CN108049271A - 一种软基处理施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软基处理施工工艺，涉及道路施工技术领域。其包括以下步骤：步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，搅拌混合均匀，得到混合土；步骤二，在挖掘出的空间的底部铺设一层用于防渗水的混凝土层；步骤三，将混合土分层铺设在还未凝固的混凝土层上，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6‑8层，每层混合土的厚度为15‑25cm；步骤四，对铺设完成的混合土层进行加压养护，待其固化后即完成施工。采用本发明中的施工工艺处理软基，能够提高软基土体的抗压强度和抗变形能力。

Description

一种软基处理施工工艺
技术领域
本发明涉及道路施工技术领域，更具体地说，它涉及一种软基处理施工工艺。
背景技术
高速公路是大型线状构筑物，对工后沉降和不同路段的沉降差有比较严格的要求。高速公路一般会跨越不同的地貌单元，沿线将遇到各种各样的地基条件，在长江三角洲和珠江三角洲地区和我国其他沿海一带广泛发育深厚的软土地层。由于路堤高、荷载大，这些深厚软土地基的加固处理是目前软土地区公路或高速公路建设中的技术难点之一。在我国高速公路的建设过程中，根据多年的建设经验，形成了一套适合我国高速公路建设软土地基处理技术体系。针对不同埋藏深度、不同厚度和不同特点的软土地基，可以选择换填、强夯、预压排水固结、碎石桩、水泥土搅拌桩、粉喷桩等不同的技术方案对原地基进行处理和加固。其中粉喷桩法为：利用喷粉搅拌钻机将粉体水泥固化剂喷入软士地基中，将软士与水泥固化剂强制搅拌，使软土固结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基。
此法采用搅拌钻机伸入软土地基中搅拌，难以控制搅拌均匀度，水泥固化剂在软土中的均匀性差，导致软土地基固化后抗压强度低。因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种软基处理施工工艺，通过将原位软土和水泥固化剂混合并在合适的pH和压力下固化，以解决上述问题，其具有抗压强度高、抗变形能力好的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种软基处理施工工艺，包括以下步骤：
步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，搅拌混合均匀，得到混合土；
步骤二，在挖掘出的空间的底部铺设一层用于防渗水的混凝土层；
步骤三，将混合土分层铺设在还未凝固的混凝土层上，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6-8层，每层混合土的厚度为15-25cm；
步骤四，对铺设完成的混合土层进行加压养护，待其固化后即完成施工。
通过上述技术方案，水泥颗粒是一种多矿物聚集体，通过水化，水泥浆体逐步稠化和硬化。水泥组分中除了主要矿物外，还有少量的Na2O、K2O、MgO以及硫酸盐，当水泥颗粒与水拌和后，水利溶解变成含有多种离子的的溶液，水泥浆溶液中的主要离子有：钙离子、氢氧根离子、硅酸根离子。当硅酸钙与水接触后在硅酸钙表面有晶格缺陷的部位及激活点上很快发生水解，钙离子和氢氧根离子进入溶液，在硅酸钙表面形成一个缺钙的“富硅层”。接着，钙离子吸附到“富硅层”表面形成双电层，从而使硅酸钙溶解受阻，当液相为酸性时，硅酸钙溶解出来的氢氧根离子和氢离子发生中和反应，加快了硅酸钙的水化，同时也能让氢氧化钙延迟结晶。游离的钙离子和硅酸根离子结合生成水化硅酸钙凝胶，使水泥石的微观结构更加致密，从而提高混合土层的抗压强度。相反，中性的原位软土对水泥固化剂不会有这种作用，而碱性的原位软土反而会阻碍熟料矿物水化，增大氢氧化钙的形核，增加氢氧化钙的量，对水泥石的抗压强度产生不利的影响。
通过铺设防渗水的混凝土层，避免地下水过多的渗入混合土层中，有利于混合土层中固化剂和土壤的固化。通过对混合土层进行加压养护，一定的压应力使水泥整体产生收缩，混合土层材料变得更加致密，减小了孔隙率，同时，水化产物表面吸附的自由水层将产生滑移，同时吸附水层变得更薄，使颗粒表面双电层结构发生变化，增加了已水化水泥颗粒之间的粘附接触作用，进一步影响着后期的水化过程，从而增加混合土层的抗压强度。
进一步优选为，所述水泥固化剂包括以下重量份数的组分：
硅酸盐水泥90-100份；
粉煤灰20-40份；
石灰25-45份；
硫酸钙1-5份；
硫酸铁1-5份；
三乙醇胺0.1-0.5份；
聚羧酸减水剂0.1-0.5份。
通过上述技术方案，由于土壤中含有结合水和游离水，其中游离水以及通过物理吸附或者表面剩余作用力吸附的水影响土壤固化，由于水的存在，溶解了土壤中的盐类和土壤本身部分带正电的活性成分，反过来促使水产生电离，形成的氢氧根离子在土壤颗粒表面通过弱的化学作用吸附聚集，使得土粒成为带负电的胶粒，进一步和土粒周围的阳离子形成双电层结构，使得土壤变成溶胶体，这样的胶体具有一定的稳定性，胶粒和胶粒之间维持一定距离，主要是范德华力在起维系土体的作用，因此土壤的强度较差，即使在某种条件下破坏了这种胶体结构，在饱水的环境里产生的也是松散的絮凝，对土壤的强度并没有多少提高，所以为了固化土壤，必须将土壤中的水除去，并且还要保证这种形成双垫层和土壤溶胶的过程不再发生。
