CN106245622A - 一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其包含：步骤1，确定固化剂与吹填土的掺量比，现场混合吹填；步骤2，地基加固；步骤3，固化吹填地基的检验；其中，步骤1包含：对吹填土进行土质分析；选择固化剂品种；确定固化剂与吹填土的掺量比；现场混合吹填；步骤2包含：确定固化吹填土的抗剪强度指标、压缩模量和加固土层的厚度，以达到地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求；搅拌固结完成对浅层软土地基的加固；确定养护条件和养护时间。本发明提供的固化吹填土的现场混合吹填方法，能够达到极大地减少工期、减少常规的吹填地基处理的落淤固结和地基加固的工序、节省工程造价、合理利用资源和保护环境。

Description

一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法

技术领域

本发明涉及一种吹填土现场混合加固吹填技术方法，具体地，涉及一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法。

背景技术

在港口、航道的疏浚过程中，通常会产生大量的疏浚泥。疏浚工程中产生的疏浚泥通常采用堆放或抛弃的方法，堆放要占用大量的土地，而海洋抛泥严重影响了海洋资源的有效利用，并对海洋的水环境、地质环境、生态环境都造成了较大破坏，疏浚泥倾倒与海洋环境保护之间的矛盾日益突出，也越来越多地受到各方面的限制。

在海洋港口等海岸工程的建设过程中，通常需要大量的土石方来进行填海造陆。我国沿海港口城市多位于冲积平原和三角洲地区，要在当地获得大量的土石方比较困难，远距离开采运输又不经济。通过对疏浚泥的吹填土进行固化处理，改良其高含水率、低强度的性质而成为具有良好工程性质的土加以运用，是解决以上矛盾的较好方法。而且，将疏浚泥吹填后用于填方材料，既能解决填方所需大量土料的来源问题，又能解决港口和航道的发展和维护产生的大量疏浚泥占地堆放、以及对海洋环境产生严重污染等生态问题，符合建筑行业的可持续发展。

因此，亟需研发提供一种固化剂与吹填土在吹填管道内进行混合，吹填后形成具有需要承载力的吹填地基的快速加固方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于填方的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，提出吹填土现场混合吹填固化方法的关键技术、固化剂和固化指标，为吹填土混合吹填示范提供技术保障。

为了达到上述目的，本发明提供了一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，该方法包含：

步骤1，确定固化剂与吹填土的掺量比，并使得固化剂与吹填土的现场混合吹填；

步骤2，进行吹填土的地基加固；

步骤3，进行固化吹填地基的检测与检验；

所述的步骤1具体包含：

步骤1.1，对吹填土进行土质分析；

步骤1.2，选择固化剂品种；

步骤1.3.依据吹填土土质条件、现场条件和吹填地基的地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求，确定固化剂与吹填土的掺量比；

步骤1.4，在吹填管道出口端进行固化剂与吹填土的现场混合吹填；

所述的步骤2具体包含：

步骤2.1，进行固化吹填地基的固化剂与吹填土混合加固设计，确定固化吹填土的抗剪强度指标、压缩模量和加固土层的厚度，达到地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求；

步骤2.2，通过将固化剂与吹填土搅拌固结完成对浅层软土地基的加固；

步骤2.3，确定成品的养护条件和养护时间。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤1.1中的土质分析的指标包括吹填土重度、含水率、土粒比重、颗粒分析、土体强度指标以及压缩模量。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤1.2中，固化剂包含按重量份数计包含石灰40-50份，水泥110-130份，以及激发剂2-8份；优选地，包含石灰45份，水泥125份，以及激发剂2份。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤1.3中，固化剂与吹填土混合的掺量质量比为3%~10%。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤1.4具体是指，接通吹填土管道，在该管道上的靠近吹填土管道出口端的位置设置有与固化剂罐连接的固化剂混合器，该固化剂混合器上设有固化剂阀门，打开该固化剂阀门使固化剂进入吹填土管道，使得吹填土与固化剂混合，然后，将固化剂与吹填土混合体喷出。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤2.1中，固化吹填土的抗剪强度指标为1.100~1.300MPa、压缩模量为11~30Mp，加固土层的厚度为4~6m，达到地基处理设计的地基承载力特征值为100~120Mp，以及允许变形值要求为10%~15%。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤2.2中，所述的浅层是指厚度在6.0m以内的土体表层。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤2.2中的搅拌是指，在搅拌过程中使用搅拌头和挖掘机，使搅拌头在挖掘机摆动臂带动下的均匀速度移动，使固化剂浆液在浅层软土地基中的分布均匀；在搅拌时，对施工区域进行单位面积划分，逐块完成；搅拌施工完毕的区域铺摊砂石料或山皮土作为堆载层，推平碾压成平台，堆载层厚度在0.3～1米之间。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤2.3中，在标准条件下养护时间为：14-28天。

