CN112227127A - 一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，包括以下步骤：首先对施工现场的粘性土进行特性检测，包括含水量和粘粒含量的检测，然后将管道预埋进粘性土中，开始准备液—气混合流体，然后对液—气混合流体进行施压，施压结束后，将高压液—气混合流体通过管道输送到某一埋深处的粘性土中，通过喷头等喷射装置，喷射到粘性土中，对土体施加剪切力，切割和破碎土体，在土体被高压喷射混合流体切割破碎过程中，混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒充分混合，保证其与土体发生反应，从而使土体“固化”。该高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，使土体可在原地养生，无须占地或征地，高效环保。

Description

一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法

技术领域

本发明涉及土木工程建筑施工技术领域，具体为一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法。

背景技术

高等级公路路基填筑材料一般以中砂、碎石土等为主，在有些地区，比如三角洲和平原地区，而且环境保护要求越来越严格，路基填料短缺现象非常严重，而且，在公路建设中，会有很多挖方，存在大量需要废弃的粘土、盐渍土等填方不良土体，如果将其废弃或堆放进行处理，需要占用大量土地资源，增加巨额工程成本。如果对挖方产生的粘性土等填方不良土进行改良和固化处理，达到路基填料的特性要求，作为填方材料，既能解决废弃材料处理问题，实现“绿色施工”要求，又能节约大量工程成本。

目前，对不良土体的处理有许多方法，如换土法、挤压法、排水固结、灌入固化物法和注浆加固法等。其中，灌入固化物法是指将浆液通过灌注压入、高压喷射和机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理力学性质的地基处理的方法。

但是现有的固化土施工的关键是固化剂与土体充分混合，目前，使用的分层摊铺和喷洒固化剂的施工工艺难以使两者充分混合，特别是对于粘粒含量高，物理状态为硬塑至软塑的土体。因此，需要改进固化土的施工工艺，使固化剂与土体充分混合，让固化土性质均匀，保障填土压实后的物理力学特性，所以我们提出了一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，以解决上述背景技术中提出现有的分层摊铺和喷洒固化剂的施工工艺难以使两者充分混合，特别是对于粘粒含量高，物理状态为硬塑至软塑的土体，而且不便于实现“绿色施工”要求，又能节约大量工程成本的方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，包括以下步骤:

步骤1：选择施工现场

根据实际需要，选择合适的施工现场，且对施工现场的粘性土的特性进行检测；

步骤2：预埋管道

在确定的粘性土施工现场，将管道埋进粘性土中；

步骤3：准备液—气混合流体

液—气混合流体，主要由固化剂溶液和空气组成；

步骤4：制作高压液—气混合流体

确定液—气混合流体的比例后，对液—气混合流体进行加压，形成高压液—气混合流体；

步骤5：高压液—气混合流体的喷射

将高压液—气混合流体通过管道输送到某一埋深处的粘性土中，通过喷头等喷射装置，喷射到粘性土中；

步骤6：切割破碎粘性土

通过预埋管道中喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割和破碎土体；

步骤7：固化粘性土

混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒混合，实现土体的“固化”；

步骤8：复喷

为了保证固化剂的作用效果，对粘性土复喷固化剂溶液；

步骤9：原地养生

保证固化剂与土体发生反应，确保合适的反应时间；

步骤10：开挖土体

在固化结束后，开挖掺加固化剂的土体，进行填方。

优选的，所述步骤1中的粘性土特性的检测，且包括粘性土含水量的检测和粘粒含量的检测，从而确保选择合适的土体固化剂。

优选的，所述步骤3中液—气混合流体由固化剂溶液和空气组成，且空气的比例为95~99%，并且固化剂溶液比例为1%~5%，或空气的比例为91~96%，固化剂溶液比例为4%~9%。

优选的，所述步骤4中制作高压液—气混合流体的方法为：在气液混合泵等加压装置中加压，使混合流体具有较大压力，且在施工时，混合流体的压力根据土体类型、土体应力、土体强度及流体喷射速度等因素计算确定，并且其最小值应保证大于土的剪切强度，其最大值根据流体喷射半径或喷射范围确定。

优选的，所述步骤5中的喷射装置由输送混合流体的外钢管、可调节喷射方向和喷射量的内管、喷头等组成，且其喷射速度根据喷射压力、土体性能等确定。

优选的，所述步骤6中的切割和破碎粘性土就是通过喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割土体，在喷头上设有很多喷孔，使土体在多股高压流体高速不间断切割下被充分破碎，而且高压流体中的气体可分离土体破碎颗粒，保证其不再粘结。

