CN118065348A - 一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法，涉及到土木工程材料领域，包含以下步骤：对淤泥质软土地基进行原位钻孔、取土；将土和分散剂、引气剂、固化料、阻水剂依次混合搅拌流态固化土浆液；利用特殊施工工艺将制备好的流态固化土浆液输送至原位孔中，形成完整的桩体。其中所述的固化料中添加了一定量的细骨料和引气剂，既满足了灌输要求的流动度同时又实现桩身强度28d达到8MPa以上，解决了传统水泥搅拌桩强度低和桩身不均匀等问题。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其涉及一种针对淤泥质软土的高强度水泥土胶砂桩的成桩方法。
背景技术
传统的水泥土搅拌桩28d桩身水泥土抗压强度的要求是不小于0.8MPa，由于收到自身强度的限制，传统的水泥土搅拌桩处理软弱地基的深度受到限制，设计院对水泥土搅拌桩的设计深度一般不超过15m。提高传统水泥土搅拌桩桩身强度和刚度是水泥土搅拌桩的一个重要的发展方向。CFG桩是一种水泥土、粉煤灰与碎石的混合灌注桩，属于半刚性桩，其桩身抗压强度要求为不小于5MPa，处理深度可以达到25m。但是CFG桩的工程造价要远高于水泥土搅拌桩。通过添加细骨料、改进固化材料、改进施工工艺使得水泥土胶砂搅拌桩的桩身强度达到5MPa以上，用该桩取代CFG桩，具有非常重要的技术优势和经济优势。要解决高强度水泥土胶砂桩的成桩工艺，需要获得快速拌合均匀的准流态水泥土。本专利第一发明人的相关专利“(CN202310086612.6)、(CN202210825685.8)、(CN202210478956.7)、(CN202010580825.0)”针对不同黏性土性质，得到中低速条件下的流态固化土的制作工艺、对应的分散剂以及专用固化料，其中(CN202310086612.6)公布了一种利用“美国仙水”作为高效分散剂的淤泥质粘性土流态固化土的制作方法，制作工艺简单、高效，且价格可控，具有很好的经济优势和技术优势。本发明涉及到的流态固化土制作技术就采用该专利所提供的工艺。“美国仙水”可以很好的解决黏性流态固化土的拌合均匀性问题，但是会大大延长固化土的初凝时间和终凝时间，大大降低水泥土的前期强度，对水泥土28d以后的中后期强度也有一定的影响。美国仙水作为一种高效电解质，大量释放黏性固化土体系中的结合水和孔隙中的空气，大大降低了粘性固化土体系的孔隙率，水泥水化产物大晶体的生成受到诸多空间限制，较难形成稳定骨架。后期强度通过水泥水化产物小晶体提供，由于小晶体数量足够多，且分布均匀，强度得到一定程度的恢复。在保证固化土的流动性的情况下，提高流态土的孔隙率是抑制分散剂对水泥固化土龄期强度损失的重要方法，提高流态土添加引气剂的方式实现。单纯的水泥土搅拌桩，很难达到桩身28d龄期强度5MPa以上的要求。采用原位拌合的方式形成水泥土搅拌桩，需要采用特殊工艺往拌合物里添加粗颗粒，粗颗粒可以进一步提高固化土的孔隙率，为固化产物的大晶体提供生长空间，同时，粗颗粒本身也可以作为骨架提高搅拌桩本身的强度。原位搅拌桩与在搅拌桶内流态固化土搅拌的环境不同，原位搅拌桩工艺在搅拌的同时，搅拌桩周围的地下水位影响搅拌体，为了阻止桩周围自由水对桩体质量的影响，需要添加一定量的阻水剂，使得搅拌桩体与桩周土体接触面形成一层隔水膜。通过上述工艺的改进可以实现桩身强度28d达到5MPa以上，而且质量稳定。
研究一种原位高强度水泥土搅拌胶砂桩取代现有的CFG桩，从经济和技术两个方面看都是非常必要的。
发明内容
本发明针对淤泥质粘性软土地基，提供一种高强度水泥土搅拌胶砂桩的成桩方法和成桩工艺，将现有的水泥土搅拌桩28d强度要求从0.8MPa提升到5MPa以上，从而部分代替现有的CFG桩的一种新的搅拌桩成桩形式。
高强度水泥土搅拌胶砂桩所采用的固化料采用专利(CN202010 580825.0)提供的固化剂；分散剂采用专利(CN202310086612.6)流态固化土制作工艺中所使用的“美国仙水”；引气剂可以采用商用混凝土砂浆引气剂，可以采用松香树脂类、烷基苯磺酸盐类及脂肪醇磺酸盐类等，比如，十二烷基硫酸钠、松香酸钠等。阻水剂可采用混凝土砂浆阻水剂，如甲基硅醇钠、乙基硅醇钠有机硅表面活性剂等。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法，包含如下步骤：
1)针对淤泥质软土地基进行原位转孔取土，并将土送入专用的搅拌设备的搅拌桶中；
2)针对淤泥质软土特性，将引气剂、分散剂和水进行搅拌，使其分散均匀，制备成专用的混合溶液；
3)将步骤2)制备好的混合溶液加入到搅拌桶中与淤泥质软土进行充分搅拌，使气体均匀地分散在混合物中，减少气泡的聚集，形成淤泥质软土悬浮浆液；
4)往淤泥质软土悬浮浆液中加入一定量的细沙，并继续搅拌，形成混合土悬浊液；
5)制备淤泥质软土制定相应的固化剂浆液，将固化料和适量的水均匀拌合；
