CN109763480B - 一种高含水率软土场地高效固化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境岩土工程技术领域，公开了一种高含水率软土场地高效固化方法，包括：原位化学固化步骤和预压排水步骤；原位化学固化步骤包括：场地调查，测定软土场地的物化指标，包括：深度、面积、含水率、有机质含量、液塑限以及含盐量；固化剂调配，基于物化指标确定固化剂种类、添加比例及初凝和终凝时间；场地分块，在软土场地内修筑分隔墙进行场地分块；化学固化施工，将调配好的固化剂与待固化的软土混合搅拌均匀；预压排水施工，按照真空预压或者堆载预压或者真空堆载联合预压三种施工方式；场地卸载与复修，预压时间达到28天后，抽干固化分块内上表层的排出水，然后进行卸载，并采用高压注浆泵向排水板内注射水泥浆液进行二次复修加固。

Description

一种高含水率软土场地高效固化方法

技术领域

本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种高含水率软土场地高效固化方法。

背景技术

我国的天然水系滩涂、淤泥堆场及污泥填埋坑等高含水率软土场地分布广泛，且疏浚淤泥及生活污泥均具有含水率高、液塑限大，渗透性小、流动性强的特征，采用一般的堆载预压或真空预压方式很难起到加固的目的，并且排水周期长、费用高。针对此类软土场地，目前工程上也考虑采用原位化学固化方式。即，通过注浆或喷粉搅拌设备将水泥、粉煤灰等固化药剂与泥体充分混合，发生化学反应，从而达到对场地降水与胶凝硬化的目的。但对于含水率远高于液限的软土，需要添加更多量的固化剂才能达到预期的强度，处置成本较高，且固化后的泥体孔隙较多，脆性较强，易发生瞬时破坏，不宜直接作为工程地基使用。因此，一种高含水率软土场地的高效固化方法的提出具有十分重要的工程意义。

发明内容

本发明提供一种高含水率软土场地高效固化方法，解决现有技术中高含水率软土固化处置成本高、周期长、效果不理想，可靠性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高含水率软土场地高效固化方法，包括：原位化学固化步骤和预压排水步骤；

