CN110359443A - 一种水利工程软土地基施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水利工程软土地基施工方法，包括以下步骤：（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层软土；（2）采用正三角形布桩，打出桩孔，将预制桩放入桩孔中，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料：（3）铺设厚度为30‑50cm砂石层，所述砂石层中间铺设1‑2层木工格栅，然后使用压路机进行10‑15次往返静压，每次往返间隔8‑10h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中抽水；（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为30‑40cm，整平。该方法从施工步骤、预制桩的结构、填料、排水以及回填土等方面对施工方法进行优化，对软土地基的复合加固效果好，施工简单。

Description

一种水利工程软土地基施工方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种水利工程软土地基施工方法。

背景技术

软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，具有天然孔隙比大、压缩性高、抗渗强度低、扰动性大、透水性差、各层之间物理力学性能相差较大等特点，长期受雨水浸泡的区域、或江河湖泊、稻田、沼泽等区域往往会形成软土地基，而水利工程施工比如河道、沟渠、水电站、水利监测站以及水库、堤坝等施工区域会经常遇到软土地基，需要对软土地基进行技术处理和改良，以增强土体的强度、稳定性和渗透性，确保水利施工的安全稳定。

现有技术常用的软土地基处理技术有强夯法、换填法、桩基加固法、固结排水法等等。中国专利文献（公开号CN1793525A）针对现有的处理软土地基方法中存在的各种问题，结合排水固结法对软土本身加固效果显著和预制混凝土桩强度高、质量容易控制两者优势，在国内首次提出了一种加固深厚软基的新方法-砼芯砂石桩复合地基方法。它利用预制硅桩为桩芯，起承受竖向荷载并将其传递至下卧硬土层作用；四周充填透水性能良好的纯净中粗砂或碎石屑

形成透水性好、强度高的桩壳，起加大芯桩侧壁摩阻力和竖向排水作用。随后在桩体上面铺设一定厚度的褥垫层构成新的复合地基。该方法具有施工简便、成桩速度快、桩间土强度恢复快、节省检测前的养护时间以及强度高的优点，尤其适用于水利、交通工程建设中面临的含水量高、有机质含量高的深厚软土地基的处理。但是该专利仅仅靠排水外壳、砂石层以及褥垫层形成的排水通道排水，其排水效果很弱，且安装孔和砼桩中填充碎石屑或砂石仅仅能增加砼桩的摩擦力，复合增强效果较弱。

中国专利文献（公开号CN108265693A）公开一种软土地基加固方法，具体包括以下步骤：（1）整平场地，划分区域，确定搅拌桩及锚杆的数目及位置分布；（2）设置锚杆深入地基，可作为排水通道；（3）利用压力机反复压实场地；（4）待排水稳定后，打入搅拌桩，并在锚杆中注浆。该发明可在地基中形成立体网状浆脉骨架，且能减少搅拌桩的数目，处理成本低，效果稳 显著且稳定，具有较好的经济效益。即该发明是采用桩基和排水综合加固的方法，但是同时做排水和桩基加固，成本较高。

由此可见现有技术中也将桩基加固和排水法等综合起来施工，以增强加固效果，但是在施工中需要考虑施工成本、复合加固效果等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水利工程软土地基施工方法，从施工步骤、预制桩的结构、填料、排水以及回填土等方面对施工方法进行优化，对软土地基的复合加固效果好，施工简单。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水利工程软土地基施工方法，包括以下步骤：

（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层70-80cm的软土；

（2）采用正三角形布桩，打出桩孔，将预制桩放入桩孔中，所述预制桩为空心预制桩，预制桩上设置排水管，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料：

（3）铺设厚度为30-50cm砂石层，所述砂石层中间铺设1-2层木工格栅，然后使用压路机进行10-15次往返静压，每次往返间隔8-10h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中抽水；

（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂以及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为30-40cm，整平。

进一步的，所述步骤（2）中的预制桩包括桩体，所述桩体为正多边形空心桩，其中预制桩的桩长为8-15m，正多边形外界圆直径为500-600mm，所述桩体边角处设置桩板，所述桩板与所述桩体外侧竖向之间设置竖向排水管，所述竖向排水管上设置排水孔，所述排水管外侧设置滤层。

进一步的，所述滤层（4）为1-2层过滤棉或网格布。

进一步的，所述步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣20-30份、铜渣10-15份、陶粒25-35份、聚丙烯纤维5-8份和沸石15-25份。

进一步的，所述镁渣中SiO₂ 28-32%，CaO 50-55%；铜渣中SiO₂ 35-40%，CaO 5-10%，Al₂O₃ 2-8%。

进一步的，所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

进一步的，所述固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥20-28份、高炉矿渣9-12份、脱硫石膏5-7份、聚合氯化铝3-5份、聚丙烯酰胺3-5份、硅酸钙0.6-1份。