6)然后往搅拌桶中加入步骤5)制备的固化剂浆液，边加入边搅拌，使之充分混合形成多孔性结构，从而提高搅拌桩的耐久性和承载能力；
7)最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行混合搅拌，形成满足流动度要求的流态固化土浆液，使得搅拌桩体与桩周土体接触面形成一层隔水膜，从而防止水分渗透到混合物中，保持混合物的完整性和强度；
8)将预制好的浆液通过特殊的施工工艺输送到原位孔中，形成完整的桩体。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的高强度水泥土胶砂桩的制作方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤2)中，按重量百分比计算，混合溶液中引气剂含量为0.3～0.5％、分散剂含量为0.1～0.5％；所述混合溶液与淤泥质软土的比例范围为0.4-1.0％。
作为上述技术方案的改进，所述分散剂为专利CN202310086612.6流态固化土制作工艺中所使用的“美国仙水”；引气剂为商用混凝土砂浆引气剂。
作为上述技术方案的改进，所述商用混凝土砂浆引气剂为松香树脂类引气剂、烷基苯磺酸盐类及脂肪醇磺酸盐类引气剂中的一种或两种。比如，烷基硝酸钠、十二烷基硫酸钠、松香酸钠等。
作为上述技术方案的改进，所述步骤4)中，细沙与淤泥质软土质量比为8～12％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤5)中，固化料由质量分数如下的物质组成：矿渣45～60％，水泥35～55％，粉煤灰2～5％，碱性触发剂2～3％，减水剂为水泥和矿渣之用量和的1～1.5％，缓凝剂为矿渣和水泥用量之和的0.1～1％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤5)中，固化料与淤泥质软土质量比为18％～22％。
作为上述技术方案的改进，所述步骤7)中，阻水剂为混凝土砂浆阻水剂，掺量为淤泥质软土质量的0.2～0.5％。
作为上述技术方案的改进，所述混凝土砂浆阻水剂为甲基硅醇钠、乙基硅醇钠有机硅表面活性剂中的一种或两种。
作为上述技术方案的改进，所述步骤8)中，注浆泵输送浆液至原位孔时需要在喷浆管内接一个输气管道进行边注浆搅拌边输气，流态固化土的水灰比为0.6。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明以淤泥质软土为主要材料，通过添加固化料、引气剂、分散剂和阻水剂。制备了一种高强度水泥土胶砂桩。解决了自身强度的限制。针对传统的水泥土搅拌桩处理软弱地基的深度受到限制，本发明通过引入一个进气管使得粗颗粒的加入，有效提高了固化土的孔隙率，解决了传统水泥土搅拌桩桩身强度和刚度的问题。实现了28d无侧限抗压强度达到5MPa以上，用该桩取代CFG桩，具有非常重要的技术优势和经济优势。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
以下结合对本发明实施例进一步说明，所述实施例的示例在中示出，不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
以下实施例中，用无侧限抗压强度表示流态固化土的固化强度，测试方法为：选用尺寸直径50mm，高度50mm试模，用流态固化土浇筑在经过凡士林涂抹均匀的试模，然后放入温度20±2℃，相对湿度>95％的标准养护室内养护24h脱模，然后再继续养护28d、60d、90d，利用无侧限单轴压力机测试试件的抗压强度。
以下实施例中，用坍落度实验反应固化土的可灌性，具体步骤如下准备一个上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭状的坍落度桶。用手将混凝土样品分成三个等份，并在测试前用振捣器振捣4到5次。将第一份混凝土放入模具中的一半，用一个平板器揉压三到四次来清理表面，以保证样品整齐。将剩余的混凝土放入模具中，揉压样品表面，将其整齐。将模具两侧磨平，去除多余的固化土。将模具向上提起，同时让样品自由落下，直到达到无法继续流动的状态。测量其高度，这个高度就是混凝土的坍落度。
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
1)针对淤泥质软土地基进行原位转孔取土，并将土送入专用的搅拌设备的搅拌桶中。
2)针对淤泥质软土特性，将引气剂、分散剂和适量的水进行搅拌，使其分散均匀，制备成专用的混合溶液。
3)将制备好相应的混合溶液加入到搅拌桶中与淤泥质软土进行充分搅拌，使气体均匀地分散在混合物中，减少气泡的聚集，形成淤泥质软土悬浮浆液。
4)往淤泥质软土悬浮浆液中加入一定量的细沙，并继续搅拌，形成混合土悬浊液。
5)针对淤泥质软土制定相应的固化剂浆液，将专用的固化料和适量的水均匀拌合，其中固化料成分为矿渣、水泥、粉煤灰、碱性触发剂和一些添加剂按照一定的质量比配制而成。