上述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其中，所述的步骤3包含：对固化吹填土构成的地基土性状在加固前、加固过程中、加固完成后分别进行检测，其检测项目包含：进行钻芯取样、静力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、无侧限抗压强度试验、低应变以及载荷试验。

吹填土地基浅层处理工程特点是软土层高含水率问题，浅层处理需要解决软土层高含水率问题的解决方案是固化材料的材料选用。选用上述的固化剂，由于固化剂的凝结、胶结、增强作用，通过搅拌设备的搅拌固化剂与高含水率软土的搅拌混合，快速固化。所述的搅拌设备包含挖掘机、深层搅拌设备和挖泥船式的搅拌装置。

本发明提供的固化吹填土的现场混合吹填方法具有以下优点：

通过本发明的方法，能够使吹填地基处理的施工工序减少为吹填同时使固化剂与吹填土混合-落淤后固化，达到设计地基承载力，而常规的吹填地基处理工序有吹填-落淤-固化-地基预处理-地基处理的5道工序；固化剂与吹填土在吹填管道的出口端混合，不改变原吹填施工的任何技术参数和技术要求；固化剂与吹填土在吹填管道的出口端混合吹填，落淤后形成固化地基土，固化时间短，仅需28-48天吹填土即固化达到设计地基承载力；固化剂具有凝结自由水成为结晶水的作用和胶结土颗粒及使土体强度增强的3种作用，可以短时间在饱水条件下使吹填土固化，而不使固化剂在吹填土落淤过程中被排水冲走，固化剂的短时间的凝结、胶结、增强作用是与常规固化材料如水泥的本质区别；依据地基工程设计要求进行固化吹填土的实施方案设计和技术应用，经济合理地选择实施方案和技术方法；达到保证工期、降低工程造价、合理利用资源和保护环境的目的。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的固化吹填土的现场混合吹填方法，包含：

步骤1，进行固化吹填土现场混合吹填；

步骤2，进行吹填土现场加固；

步骤3，进行固化吹填土的检测。

在步骤1之前还包含前期技术工作。该工作包含：

1）收集工程资料，如工程区域水文资料、吹填土工程的应用技术及设备、疏浚吹填施工设备型号及技术参数，并进行疏浚泥吹填土来源场地调查，然后给出岩土工程勘察报告，包括疏浚泥吹填土来源及其土质分析报告；

2）根据上述报告及工程现场调查，确定吹填工程概况、岸边陆域工程条件、固化吹填土现场混合吹填工程的施工布置；

3）取样分析：疏浚泥吹填土来源场地采取土样，土样的土工试验及分析土样指标，如土的重度、含水率、土粒比重、颗粒级配、液限、塑限、强度指标、压缩模量；

4）获取吹填工程施工资料：固化吹填土现场混合吹填工程的施工平面图；工程进度计划；固化吹填的设备与技术条件；吹填地基的层底、层顶标高和平面范围；地基加固目的及承载力100~120Mp、变形要求10%~15%。

所述的步骤1包含：

步骤1.1，对疏浚泥吹填土进行土质分析，指标包括疏浚泥吹填土重度、含水率、土粒比重、颗粒分析、土体强度指标以及压缩模量；

步骤1.2，选择固化剂，固化剂的来源主要是使用自配固化剂，对特殊的土质也可对固化剂配方进行试验调整。固化剂主要成分为水泥，石灰，激发剂。固化剂有较强的吸水性，因此应隔水储存。固化剂包含按重量份数计包含石灰40-50份，水泥110-130份，以及激发剂2-8份；固化剂优选为按重量份数计包含石灰45份，水泥125份，以及激发剂2份。激发剂为碱类激发剂或盐类激发剂。碱类激发剂优选为熟石灰、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或几种。盐类激发剂优选为硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠或碳酸钾中的任意一种或几种。