进一步的，所述步骤（4）中固化剂、水以及软土的质量比为0.1-0.15：0.1-0.15：1，即软土中固化剂和水的掺加量均是10-15%。

进一步的，所述软土中的含水量为40-50%。

进一步的，其中预制桩与桩孔之间的间距为80-120mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明公开一种水利工程软土地基施工方法，从施工步骤、预制桩的结构、填料、排水以及回填土等方面对施工方法进行优化，其中放置预制桩之后铺设砂石层，并进行多次静压，在静压和预制桩的挤压作用下，使部分软土中的水分进入预制桩上的排水管中，抽水后继续施工，能够在施工前期提高软土的密实度，增加加固效果。本发明施工工艺简单，对软土地基的加固效果优异。

2、本发明在施工时先将表层的软土清理出来，然后采用预制桩进行加固，采用预制桩能够节省场地，减少施工成本；其中本发明中的预制桩的桩体为正多边形空心桩，其中设置空心桩能减少桩体的重量和成本，便于运输和施工；桩体边角处设置桩板，能够大大增加预制桩与周围软土和填料的接触面积，桩体和桩板一起受力，从而大大增加预制桩的横向承载力，且该结构具有抗拉拔作用。另外由于预制桩与桩孔之间填充有填料，会对周围的软土具有很大的挤压作用，因此在预制桩周围排水效果最好，本发明在桩板与桩体外侧竖向之间设置竖向排水管，用于排出软土中水分，增加软土的密实度和强度。

3、在桩孔与预制桩之间填充的填料的主要成分包括镁渣、铜渣、聚丙烯纤维、沸石和陶粒，这些填料填充在预制桩和软土中间，这些颗粒状的填料与软土形成摩擦力，从而增加预制桩的横向的承载力。且这些填料能够使周围软土中的水分透过并进入竖向排水管中，进行排水，从而增加周围软土的密实度和强度。另一方面，本申请的镁渣和铜渣中含有大量的CaO和SiO₂，在接触到周围软土中的水分时，CaO比表面积增大，体积膨胀，释放大量的热，并与其他成分比如镁渣和铜渣中的SiO₂、Al₂O₃以及软土中的一些矿物质形成硅酸钙以及氯酸钙等的水合物，这些物质与浸入的软土颗粒粘结在一起，形成一种网状结构，能够大大增强预制桩的承载强度；且由于填料中还设置聚丙烯纤维，从而在网状结构中形成一种全方位的支撑体系，分散定向应力，从而提高填料的抗裂能力。

另外沸石和陶粒分散在网状结构中，其中沸石和陶粒均为多孔结构，能够形成透水通道；使软土中的水分慢慢渗透。且本发明还限定了沸石和陶粒的粒径，沸石和陶粒堆积分散在网络结构中，相互填充，确保强度的同时保证空隙。

4、本发明中的回填土是采用清理出来的软土加入10-15%固化剂和水制备而成，能够节省一定的成本。其中软土固化是采用水泥进行固化，水泥拌入软土中，在碱性条件下水化生成水化硅酸钙、水化氯酸钙等，在软土颗粒表面形成骨架结构，将软土的土颗粒进行包裹，从而确保回填土的强度；还添加有高炉矿渣，其中高炉矿渣中的主要成分是SiO₂、CaO、MgO和Al₂O₃，水化反应生成水化硅酸钙和氯酸钙骨架材料，且其中的MgO水化后体积膨胀能够填充软土中的空隙，增强软土的强度。而添加的硅酸钙，可以作为水化反应的晶种，促进晶核的生成和晶体的生长，使水化产物在水泥和硅酸钙表面更快生长。

本发明的固化剂中还添加有聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，其中聚合氯化铝和聚丙烯酰胺水解后，体积膨胀，不仅能填充软土中的空隙，增强固化效果；还能吸附软土土颗粒中的粒子以及硅酸钙等水化产物，使得大量颗粒凝聚成胶粒，增强与软土的作用力，从而增强回填土的强度。

附图说明

图1为本发明预制桩的俯视结构示意图；

图2为本发明具体实施方式示意图。

图中：1-桩体，2-桩板，3-排水管，4-滤层，5-桩孔，6-砂石层，7-回填土,8-填料，9-木工格栅。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，其中固化剂中的硅酸盐水泥采用的是42.5硅酸盐水泥。

实施例1

一种水利工程软土地基施工方法，包括以下步骤：

（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层70cm的软土；

（2）采用正三角形布桩，桩间距为1.5m，打出桩孔5，将预制桩放入桩孔5中，其中预制桩最外侧与桩孔壁之间的间距a为80mm，其中预制桩为空心预制桩，预制桩上设置竖向排水管，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料8至桩顶，然后留振10s，然后开始拔管并打开桩尖活瓣门，一边拔管一边振动，使填料填充的更加密实；

