CN117178684A - 一种陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在每层梯田的坡底边缘开挖规定面积和深度的填筑区域；(2)将挖出来的土壤与土壤固化剂充分混合，在混合后的土壤上洒水，并在其上面覆盖塑料薄膜，进行焖料24h后得到用于填筑的填料；(3)在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，(4)将填料按照压实后每20cm一层的标准，进行分层夯实；(5)当填料分层夯实形成的土体高度达到田坎需要修筑的设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡。本发明制备的田坎具有良好的环境效益、施工便捷、缓解石坎梯地石料供应不足的矛盾，造价低廉，且与传统土坎相比，能够达到稳定梯田结构的目的。
Description
技术领域
本发明属于土体固化技术领域，具体涉及一种陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法。
背景技术
陕南是指陕西南部地区，北靠秦岭、南倚大巴山，汉江自西向东穿流而过。为了保护耕地避免水土流失，以石头为原材料修建保护坎。但是2017年以来陕南大部分石场关停，区域附近无石场，外购石料距离长，运费高，且难以保证工程建设需要。鉴于这种情况，曾计划用混凝土预制构件作为保护坎，但经实际施工发现，成本大大增加。水泥、石灰作为高能耗、高碳排放材料，应尽量降低其使用量。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)场地开挖：在每层梯田的底部开挖规定面积和深度的填筑区域，并将填筑区域底部整平，
(2)混合均匀：将挖出来的土壤与新型土壤固化剂充分混合，在混合后的土壤上洒水，使土壤含水率达到最优并在其上面覆盖塑料薄膜，进行焖料24h后得到用于填筑的填料；
(3)监测填料的含水率：在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，保证其含水率在最优含水率的98-102％允许范围内，
(4)碾压夯实：待填料养护好后，将填料按照压实后每20cm一层的标准，利用小型碾压机器保证每层填料的压实度在93％以上，进行分层夯实；
(5)田坎修整：当填料分层夯实形成的土体高度达到田坎需要修筑的设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡。
进一步地，与土壤固化剂混合的土壤需要在混合前进行充分破碎，然后采用旋耕机多次分批进行混合。
进一步地，当监测出填料的含水率低于最优含水率的98％时，及时采取洒水措施，当监测出填料的含水率高于最优含水率的102％时，应当采取晾晒措施，使填料含水率始终控制在最优含水率的允许范围内。
进一步地，最优含水率为土最容易夯实的含水率，根据土种类的不同而不同。
进一步地，洒水措施分为洒水闷湿和洒水搅拌两种方式；而晾晒措施采用松土翻晒，并适当减小填料晒层的厚度。
进一步地，在进行碾压夯实操作时，每层填料在填筑之前，必须保证其下层的土体已经夯实。
进一步地，修筑好的田坎上层部分较窄，在填料夯实时可采用小型蛙式打夯机进行夯实，夯实后在其表面喷洒养护溶剂进行养护。
进一步地，在对梯田护坎修筑过程中以及修筑完成后的24小时内要保证空气温度在10℃以上，之后应该保证空气温度在5℃以上持续7天。
进一步地，在进行混合均匀操作时，混合后的填料各成分所占的质量百分比为：土壤83％-87.5％，土壤固化剂1.5％-2.5％，无机胶凝材料0％-5％，水10％-15.5％。
进一步地，土壤固化剂分为A料和B料，A料所占填料的质量百分比为：1％-1.2％，B料所占填料的质量百分比为：0.5％-1.3％。
进一步地，进行碾压夯实操作时，选择小型碾压机器，采用全幅静压，先慢后快的方式进行碾压夯实，特别注意边缘附近的压实情况，以保证田坎的施工质量。
进一步地，田坎的坡度取65-80°，田坎修建高度不宜超过2米。
进一步地，所述的养护溶剂为水玻璃、羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羧乙基纤维素醚的一种或多种组合，溶于水后使用。
进一步地，所述土壤固化剂A料为油酸酰胺、磺化油、聚萘甲醛磺酸钠盐、聚丙烯酸酯、木质素磺酸盐、聚氧化乙烯、植物纤维素、松香酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。
进一步地，所述土壤固化剂B料为聚丙烯酰胺、端羟基聚丁二烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、丁苯乳液、硅丙乳液、木质素的一种或多种组合。
进一步地，所述的无机胶凝材料为水泥、石灰、钢渣、电石渣、矿渣粉、高钙粉煤灰、低钙粉煤灰的一种或多种的组合。
与现有技术相比，本发明所制备的梯田护坎具有以下优点：