优选的，所述步骤7中的固化就是在土体被高压喷射混合流体切割破碎过程中，混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒充分混合，保证其与土体发生反应，从而使土体“固化”。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法；

（1）以一种包含固化剂液体溶液的高压流体，对粘性土施加剪切力，切割破碎土体，同时在高压高速喷射流体切割和破碎过程中，固化剂溶液与土体充分混合，其中高压流体以气体为主，可控制土体含水量，保证土体的松散性，容易开挖，还使土体可在原地养生，使固化剂与土体充分混合，无须占地或征地，具有简单、低成本的优点；

（2）液—气混合流体由固化剂溶液和空气组成，且空气的比例为95~99%，并且固化剂溶液比例为1%~5%或4%~9%，采用不同比例的固化剂溶液进行喷射，可以对不同效果的土体进行对比，从而方便得出更加适合施工的流体，为工作人员后期的操作带来便捷；

（3）采用复喷的方式，对粘性土复喷固化剂溶液，可以使粘性土的固化效果更好，不仅保证了土体的填料效果，也为工作人员的施工操作带来便捷，同时也更加高效环保，提高了该施工过程中的灵活性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，以下对上述方法进行详细介绍。

在施工前，工作人员根据实际需要，选择合适的施工现场，且对施工现场的粘性土的性质进行检测，其中粘性土特性的检测，包括粘性土含水量的检测和粘粒含量的检测，从而确保选择合适的土体固化剂，工作人员对于检测的结果进行记录，然后在确定的粘性土施工现场，将管道埋进粘性土中，方便后期的施工操作，接着工作人员开始准备液—气混合流体，而液—气混合流体由固化剂溶液和空气组成，且空气的比例为95~99%，并且固化剂溶液比例为1%~5%，当液—气混合流体配备好后，工作人员准备气液混合泵或加压装置，将液—气混合流体放在加压装置中进行加压，使混合流体具有较大压力，形成高压液—气混合流体，其中混合流体的压力根据土体类型、土体应力、土体强度及流体喷射速度等因素计算确定，并且其最小值应保证大于土的剪切强度，其最大值根据流体喷射半径或喷射范围确定，

当高压液—气混合流体形成后，工作人员将预埋在粘性土中的管道入口与喷射装置相连接，然后将高压液—气混合流体通过加压装置输送至喷射装置中，之后打开喷射装置，使高压液—气混合流体通过管道输送到某一埋深处的粘性土中，通过喷头喷射到粘性土中，而喷射装置由输送混合流体的外钢管、可调节喷射方向和喷射量的内管、喷头等组成，且其喷射速度根据喷射压力、土体性能等确定，通过预埋管道中喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割和破碎土体，即通过喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割土体，在喷头上设有很多喷孔，使土体在多股高压流体高速不间断切割下被充分破碎，而且高压流体中的气体可分离土体破碎颗粒，保证其不再粘结，在土体被高压喷射混合流体切割破碎过程中，混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒充分混合，保证其与土体发生反应，从而使土体“固化”，为了保证固化剂的作用效果，工作人员可以对粘性土复喷固化剂溶液，重复上述步骤5，这样的原地养生，可以保证固化剂与土体发生反应，确保合适的反应时间，当固化结束后，工作人员开挖掺加固化剂的土体，进行填方，无须占地或征地，具有简单、环保、低成本的优点。

实施例2

本实施例提供一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，以下对上述方法进行详细介绍。

在施工前，工作人员根据实际需要，选择合适的施工现场，且对施工现场的粘性土的性质进行检测，其中粘性土特性的检测，包括粘性土含水量的检测和粘粒含量的检测，从而确保选择合适的土体固化剂，工作人员对于检测的结果进行记录，然后在确定的粘性土施工现场，将管道埋进粘性土中，方便后期的施工操作，接着工作人员开始准备液—气混合流体，而液—气混合流体由固化剂溶液和空气组成，且空气的比例为91~96%，固化剂溶液比例为4%~9%，当液—气混合流体配备好后，工作人员准备气液混合泵或加压装置，将液—气混合流体放在加压装置中进行加压，使混合流体具有较大压力，形成高压液—气混合流体，其中混合流体的压力根据土体类型、土体应力、土体强度及流体喷射速度等因素计算确定，并且其最小值应保证大于土的剪切强度，其最大值根据流体喷射半径或喷射范围确定，