（3）然后在桩顶铺设厚度为30cm砂石层6，其中砂石层中的砂石的粒径为0.5-3mm，在砂石层中间铺设1层木工格栅9，然后使用压路机进行10次往返静压，每次往返间隔8h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中进行抽水；

（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂以及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为40cm，整平。

其中步骤（2）中的预制桩具体结构参见图1和图2：包括桩体1，其中桩体1为正多边形空心桩，本实施例为正五边形空心桩，桩长为9m，正五边形外接圆直径为500mm，内部空心桩的直径为200mm，桩体1边角处设置桩板2，以增加预制桩与周围土体的接触面积；桩板2的横向长度b为150mm，且桩板2与桩体1外侧竖向之间设置竖向排水管3，其中竖向排水管的横截面为弓形结构，参见图1，这种结构能够增加竖向排水管与周围土体的接触面积，竖向排水管3上均匀设置排水孔，竖向排水管3外侧设置滤层4，其中滤层5为1层过滤棉，能防止粗颗粒进入竖向排水管中。

其中步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣20份、铜渣15份、陶粒25份、聚丙烯纤维5份和沸石25份。

其中镁渣中SiO₂ 28%、CaO 50%；铜渣中SiO₂ 35%、CaO 6%、Al₂O₃ 5%；所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

其中固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥20份、高炉矿渣9份、脱硫石膏5份、聚合氯化铝5份、聚丙烯酰胺3份、硅酸钙0.6份。

其中步骤（4）中固化剂、水的添加量均为软土重量的10%。

其中本实施例中软土中的含水量为40%。

实施例2

一种水利工程软土地基施工方法，包括以下步骤：

（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层80cm的软土；

（2）采用正三角形布桩，桩间距为1.5m，打出桩孔5，将预制桩放入桩孔5中，其中预制桩最外侧与桩孔之间的间距为100mm，其中预制桩为空心预制桩，预制桩上设置排水管，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料8至桩顶，然后留振10s，然后开始拔管并打开桩尖活瓣门，一边拔管一边振动，使填料填充的更加密实；

（3）然后在桩顶铺设厚度为50cm砂石层，其中砂石的粒径为0.5-3mm，在砂石层中间铺设2层木工格栅，然后使用压路机进行15次往返静压，每次往返间隔10h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中进行抽水；

（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂以及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为30cm，整平。

其中步骤（2）中的预制桩具体结构参见图1和图2：包括桩体1，其中桩体1为正多边形空心桩，本实施例为正五边形空心桩，桩长为10m，正五边形外接圆直径为550mm，内部空心桩的直径为150mm，桩体1边角处设置桩板2，以增加预制桩与周围土体的接触面积；桩板2的横向长度为150mm，且桩板2与桩体1外侧竖向之间设置竖向排水管3，竖向排水管3上均匀设置排水孔，竖向排水管3外侧设置滤层4，其中滤层5为2层网格布，能防止粗颗粒进入排水管中。

其中步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣22份、铜渣14份、陶粒28份、聚丙烯纤维6份和沸石22份。

其中镁渣中SiO₂ 28%、CaO 50%；铜渣中SiO₂ 35%、CaO 6%、Al₂O₃ 5%；所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

其中固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥22份、高炉矿渣10份、脱硫石膏6份、聚合氯化铝5份、聚丙烯酰胺4份、硅酸钙0.7份。

其中步骤（4）中固化剂、水的添加量均为软土重量的10%。

本实施例中软土中的含水量为40%。

实施例3

一种水利工程软土地基施工方法，包括以下步骤：

（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层75cm的软土；

（2）采用正三角形布桩，桩间距为1.5m，打出桩孔5，将预制桩放入桩孔5中，其中预制桩最外侧与桩孔之间的间距为120mm，其中预制桩为空心预制桩，预制桩上设置排水管，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料8至桩顶，然后留振10s，然后开始拔管并打开桩尖活瓣门，一边拔管一边振动，使填料填充的更加密实；

（3）然后在桩顶铺设厚度为35cm砂石层，其中砂石的粒径为0.5-3mm，在砂石层中间铺设1层木工格栅，然后使用压路机进行12次往返静压，每次往返间隔9h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中进行抽水；

（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂以及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为40cm，整平。

其中步骤（2）中的预制桩具体结构参见图1和图2：包括桩体1，其中桩体1为正多边形空心桩，本实施例为正五边形空心桩，桩长为10m，正五边形外接圆直径为600mm，内部空心桩的直径为160mm，桩体1边角处设置桩板2，以增加预制桩与周围土体的接触面积；桩板2的横向长度为180mm，且桩板2与桩体1外侧竖向之间设置竖向排水管3，竖向排水管3上均匀设置排水孔，竖向排水管3外侧设置滤层4，其中滤层5为2层过滤棉，能防止粗颗粒进入排水管中。