步骤1.3，确定固化剂和吹填土的混合配比；根据不同工程需求的地基加固要求，地基承载力特征值、地基变形允许值等，针对不同的吹填土土名，进行不同固化剂掺量的固化吹填土配合比试验，依据地基承载力特征值要求，提出固化剂配合比设计，具体实施可参照表。固化剂和吹填土的混合比优选为大约在3%到10%左右。

不同土类、不同固化剂掺量的固化吹填土配合比优选试验方案见表1。

表1：不同土类的不同固化剂掺量

土名	粉质粘土	粉土	粘土	粉砂
					固化剂掺量	3%	5%	7%	10%

步骤1.4，将固化剂与吹填土混合，该过程包含：接通吹填管道，在该管道上的靠近吹填管道出口端的位置安装固化剂混合器，混合器与固化剂罐连接，混合器上设有固化剂阀门；打开固化剂阀门使固化剂进入吹填管道，然后吹填土经过混合器部位与固化剂混合，固化剂与吹填土混合体喷出。

该步骤1.4实施的技术指标包含：粉状固化剂的颗粒粒度优选为100到200目，含水率优选为10%；固化剂的添加速率由固化剂最优掺量决定；对现场吹填管道内通过的含固率和流速进行测定，计算固化剂每分钟的掺入量的指标，该掺入量的指标与吹填土的吹填量相匹配，以保持固化剂与吹填土混合均匀、固化剂的混合量达到设计要求。

步骤1.5，进行固化吹填土的加固设计，依据工程场地的地基处理设计要求，根据工程地质、水文地质条件，和固化剂配合比设计优选值，确定固化吹填土的抗剪强度指标、压缩模量和加固土层的厚度，达到地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求。优选地，确定固化吹填土的抗剪强度指标为1.100~1.300MPa、压缩模量为11~30Mp，加固土层的厚度为4~6m，达到地基处理设计的地基承载力特征值为100~120Mp和允许变形值要求为10%~15%。

步骤1.6，确定成品的养护时间，根据固化吹填土的室内试验结果确定固化吹填土的养护时间（一般为在标准条件下养护14-28天）。

步骤1.6根据固化吹填土的室内试验结果初步确定固化吹填土的养护时间，由于疏浚泥吹填土土质条件和现场的围堰渗透条件、工程排水条件的不同，需现场取样最终确定养护时间。现场确定养护试验，需布设点位、分层采取土样进行土工试验，试验结果达到抗剪强度指标、压缩模量要求值。在工程范围内每100m²布设一个点位，在固化疏浚泥加固深度范围内每1m取样1个。

所述步骤2包含：对步骤1所得的混合吹填后吹填土现场的浅层软土地基进行加固；加固后形成软土地基的上层稳定板状土层。浅层是指厚度在6.0m以内的土体表层。该步骤2通过将固化剂与吹填土搅拌固结完成对浅层软土地基的加固；可使软土地基得到稳定。在该搅拌过程中使用搅拌头和挖掘机，使搅拌头在挖掘机摆动臂带动下的均匀速度移动，使固化剂浆液在浅层软土地基中的分布均匀；在搅拌时，对施工区域进行单位面积划分，逐块完成。

步骤2还包括吹填土的落淤，落淤是高含水率的吹填土吹填后的土颗粒沉积、水排出、形成软土陆域的过程；固化剂与吹填土在落淤过程中和落淤后的凝聚、胶结、固化、提高地基承载力、降低地基压缩性、改善渗透性，完成固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固。

吹填土地基处理工程特点是浅层处理和土层高含水率问题。浅层处理是要解决技术装备问题，高含水率问题的解决方案是固化材料。浅层处理搅拌设备及工艺与高效固化剂固结处理的有效结合，构成了吹填土地基处理的解决方案。搅拌用机械设备与固化剂一起构成了这种技术的主体。固化剂一般是水泥、石灰、固化剂等。搅拌设备以挖掘机，深层搅拌设备和挖泥船式的搅拌装置为主体。