1.解决了石坎梯地石料供应不足的矛盾，近年来随着环保督查力度不断加强，致使项目建设所用的石料、河砂、水泥等主要原材料价格暴涨，工程建设投资巨增。特别是很多采石厂和采砂厂关停，导致石料无法保证，影响了工程进展。新型土壤固化剂保护坎所用材料主要为新型土壤固化剂、养护溶剂，避免了开山取石对植被和山体的破坏，造成人为水土流失，保护了生态环境。
2.比传统土坎梯田结构稳定：新型土壤固化剂保护坎在材料上突破了传统土坎的限制，采用一种环境友好型有机土壤固化剂，相较于传统的固化剂防水、耐水效果更好，环境友好性更高，以土质条件最恶劣的湿陷型黄土合并盐渍土地区为例，新型固化剂与该地区的盐渍土充分拌合并夯实后，在水中浸泡一段时间，夯实的土体未发生土壤流失、土体崩解现象，经5次干湿循环，浸水24h，烘干至恒重为一个干湿循环，无侧限抗压强度没有下降，反而有一定程度的提升，使得本地区的土壤条件明显优于该地区其他土壤。
3.施工便捷：机械开挖一定深度，所挖的土直接混合新型土壤固化剂，就地施工、就地取材，施工方便，增强施工效率；无需新增多余施工场地，增加土地利用率，施工时可就地取材，生土垫下，熟土盖面，挖填结合。
4.施工完成后，夯实的土体与原土色泽一致，与周围环境浑然一体，具有古朴的美感；达到使用年限废弃后，可以直接破碎后复耕，不产生建筑垃圾，可在坎梗处植草，既可护埂，有一定的观赏效果。
5.采用原位固化后的土体代替石料或混凝土预制构件修建梯田田坎，固化后的土体具有防水、隔水、增加土体密实度与承载能力的作用。
附图说明
图1为本发明固化土体梯田护坎的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种新型固化土体田坎修筑后部分耕地以及田坎的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种新型固化土体田坎修筑后部分耕地以及田坎的A-A截面剖面图。
其中，1-新建田坎，2-梯田。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
根据本发明的实施例，土壤固化剂分为A料和B料，A料所占填料的质量百分比为：1％-1.2％，B料所占填料的质量百分比为：0.5％-1.3％，所述土壤固化剂A料为油酸酰胺、磺化油、聚萘甲醛磺酸钠盐、聚丙烯酸酯、木质素磺酸盐、聚氧化乙烯、植物纤维素、松香酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。所述土壤固化剂B料为聚丙烯酰胺、端羟基聚丁二烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、丁苯乳液、硅丙乳液、木质素的一种或多种组合。
根据本发明的实施例，所述的养护溶剂为水玻璃、羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羧乙基纤维素醚的一种或多种组合，溶于水后使用。所述的无机胶凝材料为水泥、石灰、钢渣、电石渣、矿渣粉、高钙粉煤灰、低钙粉煤灰的一种或多种的组合。
以下将通过具体的实施例及试件实验进行具体地说明。
实施例一
修筑的田坎包括以下质量百分比的原料：挖出的土壤86.21％，A料1.12％，B料1.01％，水11.66％。
本发明的新型固化土体田坎的修筑方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在每层梯田的坡底边缘开挖规定面积和深度的填筑区域，将挖出的土就地堆积，将填筑区域底部整平，将表面的树根或草根等杂物清理干净。
步骤2，按照质量百分比为：86.21％的土，1.12％的A料，1.01％的B料和11.66％的水混合，翻拌均匀，然后洒上适量的水，使其达到最优含水率，覆盖一层薄膜，焖料24h得到填筑用填料。
步骤3，在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，保证其含水率在最优含水率的98-102％允许范围内，当监测出填料的含水率低于最优含水率的98％时，及时采取洒水措施，当监测出填料的含水率高于最优含水率的102％时，应当采取晾晒措施，使填料含水率始终控制在最优含水率的允许范围内，以保证最佳压实效果。
步骤4，填筑时分层进行填筑，待下层土体夯实后，再填筑上层土体，保证每层填料的压实度在93％以上且每层土体夯实后的厚度不可超过0.2m。
步骤5，当田坎修筑到设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡，在坎梗处植草。
实施例二
修筑的田坎包括以下质量百分比的原料：挖出的土体83.03％，A料1.03％，B料0.56％，无机胶凝材料4.1％，水11.28％。
土体田坎的修筑方法包括以下步骤：
步骤1，在每层梯田的坡底边缘开挖规定面积和深度的填筑区域，将挖出的土就地堆积，将填筑区域底部整平，将表面的树根或草根等杂物清理干净。
