本发明的固化土桩的施工方法的实施例的基础之上，本发明还可以具体包括以下内容。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中还可以包括：将固化土混合物3分层填入约束装置2中并采用重锤逐层夯实或采用静压设备逐层压实；或者将固化土混合物3连续注入约束装置2中并通过机械振动使固化土混合物浇注密实；或者采用反螺旋压入设备将填入约束装置2的固化土混合物3压实。例如：a.使用沉管灌注桩，将桩体约束装置2套在沉管(钢管)的内侧，约束装置2的下端压在钢管下端和桩头之间，用激振器将钢管、桩头和桩体约束装置2打入设计深度，向桩体约束装置2内浇注流塑态固化土，然后边震动边提升沉管(钢管)即可完成在桩身采用环向约束的固化土桩的施工；b.采用上长螺旋钻机钻孔，钻孔时先将钻头处叶片改用比钻杆上的叶片大一号的叶片(两个叶片的直径差为约束装置2的厚度)，然后约束装置2放入桩孔1中，再将长螺旋钻机钻头处叶片改用与钻杆上叶片相同直径的叶片，并放置于桩孔1底，长螺旋钻杆反转，将固化土传入桩孔1中，同时控制钻杆提升速率，利用反转的叶片将固化土压密，最终形成约束固化土桩。

根据本发明的一个实施例，约束装置2的材料的拉伸模量为0.05-20GPa，且拉伸模量与固化土混合物压缩模量之比为2-200。用于固化土桩体环向约束所用的材料应具有足够高拉伸模量的材料，其拉伸模量应该与固化土的压缩弹性模量相匹配。如果约束体的弹模太小，不足以约束固化剂中膨胀性水化物产生的膨胀以及固化土受压时的横向扩张，则就失去了约束存在的意义；如果约束材料的弹模高过一定限度，技术效果不会更好，但成本更高。

根据本发明的一个实施例，约束装置2的材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯甲酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚砜、聚酯胺、聚甲醛、玻璃纤维强化塑料、芳纶纤维强化塑料、玄武岩纤维增强塑料或碳纤维强化塑料。

根据本发明的一个实施例，约束装置2可以为由硬质材料制成的约束筒或由柔性材料制成的约束袋，并且约束装置2为孔径不大于3cm的网状结构。可以理解，上述约束筒可以是连续密闭的形式，如塑料管、工程塑料布；上述约束袋可以是孔径不大于3cm的网状形式，例如塑料编织布、土工布、麻织布、工程塑料格栅等。

根据本发明的一个实施例，约束装置2包括沿约束装置2的轴线径向向外布置的至少一层包覆层，每层包覆层可以由不同材料制成。

根据本发明的一个实施例，胶结性组分和膨胀性组分在固化剂中所占的质量比例分别为55-90：10-45。

为了充分发挥桩体环向约束作用，根据本发明的一个实施例，胶结性组分为硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料，硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料包括以下三种：1)硅酸盐系列水泥，包括普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥；2)潜在水硬性胶凝材料，包括碱(或者硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、氯盐、氟化物)激发的非晶态的矿渣或者钢渣胶凝材料；3)火山灰或人造火山灰胶凝材料，包括碱激发的活性硅或者活性铝的混合物组成的天然火山灰或粉煤灰，膨胀性组分为包括铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的含活性氧化铝的材料及包括天然明矾石粉、煅烧明矾石粉、石膏粉的粉体材料的一种或多种的组合。

根据本发明的一个实施例，固化剂在固化土混合物中的掺入量可以为土料的10wt.％-40wt.％。

根据本发明的一个实施例，土料包括黏土、粉土、砂土、素填土、污染土、盐渍土以及尾矿泥中的一种或多种的组合。

本发明将具有膨胀组分的固化剂与具有高拉伸模量的约束材料有机结合，从而使固化土的强度成倍提高；在受压荷载作用下，桩身固化土在具有高拉伸模量的约束材料的约束下处于三向受压状态，从而使约束固化土桩的承载力比同等桩身固化土强度、桩身无约束的一般固化土桩的承载力大幅度提高。利用上述两方面的作用可以得到高承载力的固化土桩，该高承载力的约束固化土桩与其它同等承载力的桩相比具有可就地取用低成本材料、减少材料运输、成本低廉、施工方便等优点。

本发明的固化土的方法不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明的固化土桩的施工方法的实施例一中，处理的地基土为氯盐渍土，含盐量为5wt.％。土样的颗粒级配(质量分数)为砂率：35wt.％、粉土率：60wt.％、粘土率：5wt.％；土样含水率接近最佳含水率。采用约束固化土桩复合地基以提高建筑物下的地基承载力，设计桩长8m，桩径300mm，桩体固化土强度为10MPa。

选用固化剂为矿渣粉8份，石灰粉2份，硫铝酸盐水泥2份，磷石膏2份；固化剂用量为拟固化土料质量的12％。将固化剂与地基土拌合成均匀的固化土混合料；采用旋挖桩机成孔，约束材料选用弹性模量为2.32GPa的工程塑料PA6，将表面凸凹不平的片材制成的工程塑料约束筒植入桩孔1中，工程塑料约束筒内径300mm；将固化土混合料分层填筑于工程塑料约束筒中，将旋挖钻机的旋挖钻头换成直径280mm的圆板，每填筑一层固化土混合料，就用将旋挖钻头换成直径280mm圆板的旋挖机将固化土分层压实，逐步向工程塑料筒中填充固化土混合料，逐步压实，最终形成工程塑料约束固化土桩。