本发明的固化剂，在针对含细砂占75～83%、粉粘土占10～23%，饱水松散状态的含黏量低的粉细砂及粉土质吹填土时，选择粉状固化剂配方。该配方为按重量份数计包含石灰45份，水泥125份，以及激发剂2份的粉状的固化剂。激发剂为碱类激发剂或盐类激发剂。碱类激发剂优选为熟石灰、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或几种。盐类激发剂优选为硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠或碳酸钾中的任意一种或几种。

本发明的固化剂，在针对淤泥粘粒含量占50～70%、含水率在90～110%之间、有机物含量为5～12%、水中氯化物含量大于3%的淤泥质吹填土，选择淤泥质吹填土固化剂配方，配方根据吹填土含水率对粉状固化剂进行配置,或采用配方为：石灰45g，水泥125g，液态激发剂2g。其组成主要包括分散剂、脱水剂和表面活性剂等。根据淤泥的高含水率、颗粒细小和有机物含量高的特点，调整固化剂配方，减少脱水剂，加大分散剂，另加入高标号水泥或者是磨细的矿渣、水渣、粉煤灰、石膏等无机材料。通过实验室大量试验来确定复合配方的比例和掺加数量。

吹填形成的淤泥质吹填土和粉细砂及粉土质吹填土，需要加固处理层的深度不超过6m时，可以采用浅表层原位处理。适于浅层软弱土处理的成套设备组成主要包括三个部分，第一部分是制浆供浆部分，包括粉状固化剂储罐、液态固化剂储罐、外加剂储罐、固液混合搅拌装置、高压泥浆泵、高压输浆胶管和电脑控制室。第二部分是机械移动主体部分，其功能包括可移动行走在淤泥、砂等各种软硬地面上，可拖动高压输浆胶管并将固化剂浆液输送到搅拌装置处。第三部分是搅拌部分，其功能是通过机械搅拌，将高压输浆管传送过来的固化浆液与淤泥，细砂等各种需要固结的地基材料就地搅拌均匀。

步骤2的加固过程包含，确定浅层处理成套设备的供浆方式，搅拌头出料口的来料多少是时间的函数。搅拌头在挖掘机摆动臂带动下的均匀速度移动，使固化剂浆液在浅层处理地基中的分布均匀。施工区域按施工设备的工作效率进行单位面积划分，逐块完成。根据施工区域的设计地基承载力，在实验室通过试验确定固化剂的掺入量设计值，现场施工时再将固化剂的掺入量设计值增加一个百分点。固化剂可在海水、淡水的高含水率软弱土层中直接固化使用。机械移动主体为挖掘机加搅拌头装置。浅层处理施工工艺。施工区域先建立稳定施工平台，依靠施工平台边缘逐条施工，逐块推进。施工区域一般在挖掘机侧面，挖掘机前进方向与施工区域平行，最小施工单位宽度以搅拌头宽度为准，长度以挖掘机摆臂所能达到的极限范围为准。搅拌施工条宽为1.5米，条长为7米，稳定施工平台长度按台班和设计要求而定。施工区域与施工区域之间要有重叠，以保证施工质量。

搅拌施工完毕的区域铺摊砂石料或山皮土作为堆载层，推平碾压后作为下一步施工平台，堆载层厚度一般在0.3～1米之间。施工方法依使用机械移动主体不同而异，两栖挖掘机和自行式挖泥船的施工区域与移动方向相背，可不建施工平台，但仍要划小施工区域单元，且施工区域与施工区域之间要有重叠，以保证施工质量。

步骤3包含：对固化吹填土构成的地基土性状在加固前、加固过程中、加固完成后分别进行检测。其检测指标包含：在70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试块进行钻芯取样、静力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、无侧限抗压强度试验、低应变以及载荷试验。

载荷试验检测点布置:在工程范围内，按每10000m²布置一个载荷试验检测点，检测点标高为地基处理顶标高。

钻芯取样、静力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、无侧限抗压强度：试验、低应变试验的检测点布置在工程范围内，按每1000m²布置一个检测点，钻芯取样、无侧限抗压强度试验的取样沿深度每1.0m取样1次；标准贯入试验、十字板剪切试验沿深度每1.0m测试1点。