本发明中的水泥固化剂通过将游离水转化为洁净水，利用生成高结晶水的物质消耗土壤中的游离水分，结晶水不参与上述破坏土壤强度的过程，并且生产的结晶水合物具有胶凝的性质，可以堵塞土块中的各种毛细通道，避免渗入水分再一次破坏固化土的结构。钙离子有利于硅酸盐的聚集，铁离子化合物会在土壤结晶中处于中心晶核的地位。
进一步优选为，所述水泥固化剂还包括1-3份聚酯纤维。
通过上述技术方案，聚酯纤维耐酸碱腐蚀性能较好，其在混凝土中形成一种均匀乱向分布的状态，使结构应力分散，进一步增强混合土层的强度。
进一步优选为，所述水泥固化剂与原位软土的重量比为(6-10):100。
通过上述技术方案，水泥固化剂用量太少，难以使土壤全部胶结，原位软土的结构强度不够；水泥固化剂用量太多，会造成不必要的浪费，导致成本增加。
进一步优选为，所述混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间均铺设有网格布。
通过上述技术方案，将混合土分层压实，能够降低孔隙率，排出多余水分，有利于混合土和水泥固化剂胶结固化，提高抗压强度；但是相邻的混合土层之间交联强度不够，容易发生横向位移，网格布能有效避免水泥固化时整体表面张力收缩以及外力引起的开裂，同时提高相邻的混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间的交联强度。
进一步优选为，所述步骤一中调节原位软土的pH为2-4。
通过上述技术方案，经研究发现，在相同的条件下，原位软土的pH越低，养护得到的混合土层抗压强度越高，但是原位软土的pH太低容易对设备或者聚酯纤维造成一定的腐蚀，因此，pH优选为2-4。
进一步优选为，所述步骤四中的养护压力为6-9Mpa，养护时间为15-20天。
通过上述技术方案，经研究发现，在上述压力范围下养护的混合土层的抗压强度随着压力的升高而增大。
进一步优选为，所述混凝土层的厚度为40-50cm。
通过上述技术方案，混凝土层避免地下水过多的渗入混合土层中，有利于混合土层中固化剂和土壤的固化。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)通过将原位软土的pH调节为酸性，硅酸钙溶解出来的氢氧根离子和氢离子发生中和反应，加快了硅酸钙的水化，同时也能让氢氧化钙延迟结晶，游离的钙离子和硅酸根离子结合生成水化硅酸钙凝胶，使水泥石的微观结构更加致密，从而提高混合土层的抗压强度；
(2)通过铺设防渗水的混凝土层，避免地下水过多的渗入混合土层中，有利于混合土层中固化剂和土壤的固化，通过对混合土层进行加压养护，一定的压应力使水泥整体产生收缩，混合土层材料变得更加致密，减小了孔隙率，同时，水化产物表面吸附的自由水层将产生滑移，同时吸附水层变得更薄，使颗粒表面双电层结构发生变化，增加了已水化水泥颗粒之间的粘附接触作用，进一步影响着后期的水化过程，从而增加混合土层的抗压强度；
(3)通过将混合土分层压实，能够降低孔隙率，排出多余水分，有利于混合土和水泥固化剂胶结固化，提高抗压强度，但是相邻的混合土层之间交联强度不够，容易发生横向位移，网格布能有效避免水泥固化时整体表面张力收缩以及外力引起的开裂，同时提高相邻的混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间交联强度。
附图说明
图1为采用本发明中的施工工艺处理后的软基的结构图。
附图标记：1、混凝土层；2、混合土层；3、网格布。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种软基处理施工工艺，包括以下步骤：
步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，pH调节为2，可以采用腐殖酸或石灰调节pH，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，水泥固化剂与原位软土的重量比为6:100，水泥固化剂各组分的重量份数如表1所示，搅拌混合均匀，得到混合土；
步骤二，在挖掘出的空间的底部铺设一层用于防渗水的混凝土层，混凝土层的厚度为40cm，混凝土层的材料选用现有技术中的抗渗混凝土；
步骤三，将混合土分层铺设在还未凝固的混凝土层上，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6层，每层混合土的厚度为15cm，混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间均铺设有网格布；
步骤四，对铺设完成的混合土层进行加压养护，养护压力为6Mpa，养护时间为15天，待其固化后即完成施工。
如图1所示，混凝土层1位于挖出软土的空腔的底部，混凝土层1上方铺设有六层混合土层2，混凝土层1与混合土层2、混合土层2与混合土层2之间均铺设有网格布3。
实施例2-5：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-5水泥固化剂中的各组分及其重量份数
组分 1 2 3 4 5