在本发明的固化土桩的施工方法的实施例二中，处理的地基土为粉土，土样的颗粒级配(质量分数)为砂率：20wt.％、粉土率：50wt.％、粘土率：30wt.％。土样的含水率为35％。采用约束固化土桩复合地基以提高建筑物下的地基承载力。约束材料采用孔径1mm的麻织布袋，设计桩长6m，桩径300mm，桩体固化土强度为8MPa。

固化剂选用矿渣硅酸盐水泥6份，煅烧明矾石粉2份，脱硫石膏1份，固化剂用量为拟固化土质量的10％，采用沉管灌注桩施工方法，将桩体麻织布袋套在沉管的内侧，麻织布袋的下端压在钢管下端和桩头之间，用激振器将钢管、桩头和桩体麻织布袋打入设计深度，将固化剂与地基土拌合成均匀的固化土混合物3，并将其浇注于麻织布袋内，然后边震动边提升，即可完成约束固化土桩的施工。

在本发明的固化土桩的施工方法的实施例三中，处理的地基土为钙质碱性土，含碱量为2wt.％。土样的颗粒级配(质量分数)为砂率：0wt.％、粉土率：50wt.％、粘土率：50wt.％，含水率为16％，采用约束固化土桩以提高建筑物下的地基承载力。约束材料采用硬质塑料管，塑料为高密度聚乙烯HDPE，设计桩长12m，桩径400mm，桩身强度为10MPa。

固化剂选用钢渣粉6份，矿渣粉2份，电石渣2份，氟石膏2份，高铝水泥2份；固化剂用量为拟固化土质量的13％，将固化剂与拟固化土混合均匀。采用钢丝绳式冲击钻机成孔，达到设计深度后，将硬质塑料管依附孔壁放入孔中，将固化剂与地基土拌合成均匀的固化土混合料，然后将固化土混合物3分层填入硬质塑料管中，将钻头换成夯锤将固化土混合物3分层夯实，即完成约束固化土桩施工。

在本发明的固化土桩的施工方法的实施例四中，处理的地基土为粘性土。土样的颗粒级配(质量分数)为砂率：15wt.％、粉土率：25wt.％、粘土率：60wt.％，含水率为17％。拟采用约束固化土桩提高复合地基承载力。约束材料采用硬质塑料管，塑料为碳纤维强化塑料CFRP，设计桩长15m，桩径400mm，桩身强度15MPa。

固化剂选用硅酸盐膨胀水泥6份，煅烧煤矸石5份，生石灰4份，脱硫石膏5份；固化剂用量为拟固化土料质量的40％，将固化剂与拟固化土拌合成均匀的固化土混合料。采用长螺旋钻机钻孔，钻孔时先将钻头处叶片用直径400mm的叶片，然后将弹性模量为1.60GPa的碳纤维强化塑料管放入桩孔1中，再将长螺旋钻机钻头处叶片改用直径略小于碳纤维强化塑料管内径的叶片，将其放入桩孔1底部，长螺旋钻杆反转，将处于固化土混合料传入桩孔1中，同时控制钻杆提升速率，利用反转的叶片将固化土混合料压密。钻杆反转提升的同时，通过叶片向桩孔1中输入固化土混合料，并将固化土混合料碾压密实，最终形成约束固化土桩。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固化土桩的施工方法，包括：

S1.在待施工的地基中设置桩孔并在所述桩孔中设置约束装置；

S2.将由土料和至少包括胶结性组分和膨胀性组分的固化剂拌合后形成的固化土混合物填筑于所述约束装置中；以及

S3.将所述约束装置中的所述固化土混合物密实后形成所述固化土桩。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤S3中包括：

将所述固化土混合物分层填入所述约束装置中并采用重锤逐层夯实或采用静压设备逐层压实；或者

将所述固化土混合物连续注入所述约束装置中并通过机械振动使所述固化土混合物浇注密实；或者

采用反螺旋压入设备将填入所述约束装置的所述固化土混合物压实。

3.根据权利要求1所述施工的方法，其特征在于，所述约束装置的材料的拉伸模量为0.05-20GPa，且所述拉伸模量与所述固化土混合物压缩模量之比为2-200。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述约束装置的材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯甲酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚砜、聚酯胺、聚甲醛、玻璃纤维强化塑料、芳纶纤维强化塑料、玄武岩纤维增强塑料或碳纤维强化塑料。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，所述约束装置为由硬质材料制成的约束筒或由柔性材料制成的约束袋，并且所述约束装置为孔径不大于3cm的网状结构。

6.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，所述约束装置包括沿所述约束装置的轴线径向向外布置的至少一层包覆层，每层包覆层由不同材料制成。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述胶结性组分和所述膨胀性组分在所述固化剂中所占的质量比例分别为55-90：10-45。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述胶结性组分为硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料，所述硅(铝)酸盐水硬性胶凝材料包括以下三种：1)硅酸盐系列水泥，包括普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥；2)潜在水硬性胶凝材料，包括碱(或者硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、氯盐、氟化物)激发的非晶态的矿渣或者钢渣胶凝材料；3)火山灰或人造火山灰胶凝材料，包括碱激发的活性硅或者活性铝的混合物组成的天然火山灰或粉煤灰，所述膨胀性组分为包括铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的含活性氧化铝的材料及包括天然明矾石粉、煅烧明矾石粉、石膏粉的粉体材料的一种或多种的组合。

9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述固化剂在所述固化土混合物中的掺入量为所述土料的10wt.％-40wt.％。

10.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述土料包括黏土、粉土、砂土、素填土、污染土、盐渍土以及尾矿泥中的一种或多种的组合。