标准贯入试验(简称“标贯试验”)：标贯试验是在现场测定砂或粘性土的地基承载力的一种方法。这种方法通过测量规定重量的重锤自某一特定高度自由锤击地基，贯入深度达某一值时的锤击数，以评价该处地基土的性质及承载力。通常重锤质量取63.5±0.5kG，落距取76±2cm。标贯试验是一种勘探与原位试验相结合的地基勘探方法，可以简便快捷地得到近似的粘性土地基承载力标准值。适用范围适用于在一般粘性土、软土、黄土和砂土地区的土木建筑工程、市政、公路、工程地基土原位测试。主要用途。用于查明地层在垂直和水平方向的变化；进行力学分层；确定天然地基承载力和估算单桩承载力；判别砂土液化的可能性；确定软土的不排水抗剪强度；提供软土地基承载力和斜坡稳定性的计算指标。

十字板剪切试验：十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表土的天然强度。

浅层平板载荷试验：在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）－沉降（s）曲线（即p－s曲线）。

本发明提供的固化吹填土的现场混合吹填方法，包含以下主要内容：固化吹填土现场混合吹填区域的位置和尺度，利用现场调查和现场勘察资料，分析影响工程的因素；掌握固化吹填技术和设备特性，安排吹填、固化剂添加与工程整体的关系与衔接；依据地基工程设计要求进行固化吹填土的实施方案设计和技术应用，经济合理地选择实施方案和技术方法；达到保证工期、降低工程造价、合理利用资源和保护环境的目的。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，该方法包含：

步骤1，确定固化剂与吹填土的掺量比，并使得固化剂与吹填土的现场混合吹填；

步骤2，进行吹填土的地基加固；

步骤3，进行固化吹填地基的检测与检验；

所述的步骤1具体包含：

步骤1.1，对吹填土进行土质分析；

步骤1.2，选择固化剂品种；

步骤1.3.依据吹填土土质条件、现场条件和吹填地基的地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求，确定固化剂与吹填土的掺量比；

步骤1.4，在吹填管道出口端进行固化剂与吹填土的现场混合吹填；

所述的步骤2具体包含：

步骤2.1，进行固化吹填地基的固化剂与吹填土混合加固设计，确定固化吹填土的抗剪强度指标、压缩模量和加固土层的厚度，达到地基处理设计的地基承载力特征值和允许变形值要求；

步骤2.2，通过将固化剂与吹填土搅拌固结完成对浅层软土地基的加固；

步骤2.3，确定成品的养护条件和养护时间。

2.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤1.1中的土质分析的指标包括吹填土重度、含水率、土粒比重、颗粒分析、土体强度指标以及压缩模量。

3.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤1.2中，固化剂包含按重量份数计包含石灰40-50份，水泥110-130份，以及激发剂2-8份。

4.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤1.3中，固化剂与吹填土混合的掺量质量比为3%~10%。

5.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤1.4具体是指，接通吹填土管道，在该管道上的靠近吹填土管道出口端的位置设置有与固化剂罐连接的固化剂混合器，该固化剂混合器上设有固化剂阀门，打开该固化剂阀门使固化剂进入吹填土管道，使得吹填土与固化剂混合，然后，将固化剂与吹填土混合体喷出。

6.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤2.1中，固化吹填土的抗剪强度指标为1.100~1.300MPa、压缩模量为11~30Mp，加固土层的厚度为4~6m，达到地基处理设计的地基承载力特征值为100~120Mp，以及允许变形值要求为10%~15%。

7.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤2.2中，所述的浅层是指厚度在6.0m以内的土体表层。

8.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤2.2中的搅拌是指，在搅拌过程中使用搅拌头和挖掘机，使搅拌头在挖掘机摆动臂带动下的均匀速度移动，使固化剂浆液在浅层软土地基中的分布均匀；在搅拌时，对施工区域进行单位面积划分，逐块完成；搅拌施工完毕的区域铺摊砂石料或山皮土作为堆载层，推平碾压成平台，堆载层厚度在0.3～1米之间。

9.如权利要求1所述的固化剂与吹填土管道混合的吹填地基快速加固方法，其特征在于，所述的步骤2.3中，在标准条件下养护时间为：14-28天。

10.如权利要求1所述的固化吹填土的现场混合吹填方法，其特征在于，所述的步骤3包含：对固化吹填土构成的地基土性状在加固前、加固过程中、加固完成后分别进行检测，其检测项目包含：进行钻芯取样、静力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、无侧限抗压强度试验、低应变以及载荷试验。