所述原位化学固化步骤包括：

场地调查，测定软土场地的物化指标，包括：深度、面积、含水率、有机质含量、液塑限以及含盐量；

固化剂调配，基于所述物化指标确定固化剂种类、添加比例及初凝和终凝时间；

场地分块，在所述软土场地内修筑分隔墙进行场地分块；

化学固化施工，将调配好的固化剂与待固化的软土混合搅拌均匀；

预压排水施工，按照真空预压或者堆载预压或者真空-堆载联合预压三种施工方式；

场地卸载与复修，预压时间达到28天后，抽干固化分块内上表层的排出水，然后进行卸载，并采用高压注浆泵向排水板内注射水泥浆液进行二次复修加固。

进一步地，按照质量百分比，所述固化剂由40%-50%水泥、30%-40%矿渣、10%-20%粉煤灰、5%-10%消石灰、0.05%-0.5%水泥缓凝剂组成。

进一步地，所述固化剂混合调配后其初凝时间控制在12-18h，终凝时间控制在36-48h；

固化剂试样3天活性指数低于30%，7天活性指数为40%-60%，28天的活性指数大于90%。

进一步地，所述软土场地的分块面积按照固化设备日处理面积确定。

进一步地，所述分隔墙包括钢板桩和水泥土搅拌桩。

进一步地，在所述原位化学固化步骤前，在待固化软土场地上铺设前承载层，作为施工设备的载体；

其中，所述前承载层的材料包括：竹筏、芦苇垫、木板或钢板。

进一步地，所述化学固化施工设备包括带有特定搅头的挖机、钻孔灌注桩基设备和高压旋喷设备；

所述固化剂添加比例为水灰比等于5-8。

进一步地，所述预压排水前要在化学固化施工完成的格块内插入排水板，所述排水板插设深度不低于固化深度的80%，相邻两块排水板插设间距为1~2m；

所述排水板插设完成后，再在对应格块上表层铺设后承载层，所述后承载层采用透水材料层，包括：竹筏、透水板、透水网布及细沙的复合层；

所述后承载层铺设完成后，再在其上方堆载重物，堆载重物的重量控制在保证固化软土所受预压压力为60-100kPa；

所述堆载完成后，对从固化软土中排出孔隙水的pH进行检测，确保固化施工24h内排出水的pH值大于12.3；

其中，若排出水的pH值小于12.3，则适当加大紧后施工固化剂的添加比，同时对当前加载区增加荷载量，保证表层固化软土所受压力大于等于100kPa。

进一步地，场地卸载完成后，若隔离墙采用钢板桩，则需拔出钢板桩后对遗留的缝隙进行注浆填补，若采用水泥土搅拌桩作为隔离墙，则直接留在原位使用；

所述水泥浆液水灰比控制在0.8-1.2。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的高含水率软土场地高效固化方法，将原位化学固化与预压排水加固方法进行结合，实现了疏浚淤泥堆场、生活污泥填埋坑、沿海滩涂地等高含水率软土场地的高效加固，同时降低药剂的投入量，缩短时间，提升固化质量，提高土地的利用率。

具体来说：将固化剂与软土混合搅拌，确保了场地土体的疏松，同时加入的固化剂呈颗粒状，硬凝前具有很好的润滑作用，场地堆载加压后土体内孔隙水可加速排出，加压12小时土体固结度可达85%；采用水泥复合矿粉、粉煤灰等火山灰材料作为主体固化剂，同时加入适量的缓凝剂，延长固化剂的初凝与终凝时间，确保了固化剂终凝前期土体内孔隙水能大量排出，降低水灰比，同时土体孔隙比减小，结构得到压实，后期固化剂硬凝反应过程中强度增长更为显著；化学固化软土场地在加载环境下进行养护，一方面可促进固化剂的水化反应程度，同时提供的预压压力可在土体强度骨架结构形成过程中被“锁定”在土体内部，保证28天养护结束后的处置软土具有较高的强度。值得说明的是，采用预压排水与化学固化联合处置方式，基于物理固结和化学胶凝耦合作用原理，大大提高了高含水率软土场地的固化强度，缩短加固周期，为河湖淤泥场、污泥坑、沿海滩涂地等高含水率软土场地的开发利用提供了一种有效途径。

附图说明

图1为本发明提供的高含水率软土场地高效固化方法的示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种高含水率软土场地高效固化方法，解决现有技术中高含水率软土固化处置成本高、周期长、效果不理想，可靠性差的技术问题；达到了可短期内大幅度提高软土场地的强度，实现了疏浚淤泥堆场、生活污泥填埋坑、沿海滩涂地等高含水率软土场地的高效加固，提高土地的利用率，达到经济效益和环境效益双丰收的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种高含水率软土场地高效固化方法，包括：原位化学固化步骤和预压排水步骤；