硅酸盐水泥 90 92 95 98 100
粉煤灰 40 35 30 25 20
石灰 25 30 35 40 45
硫酸钙 1 2 3 4 5
硫酸铁 1 2 3 4 5
三乙醇胺 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
聚羧酸减水剂 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
实施例6：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，水泥固化剂与原位软土的重量比为8:100。
实施例7：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，水泥固化剂与原位软土的重量比为10:100。
实施例8：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，水泥固化剂还包括1份聚酯纤维。
实施例9：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，水泥固化剂还包括2份聚酯纤维。
实施例10：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，水泥固化剂还包括3份聚酯纤维。
实施例11：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，调节原位软土的pH为3。
实施例12：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，调节原位软土的pH为4。
实施例13：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，混凝土层的厚度为45cm。
实施例14：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，混凝土层的厚度为50cm。
实施例15：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，混合土层的厚度为20cm。
实施例16：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，混合土层的厚度为25cm。
实施例17：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，铺设混合土7层。
实施例18：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，铺设混合土8层。
实施例19：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中养护压力为8Mpa。
实施例20：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中养护压力为9Mpa。
实施例21：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中养护时间为18天。
实施例22：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中养护时间为20天。
实施例23：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤三中混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间均未铺设网格布。
对比例1：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤一中原位软土pH调节为7。
对比例2：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤一中原位软土pH调节为9。
对比例3：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤一中水泥固化剂与原位软土的重量比为2:100。
对比例4：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤一中水泥固化剂与原位软土的重量比为15:100。
对比例5：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，pH调节为2，可以采用腐殖酸或石灰调节pH，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，水泥固化剂与原位软土的重量比为6:100，水泥固化剂各组分的重量份数如表1所示，搅拌混合均匀，得到混合土；
步骤二，在挖掘出的空间的底部铺设一层用于防渗水的混凝土层，混凝土层的厚度为40cm，混凝土层的材料选用现有技术中的抗渗混凝土；
步骤三，将混合土分层铺设在还未凝固的混凝土层上，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6层，每层混合土的厚度为15cm，混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间均铺设有网格布；