当高压液—气混合流体形成后，工作人员将预埋在粘性土中的管道入口与喷射装置相连接，然后将高压液—气混合流体通过加压装置输送至喷射装置中，之后打开喷射装置，使高压液—气混合流体通过管道输送到某一埋深处的粘性土中，通过喷头喷射到粘性土中，而喷射装置由输送混合流体的外钢管、可调节喷射方向和喷射量的内管、喷头等组成，且其喷射速度根据喷射压力、土体性能等确定，通过预埋管道中喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割和破碎土体，即通过喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割土体，在喷头上设有很多喷孔，使土体在多股高压流体高速不间断切割下被充分破碎，而且高压流体中的气体可分离土体破碎颗粒，保证其不再粘结，在土体被高压喷射混合流体切割破碎过程中，混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒充分混合，保证其与土体发生反应，从而使土体“固化”，为了保证固化剂的作用效果，工作人员可以对粘性土复喷固化剂溶液，重复上述步骤5，这样的原地养生，可以保证固化剂与土体发生反应，确保合适的反应时间，当固化结束后，工作人员开挖掺加固化剂的土体，进行填方，无须占地或征地，具有简单、环保、低成本的优点，

根据不同的空气比例和不同的固化剂溶液比例，对粘性土的固化效果不同，工作人员可以对每次的粘性土固化后的特性进行检测，然后记录，包括粘性土的含水量及粘粒含量的再次检测，与施工前的检测结果进行对比，如果其中的某一实施例不能达到填方土体的特性要求，工作人员可以进行再次的固化剂溶液复喷，直到土体特性达到填方要求，这样通过不同比例的对比，可以使工作人员在后期的施工中更加方便，为后期的施工带来实践基础，提高了该施工操作的实用性。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：选择施工现场

根据实际需要，选择合适的施工现场，且对施工现场的粘性土的特性进行检测；

步骤2：预埋管道

在确定的粘性土施工现场，将管道埋进粘性土中；

步骤3：准备液—气混合流体

液—气混合流体，主要由固化剂溶液和空气组成；

步骤4：制作高压液—气混合流体

确定液—气混合流体的比例后，对液—气混合流体进行加压，形成高压液—气混合流体；

步骤5：高压液—气混合流体的喷射

将高压液—气混合流体通过管道输送到某一埋深处的粘性土中，通过喷头等喷射装置，喷射到粘性土中；

步骤6：切割破碎粘性土

通过预埋管道中喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割和破碎土体；

步骤7：固化粘性土

混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒混合，实现土体的“固化”；

步骤8：复喷

为了保证固化剂的作用效果，对粘性土复喷固化剂溶液；

步骤9：原地养生

保证固化剂与土体发生反应，确保合适的反应时间；

步骤10：开挖土体

在固化结束后，开挖掺加固化剂的土体，进行填方。

2.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤1中的粘性土特性的检测，且包括粘性土含水量的检测和粘粒含量的检测，从而确保选择合适的土体固化剂。

3.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤3中液—气混合流体由固化剂溶液和空气组成，且空气的比例为95~99%，或空气的比例为91~96%，固化剂溶液比例为4%~9%。

4.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤4中制作高压液—气混合流体的方法为：在气液混合泵等加压装置中加压，使混合流体具有较大压力，且在施工时，混合流体的压力根据土体类型、土体应力、土体强度及流体喷射速度等因素计算确定，并且其最小值应保证大于土的剪切强度，其最大值根据流体喷射半径或喷射范围确定。

5.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤5中的喷射装置由输送混合流体的外钢管、可调节喷射方向和喷射量的内管、喷头等组成，且其喷射速度根据喷射压力、土体性能等确定。

6.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤6中的切割和破碎粘性土就是通过喷射出的混合流体的高压，对土体施加剪切力，切割土体，在喷头上设有很多喷孔，使土体在多股高压流体高速不间断切割下被充分破碎，而且高压流体中的气体可分离土体破碎颗粒，保证其不再粘结。

7.根据权利要求1所述的一种高压液—气混合流体喷射破碎和固化粘性土的方法，其特征在于：所述步骤7中的固化就是在土体被高压喷射混合流体切割破碎过程中，混合流体中的固化剂溶液与土体破碎颗粒充分混合，保证其与土体发生反应，从而使土体“固化”。