所述原位化学固化步骤包括：

场地调查，测定软土场地的物化指标，包括：深度、面积、含水率、有机质含量、液塑限以及含盐量；

固化剂调配，基于所述物化指标确定固化剂种类、添加比例及初凝和终凝时间；

场地分块，在所述软土场地内修筑分隔墙进行场地分块；

化学固化施工，将调配好的固化剂与待固化的软土混合搅拌均匀；

预压排水施工，按照真空预压或者堆载预压或者真空-堆载联合预压三种施工方式；

场地卸载与复修，预压时间达到28天后，抽干固化分块内上表层的排出水，然后进行卸载，并采用高压注浆泵向排水板内注射水泥浆液进行二次复修加固。

下面将具体说明。

按照质量百分比，所述固化剂由40%-50%水泥、30%-40%矿渣、10%-20%粉煤灰、5%-10%消石灰、0.05%-0.5%水泥缓凝剂组成。

所述固化剂混合调配后其初凝时间控制在12-18h，终凝时间控制在36-48h；

固化剂试样3天活性指数低于30%，7天活性指数为40%-60%，28天的活性指数大于90%。

所述软土场地的分块面积按照固化设备日处理面积确定。

所述分隔墙包括钢板桩和水泥土搅拌桩。

在所述原位化学固化步骤前，在待固化软土场地上铺设前承载层，作为施工设备的载体；

其中，所述前承载层的材料包括：竹筏、芦苇垫、木板或钢板。

所述化学固化施工设备包括带有特定搅头的挖机、钻孔灌注桩基设备和高压旋喷设备；

所述固化剂添加比例为水灰比等于5-8为宜。

进一步地，所述预压排水前要在化学固化施工完成的格块内插入排水板，所述排水板插设深度不低于固化深度的80%，相邻两块排水板插设间距为1~2m；

所述排水板插设完成后，再在对应格块上表层铺设后承载层，所述后承载层采用透水材料层，包括：竹筏、透水板、透水网布及细沙的复合层；

所述后承载层铺设完成后，再在其上方堆载重物，堆载重物的重量控制在保证固化软土所受预压压力为60-100kPa；所述堆载完成后，对从固化软土中排出孔隙水的pH进行检测，确保固化施工24h内排出水的pH值大于12.3；

其中，若排出水的pH值小于12.3，则适当加大紧后施工固化剂的添加比，同时对当前加载区增加荷载量，保证表层固化软土所受压力大于等于100kPa。

场地卸载完成后，若隔离墙采用钢板桩，则需拔出钢板桩后对遗留的缝隙进行注浆填补，若采用水泥土搅拌桩作为隔离墙，则直接留在原位使用；所述水泥注射浆液水灰比控制在0.8-1.2。

下面将结合附图和一个具体实施例予以说明。

本发明提供了一种高含水率疏浚淤泥高效固化方法，具体施工步骤包括：场地调查、固化剂调配、场地分块、化学固化施工、预压排水施工、场地卸载与复修。

（1）场地调查

所述场地调查包括软土场地深度、面积及含水率、有机质含量、液塑限、含盐量物化指标的测定。

本室内试验选取试验材料为河湖淤泥，试验前对试验所用淤泥物化性质进行测定如下：

自然含水率	有机质含量	比重	液限	塑限	孔隙液pH
						140.3%	8.8%	2.62	83.1%	25.0%	6.8

（2）固化剂调配

所述固化剂由40%-50%水泥、30%-40%矿渣、10%-20%粉煤灰、5%-10%消石灰、0.05%-0.5%水泥缓凝剂组成；

所述固化剂混合调配后需做净浆空白试验，水灰比控制范围为0.5-1，保证所调配固化剂初凝时间控制在12-18h，终凝时间控制在36-48h，固化剂试样3d活性指数低于30%，7d活性指数为40%-60%，28d的活性指数大于90%；

作为优选，所用水泥为PO42.5，所用矿渣为S95级，所用粉煤灰为I级F类，所用缓凝剂包括无机类和有机类。

本实例所采用固化剂由50%的PO42.5水泥、30%的S95级矿渣、15%的F-I类粉煤灰、5%消石灰、0.05%葡萄糖酸钠组成；

经检测，所配固化剂初凝时间为15h，终凝时间为38h，3d的活性指数为28%， 7d活性指数为42%，28d净浆体强度为38.5MPa，活性指数为91%。

（3）场地分块

在软土场地内部修筑分隔墙3进行场地分块，将待处理软土场地分成若干施工格块，所述施工格块面积等于固化设备日处理面积；

作为优选，所述施工分隔墙3可采用钢板桩或水泥土搅拌桩施工方式进行修筑。

作为优选，化学固化施工设备1应在软土场地上集中成片作业，尽量增大格块面积，减小场地分隔的施工量。

本实例采用自行研制的大型渗透固结仪模拟现场施工场地，无需分块，大型渗透固结仪一次性可对20kg的淤泥进行加压并排水。

（4）化学固化施工

所述化学固化施工前需在软土场地表面铺设前承载层2，确保施工设备可在其上安全作业，所述前承载层2材料包括竹筏、芦苇垫、木板或钢板；

所述化学固化施工过程指用特定的化学固化施工设备1，将调配好的固化剂按照一定的比例与所需固化的软土混合搅拌均匀；所述化学固化施工设备1包括带有特定搅头的挖机、钻孔灌注桩基设备和高压旋喷设备；