步骤四，对铺设完成的混合土层进行养护，养护时间为15天，待其固化后即完成施工。
对比例6：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，步骤四中养护压力为2Mpa。
对比例7：一种软基处理施工工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，pH调节为2，可以采用腐殖酸或石灰调节pH，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，水泥固化剂与原位软土的重量比为6:100，水泥固化剂各组分的重量份数如表1所示，搅拌混合均匀，得到混合土；
步骤三，在挖掘出的空间的底部铺设一层混合土，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6层，每层混合土的厚度为15cm，混合土层与混合土层之间均铺设有网格布；
步骤四，对铺设完成的混合土层进行加压养护，养护压力为6Mpa，养护时间为15天，待其固化后即完成施工。
试验一抗压强度试验
试验方法：采用实施例1-23和对比例1-7中的固化剂和施工工艺对东部平原地区的软土进行处理，养护完成后测试其无侧限抗压强度，并测试原位软土的无侧限抗压强度。
试验结果：表2为实施例1-23和对比例1-7处理后的软基土层测试结果，由表2可知，本发明将原位软土的pH调节为酸性，有利于提高混合土层的无侧限抗压强度，且pH越低，混合土层的其无侧限抗压强度越高；防渗水的混凝土层能避免地下水过多的渗入混合土层中，有利于混合土层中固化剂和土壤的固化，一定的压应力使水泥整体产生收缩，混合土层材料变得更加致密，增加混合土层的抗压强度；通过将混合土分层压实，能够降低孔隙率，排出多余水分，有利于混合土和水泥固化剂胶结固化，提高抗压强度；网格布能有效避免水泥固化时整体表面张力收缩以及外力引起的开裂，同时提高相邻的混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间交联强度。
表2实施例1-23和对比例1-7处理后的软基土层测试结果
实施例 无侧限抗压强度/kPa
实施例1 735
实施例2 740
实施例3 738
实施例4 733
实施例5 730
实施例6 731
实施例7 729
实施例8 775
实施例9 780
实施例10 781
实施例11 730
实施例12 728
实施例13 748
实施例14 745
实施例15 746
实施例16 741
实施例17 752
实施例18 755
实施例19 751
实施例20 758
实施例21 766
实施例22 771
实施例23 682
对比例1 485
对比例2 413
对比例3 575
对比例4 675
对比例5 472
对比例6 552
对比例7 583
原位软土 65
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软基处理施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在需要处理的位置，挖出工程需要的空间，先调节原位软土的pH为酸性，再向挖掘出的原位软土中加入水泥固化剂，搅拌混合均匀，得到混合土；
步骤二，在挖掘出的空间的底部铺设一层用于防渗水的混凝土层；
步骤三，将混合土分层铺设在还未凝固的混凝土层上，每铺设一层混合土采用压平机械对其进行压平，压平后再铺设一层混合土，铺设混合土6-8层，每层混合土的厚度为15-25cm；
步骤四，对铺设完成的混合土层进行加压养护，待其固化后即完成施工。
2.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述水泥固化剂包括以下重量份数的组分：
硅酸盐水泥90-100份；
粉煤灰20-40份；
石灰25-45份；
硫酸钙1-5份；
硫酸铁1-5份；
三乙醇胺0.1-0.5份；
聚羧酸减水剂0.1-0.5份。
3.根据权利要求2所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述水泥固化剂还包括1-3份聚酯纤维。
4.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述水泥固化剂与原位软土的重量比为（6-10）:100。
5.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述混凝土层与混合土层、混合土层与混合土层之间均铺设有网格布。
6.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述步骤一中调节原位软土的pH为2-4。
7.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述步骤四中的养护压力为6-9Mpa，养护时间为15-20天。
8.根据权利要求1所述的软基处理施工工艺，其特征在于，所述混凝土层的厚度为40-50cm。
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