步骤2，按照质量百分比为：83.03％的土，1.03％的A料，0.56％的B料，4.1％的无机胶凝材料和11.28％的水混合，翻拌均匀，然后洒上适量的水，使其达到最优含水率，覆盖一层薄膜，焖料24h得到填筑用填料。
步骤3，在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，保证其含水率在最优含水率的98-102％允许范围内，当监测出填料的含水率低于最优含水率的98％时，及时采取洒水措施，当监测出填料的含水率高于最优含水率的102％时，应当采取晾晒措施，使填料含水率始终控制在最优含水率的允许范围内，以保证最佳压实效果。
步骤4，填筑时分层进行填筑，待下层土体夯实后，再填筑上层土体，保证每层填料的压实度在93％以上且每层土体夯实后的厚度不可超过0.2m。
步骤5，当田坎修筑到设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡，在坎梗处植草。
实施例三
修筑的田坎包括以下质量百分比的原料：挖出的土体87.13％，A料1.03％，B料0.56％，水11.28％。
土体田坎的修筑方法包括以下步骤：
步骤1，在每层梯田的坡底边缘开挖规定面积和深度的填筑区域，将挖出的土就地堆积，将填筑区域底部整平，将表面的树根或草根等杂物清理干净。
步骤2，按照质量百分比为：87.13％的土，1.03％的A料，0.56％的B料，11.28％的水混合，翻拌均匀，然后洒上适量的水，使其达到最优含水率，覆盖一层薄膜，焖料24h得到填筑用填料。
步骤3，在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，保证其含水率在最优含水率的98-102％允许范围内，当监测出填料的含水率低于最优含水率的98％时，及时采取洒水措施，当监测出填料的含水率高于最优含水率的102％时，应当采取晾晒措施，使填料含水率始终控制在最优含水率的允许范围内，以保证最佳压实效果。
步骤4，填筑时分层进行填筑，待下层土体夯实后，再填筑上层土体，保证每层填料的压实度在93％以上且每层土体夯实后的厚度不可超过0.2m。
步骤5，当田坎修筑到设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡，在坎梗处植草。
以上最优含水率为土最容易夯实的含水率，根据土种类的不同而不同，实施例一、实施例二、实施例三中的土壤为同一种土壤，因此，具有相同的最优含水率。
针对实施例一、实施例二、实施例三进行试件实验。
试件制备：采用钻芯取样的方法将实施例一、实施例二和实施例三修筑的田坎取出Ф10的芯样，并制备成Ф10×10mm的圆柱体试样，进行无侧限抗压强度以及耐水性的测试。
无侧限抗压强度：参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009。
耐水性，用软化系数表示。测试试样标准养护6d，并饱水1d后的无侧限抗压强度以及未饱水条件下的无侧限抗压强度，二者之比即为其软化系数。
按上述试验方法对实施例一、实施例二、实施例三的无侧限抗压强度、耐水性进行测定，实验结果如表1所示。
| 实验 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 气干无侧限抗压强度/MPa | 5.15 | 4.19 | 2.57 |
| 浸水1d后无侧限抗压强度/MPa | 2.57 | 2.37 | 0.74 |
| 软化系数 | 0.50 | 0.57 | 0.29 |
实施例一和实施例二的力学性能和耐水性相差不大，在实施例二中B组分掺量较少，掺入了部分无机胶凝材料，实施例一中未掺加无机胶凝材料。实施例一不改变土体碱度，达到使用废弃年限后可以直接破碎复耕，环境效益明显。而实施例二中少量无机胶凝材料的掺入会对土体碱度略有提高，但成本相对较低。实施例三的力学性能及耐水性较实施例一和二都较低，因此不予考虑。
明显地，从解决现有护坎方法不符合绿色发展理念的问题考虑，实施例一的方案符合绿色发展理念，优先缓解石坎梯地石料供应不足的矛盾，在原有土体中加入新型土壤固化剂，用原位固化后的土体代替混凝土预制构件或石料，所用材料无毒无害，达到使用年限废弃后，可以直接破碎后复耕，且夯实后的土体与原土色泽一致，与周围环境浑然一体，具有古朴的美感。
如果想进一步降低成本，或者提高土壤的碱度，也可采用实施例二的方案进行田坎的修筑。
对比例一
混凝土预制薄板构件护坎：
预制混凝土薄板为“L”型，断面两翼宽30cm，长度50cm，厚度5cm左右，采用C20混凝土预制，内配φ4.5的冷拔丝。
混凝土预制薄板构件护坎修筑包括以下步骤：
步骤1，根据现场需要预制足够的混凝土试块，清理整平施工场地，测量土体含水率，不满足施工条件时进行处理。
步骤2，搭接砌筑混凝土试块，砌筑时基础埋深20cm,每层的预制板平行咬合紧密排列，每2层之间预制板错缝排列，每层错后10cm。
步骤3，施工完成后清理散落在耕地中的混凝土碎块。
步骤4，埂坎顶部植草作生物护埂。