作为优选，所述固化剂初始添加比例为水灰比等于5-8为宜，具体添加比例需施工前依据相应室内试验结果进行确定。

所述固化剂中包含有大量火山灰材料及适量的缓凝剂，可保证化学固化施工后的12-18h内固化剂水化反应较弱，强度增长缓慢，为后续紧邻的预压排水施工提供充足的施工时间和固结排水时间。待预压排水工作基本完成后，加入的固化剂逐渐发生硬凝反应，胶结土颗粒形成强度骨架。故化学固化施工在前，强度贡献则主要在预压排水之后。

本实例取20kg上述淤泥，固化剂添加量采用水灰比为5和7两个比例，对应固化剂用量2.33kg、1.67kg，在小型搅拌器内快速搅拌3min，使淤泥与固化剂混合均匀，随后将混合均匀的固化淤泥放入渗透固结压力室内。

（5）预压排水施工

所述预压排水施工包括：真空预压、堆载预压、真空-堆载联合预压三种施工方式，以下以堆载预压施工为例进行具体说明：

进一步地，在化学固化施工完成的格块软土内插入排水板5，所述排水板5插设深度不低于固化深度的80%，相邻两块排水板插设间距为1~2m；

进一步地，所述排水板5插设完成后，再在对应格块上表层铺设后承载层4，所述后承载层4应具有很强的透水性；

作为优选，所述后承载层4可选用竹筏、透水板、透水网布、细沙进行复合铺设；

所述后承载层4铺设完成后，再在其上方堆载重物6；

作为优选，堆载重物的重量控制在保证固化软土所受预压压力为60-80kPa为宜。

进一步地，堆载完成后，对从固化软土中排出孔隙水的pH进行检测，确保固化施工24h内排出水的pH值大于12.3，若排出水的pH值小于12.3，则适当加大紧后施工固化剂的添加比，同时对当前加载区增加荷载量，保证表层固化软土所受压力不小于100kPa。

由于化学固化施工过程对软土场地的泥体进行了搅动，土体较为松散，孔隙增多，故预压排水过程中孔隙液更有利于排出，固结排水过程减小了土体内部的孔隙，使固化土体更为密实，场地后期强度增长更为显著。且预压排水过程同时伴随着固化剂的水化反应，故排出水的pH会增大，通过排出水pH值可判断土体内水化反应程度，若pH值过低，则表明水化反应较弱，后期强度增长较小，此时可及时对施工参数做出更改，可选择提高下一分格块固化剂添加比例，同时增大当前预压排水分格块的堆载压力，从而提高场地的后期强度。

本实例中在压力室内淤泥中部插入排水板，安装好加压活塞，从固化淤泥顶部分别施加60kPa、100kPa两种压力，固化泥体开始固结排水，并进行沉降和排水量监测，同时测试加压24h内排出水的pH。

（6）固化场地卸载复修：

预压时间达到28d后，抽干固化格块内上表层的排出水，然后进行卸载。卸载完成后，对固化场地进行整体平整，若隔离墙采用钢板桩，则需拔出钢板桩后对遗留的缝隙进行注浆填补，若采用水泥土搅拌桩作为隔离墙，则直接留在原位使用；

所述固化场地平整完成后，采用高压注浆泵向每一个排水板内注射水泥浆液进行二次复修加固；

作为优选，所述水泥注射浆液水灰比控制在0.8-1.5。

本实例对两种固化剂添加比例（水灰比为5、7）和两种堆载压力（压力为60kPa、100kPa）的固化淤泥在常温下养护28d后，再进行卸载，由于固化体尺寸较小，卸载后对排水板不进行注浆复修，直接对固化泥体进行无侧限抗压强度测试。

以上具体实施例中测试结果统计如下：

实例	固化剂初凝时间/h	固化剂终凝时间/h	水灰比	养护压力/kPa	固结稳定时间/h	28天强度/kPa
							1	15	38	5	60	12.4	412
2	15	38	5	100	15.6	538
							3	15	38	7	60	14.8	355
4	15	38	7	100	16.7	423

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的高含水率软土场地高效固化方法，将原位化学固化与预压排水加固方法进行结合，实现了疏浚淤泥堆场、生活污泥填埋坑、沿海滩涂地等高含水率软土场地的高效加固，同时降低药剂的投入量，缩短时间，提升固化质量，提高土地的利用率。