其中步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣25份、铜渣13份、陶粒30份、聚丙烯纤维6份和沸石20份。

其中镁渣中SiO₂ 30%、CaO 55%；铜渣中SiO₂ 38%、CaO 8%、Al₂O₃ 3%；所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

其中固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥25份、高炉矿渣10份、脱硫石膏6份、聚合氯化铝4份、聚丙烯酰胺4份、硅酸钙0.8份。

其中步骤（4）中固化剂、水的添加量均为软土重量的12%。

本实施例中软土中的含水量为45%。

实施例4

实施例4与实施例3的施工方法基本相同，不同之处在于：

其中步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣28份、铜渣12份、陶粒32份、聚丙烯纤维7份和沸石20份。

其中镁渣中SiO₂ 30%、CaO 55%；铜渣中SiO₂ 38%、CaO 8%、Al₂O₃ 3%；所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

其中固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥26份、高炉矿渣11份、脱硫石膏7份、聚合氯化铝4份、聚丙烯酰胺5份、硅酸钙0.9份。

其中固化剂、水的添加量均为软土重量的15%。

本实施例中软土中的含水量为48%。

实施例5

实施例5与实施例3的施工方法基本相同，不同之处在于：

其中步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣30份、铜渣10份、陶粒35份、聚丙烯纤维8份和沸石15份。

其中镁渣中SiO₂ 32%、CaO 52%；铜渣中SiO₂ 40%、CaO 10%、Al₂O₃ 8%；所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

其中固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥28份、高炉矿渣12份、脱硫石膏7份、聚合氯化铝3份、聚丙烯酰胺3份、硅酸钙1份。

其中固化剂、水的添加量均为软土重量的15%。

本实施例中软土中的含水量为50%。

回填土的性能检测

将实施例1-5的软土与固化剂和水混合静压成尺寸为70*70*70mm的试样，分别检测7d和28d的侧限抗压强度。

表1 软土的固化效果检测

由表1可知，本发明实施例1-5制备的回填土的7d无侧限抗压强度为1006.5-1420.7KPa，28d无侧限抗压强度为2082-2605.3KPa，加固后的强度高，耐水性和耐久性也会相应的增加。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）划定施工区域，平整场地，清理出表层70-80cm的软土；

（2）采用正三角形布桩，打出桩孔，将预制桩放入桩孔中，所述预制桩为空心预制桩，预制桩上设置排水管，在预制桩的中心以及预制桩与桩孔之间灌注填料：

（3）铺设厚度为30-50cm砂石层，所述砂石层中间铺设1-2层木工格栅，然后使用压路机进行10-15次往返静压，每次往返间隔8-10h，静压后将真空管插入预制桩中的排水管中抽水；

（4）将步骤（1）中的软土加入固化剂以及适量的水制备成回填土，铺设在砂石层上方，厚度为30-40cm，整平。

2.根据权利要求1所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中的预制桩包括桩体（1），所述桩体（1）为正多边形空心桩，所述桩体（1）边角处设置桩板（2），所述桩板（2）与所述桩体（1）外侧竖向之间设置竖向排水管（3），所述竖向排水管（3）上设置排水孔，所述竖向排水管（3）外侧设置滤层（4）。

3.根据权利要求2所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述滤层（4）为1-2层过滤棉或网格布。

4.根据权利要求1所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中的填料由以下重量份数的原料混合而成：镁渣20-30份、铜渣10-15份、陶粒25-35份、聚丙烯纤维5-8份和沸石15-25份。

5.根据权利要求4所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述镁渣中SiO₂ 28-32%，CaO 50-55%；铜渣中SiO₂ 35-40%，CaO 5-10%，Al₂O₃ 2-8%。

6.根据权利要求4所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所陶粒的粒径为4-5mm和6-10mm各占50%；沸石的粒径为5-8mm和9-12mm的各占50%，所述镁渣和铜渣的粒径≤1mm。

7.根据权利要求1所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述固化剂由以下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥20-28份、高炉矿渣9-12份、脱硫石膏5-7份、聚合氯化铝3-5份、聚丙烯酰胺3-5份、硅酸钙0.6-1份。

8.根据权利要求7所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述步骤（4）中固化剂、水以及软土的质量比为0.1-0.15：0.1-0.15：1。

9.根据权利要求8所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：所述软土中的含水量为40-50%。

10.根据权利要求1所述的一种水利工程软土地基施工方法，其特征在于：其中预制桩外侧与桩孔之间的间距为80-120mm。