很明显地，对比例一中的实施过程包含了预制构件的浇筑、养护，以及构件安装和土体夯实等工序，施工周期长，时间和人工成本相对较高，造成混凝土预制构件护坎的实施成本过高，且达到使用废弃年限后产生较多建筑垃圾。
本发明提供的一种陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法，总体上按照布局合理、坎埂舒展、圆滑流线、地面平坦、长宽适宜、挖填平衡的要求，确定坎埂线，再逐层填土、夯实，直到设计的坎高。
本发明是在现有技术上的更新优化，所修筑的田坎结构如图2-3所示的，新建田坎1位于每层梯田2与下一层梯田2的连接处，横截面为直角梯形，具有很好的稳定性，在坎梗处植草进一步增加了新建田坎1的稳定性。
本发明的施工过程，对原有耕地不做整平，保持其原有的坡地地貌进行耕作，就地取材、施工便捷，易被当地政府与群众接受。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)场地开挖：在每层梯田的坡底边缘开挖规定面积和深度，并整平底部；
(2)混合均匀：将挖出来的土壤与新型土壤固化剂充分混合，在混合后的土壤上洒水，使土壤含水率达到最优并在其上面覆盖塑料薄膜，进行焖料24h后得到用于填筑的填料；
(3)监测填料的含水率：在对填筑区域进行填料前，需要监测填料的含水率，保证其含水率在最优含水率的98-102％允许范围内，
(4)碾压夯实：待填料养护好后，将填料按照压实后每20cm一层的标准，利用小型碾压机器保证每层填料的压实度在93％以上，进行分层夯实；
(5)田坎修整：当填料分层夯实形成的土体高度达到田坎需要修筑的设计标高时，整平顶部并按坡度要求修整田坎边坡。
2.根据权利要求1所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，与土壤固化剂混合的土壤需要在混合前进行充分破碎，然后采用旋耕机多次分批进行混合。
3.根据权利要求1所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，当监测出填料的含水率低于最优含水率的98％时，及时采取洒水措施，当监测出填料的含水率高于最优含水率的102％时，应当采取晾晒措施，使填料含水率始终控制在最优含水率的允许范围内。
4.根据权利要求3所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，洒水措施分为洒水闷湿和洒水搅拌两种方式；
而晾晒措施采用松土翻晒，并适当减小填料晒层的厚度。
5.根据权利要求1所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，在进行碾压夯实操作时，每层填料在填筑之前，必须保证其下层的土体已经夯实。
6.根据权利要求5所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎的制备方法，其特征在于，修筑好的田坎上层部分较窄，在填料夯实时可采用小型蛙式打夯机进行夯实，夯实后在其表面喷洒养护溶剂进行养护。
7.根据权利要求6所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法，其特征在于，所述的养护溶剂为水玻璃、羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羧乙基纤维素醚的一种或多种组合，溶于水后使用。
8.根据权利要求1-7任一项所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法，其特征在于，对梯田护坎修筑过程中以及修筑完成后的24小时内要保证空气温度在10℃以上，之后应该保证空气温度在5℃以上持续7天。
9.根据权利要求1所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法，其特征在于，在进行混合均匀操作时，混合后的填料各成分所占的质量百分比为：土壤83％-87.5％，土壤固化剂1.5％-2.5％，无机胶凝材料0％-5％，水10％-15.5％，
所述的无机胶凝材料为水泥、石灰、钢渣、电石渣、矿渣粉、高钙粉煤灰、低钙粉煤灰的一种或多种的组合。
10.根据权利要求9所述的陕南地区新型固化土体梯田护坎及其制备方法，其特征在于，土壤固化剂分为A料和B料，A料所占填料的质量百分比为：1％-1.2％，B料所占填料的质量百分比为：0.5％-1.3％，
所述土壤固化剂A料为油酸酰胺、磺化油、聚萘甲醛磺酸钠盐、聚丙烯酸酯、木质素磺酸盐、聚氧化乙烯、植物纤维素、松香酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。
所述土壤固化剂B料为聚丙烯酰胺、端羟基聚丁二烯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、丁苯乳液、硅丙乳液、木质素的一种或多种组合。
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