具体来说：将固化剂与软土混合搅拌，确保了场地土体的疏松，同时加入的固化剂呈颗粒状，硬凝前具有很好的润滑作用，场地堆载加压后土体内孔隙水可加速排出，加压12小时土体固结度可达85%；采用水泥复合矿粉、粉煤灰等火山灰材料作为主体固化剂，同时加入适量的缓凝剂，延长固化剂的初凝与终凝时间，确保了固化剂终凝前期土体内孔隙水能大量排出，降低水灰比，同时土体孔隙比减小，结构得到压实，后期固化剂硬凝反应过程中强度增长更为显著；化学固化软土场地在加载环境下进行养护，一方面可促进固化剂的水化反应程度，同时提供的预压压力可在土体强度骨架结构形成过程中被“锁定”在土体内部，保证28天养护结束后的处置软土具有较高的强度。值得说明的是，采用预压排水与化学固化联合处置方式，基于物理固结和化学胶凝耦合作用原理，大大提高了高含水率软土场地的固化强度，缩短加固周期，为河湖淤泥场、污泥坑、沿海滩涂地等高含水率软土场地的开发利用提供了一种有效途径。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种高含水率软土场地高效固化方法，其特征在于，包括：原位化学固化步骤和预压排水步骤；

所述原位化学固化步骤包括：

场地调查，测定软土场地的物化指标，包括：深度、面积、含水率、有机质含量、液塑限以及含盐量，且

自然含水率 有机质含量 比重 液限 塑限 孔隙液pH 140.3% 8.8% 2.62 83.1% 25.0% 6.8

固化剂调配，基于所述物化指标确定固化剂种类、添加比例及初凝和终凝时间；场地分块，在所述软土场地内修筑分隔墙进行场地分块；

化学固化施工，将调配好的固化剂与待固化的软土混合搅拌均匀；

预压排水步骤包括：

预压排水施工，按照真空预压或者堆载预压或者真空-堆载联合预压三种施工方式；

场地卸载与复修，预压时间达到28天后，抽干固化分块内上表层的排出水，然后进行卸载，并采用高压注浆泵向排水板内注射水泥浆液进行二次复修加固；

按照质量百分比，所述固化剂由50%的PO42.5水泥、30%的S95级矿渣、15%的F-I类粉煤灰、5%消石灰、0.05%葡萄糖酸钠组成；

所述固化剂混合调配后其初凝时间控制在12-18h，终凝时间控制在36-48h；

固化剂试样3天活性指数低于30%，7天活性指数为40%-60%，28天的活性指数大于90%；

所述软土场地的分块面积按照固化设备日处理面积确定；

所述分隔墙包括钢板桩和水泥土搅拌桩；

在所述原位化学固化步骤前，在待固化软土场地上铺设前承载层，作为施工设备的载体；

其中，所述前承载层的材料包括：竹筏、芦苇垫、木板或钢板；

所述化学固化施工设备包括带有特定搅头的挖机、钻孔灌注桩基设备和高压旋喷设备；

所述固化剂添加比例为水灰比等于5-8；

所述预压排水前要在化学固化施工完成的格块内插入排水板，所述排水板插设深度不低于固化深度的80%，相邻两块排水板插设间距为1~2m；

所述排水板插设完成后，再在对应格块上表层铺设后承载层，所述后承载层采用透水材料层，包括：竹筏、透水板、透水网布及细沙的复合层；

所述后承载层铺设完成后，再在其上方堆载重物，堆载重物的重量控制在保证固化软土所受预压压力为60-100kPa；

所述堆载完成后，对从固化软土中排出孔隙水的pH进行检测，确保固化施工24h内排出水的pH值大于12.3；

其中，若排出水的pH值小于12.3，则适当加大紧后施工固化剂的添加比，同时对当前加载区增加荷载量，保证表层固化软土所受压力大于等于100kPa；

场地卸载完成后，若隔离墙采用钢板桩，则需拔出钢板桩后对遗留的缝隙进行注浆填补，若采用水泥土搅拌桩作为隔离墙，则直接留在原位使用；

所述水泥浆液水灰比控制在0.8-1.2。

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