6)然后往搅拌桶中加入制备好的固化剂浆液，边加入边搅拌，使之充分混合形成多孔性结构，从而提高搅拌桩的耐久性和承载能力。
7)最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行搅拌，形成满足流动度要求的固化土浆液，使得搅拌桩体与桩周土体接触面形成一层隔水膜，从而防止水分渗透到混合物中，保持混合物的完整性和强度。
8)将预制好的浆液通过特殊的施工工艺输送到原位孔中，形成完整的桩体。所述固化料按重量百分比的组成配方：
优选地，所述步骤5中，制定固化剂浆液工艺中，设定所添加固化料用量占淤泥质软土用量的质量百分比为18～22％。
所述其他用料按重量百分比的成分为：
分散剂0.1～0.5％
引气剂0.3～0.5％
阻水剂0.2～0.5％
优选地，所述步骤8中，其注浆工艺与传统有所差异，本发明注浆过程中在注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体。
为了进一步详细解释本发明所述内容，以下通过5个实例分别说明。
实施例1
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
(1)采用长螺旋成孔机械对淤泥质软土地基进行转孔取土，形成长为20m，直径为600mm的桩孔，并清理孔壁和孔底浮土，保持孔壁和孔底光滑。
(2)在淤泥质软土中加入分散剂、引气剂和水进行混合，进行低速搅拌15min；加入淤泥质软土质量8％的细沙，持续低速搅拌15min；再加入淤泥质软土质量18％的固化料，先进行低速搅拌8min再高速搅拌7min；最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行高速搅拌15min，形成满足流动度要求的固化土浆液；
上述步骤中，以矿渣、水泥、细沙、碱性触发剂、减水剂和缓凝剂作为固化剂材料，按质量百分数计，称取原料如下；
其余各试剂掺量与淤泥质软土质量比为：
分散剂0.2％
引气剂0.3％
阻水剂0.2％
(3)将制备好的固化土浆液，在传统的两喷四搅施工工艺基础上本发明注浆过程中在注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体，形成完整的桩体。
实施例2
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
(1)采用长螺旋成孔机械对淤泥质软土地基进行转孔取土，形成长为20m，直径为600mm的桩孔，并清理孔壁和孔底浮土，保持孔壁和孔底光滑。
(2)在淤泥质软土中加入分散剂、引气剂和水进行混合，进行低速搅拌15min；加入淤泥质软土质量8％的细沙，持续低速搅拌15min；再加入淤泥质软土质量20％的固化料，先进行低速搅拌8min再高速搅拌7min；最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行高速搅拌15min，形成满足流动度要求的固化土浆液；
上述步骤中，以矿渣、水泥、细沙、碱性触发剂、减水剂和缓凝剂作为固化剂材料，按质量百分数计，称取原料如下；
其余各试剂掺量与淤泥质软土质量比为：
分散剂 0.2％
引气剂 0.3％
阻水剂 0.2％
(3)将制备好的固化土浆液，在传统的两喷四搅施工工艺基础上，本发明在注浆过程中向注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体，形成完整的桩体。
实施例3
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
(1)采用长螺旋成孔机械对淤泥质软土地基进行转孔取土，形成长为20m，直径为600mm的桩孔，并清理孔壁和孔底浮土，保持孔壁和孔底光滑。
(2)在淤泥质软土中加入分散剂、引气剂和水进行混合，进行低速搅拌15min；加入淤泥质软土质量10％的细沙，持续低速搅拌15min；再加入淤泥质软土质量22％的固化料，先进行低速搅拌8min再高速搅拌7min；最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行高速搅拌15min，形成满足流动度要求的固化土浆液；
上述步骤中，以矿渣、水泥、细沙、碱性触发剂、减水剂和缓凝剂作为固化剂材料，按质量百分数计，称取原料如下；
其余各试剂掺量与淤泥质软土质量比为：
分散剂 0.2％
引气剂 0.3％
阻水剂 0.2％
(3)将制备好的固化土浆液，在传统的两喷四搅施工工艺基础上本发明注浆过程中在注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体，形成完整的桩体。
实施例4
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
(1)采用长螺旋成孔机械对淤泥质软土地基进行转孔取土，形成长为20m，直径为600mm的桩孔，并清理孔壁和孔底浮土，保持孔壁和孔底光滑。
(2)在淤泥质软土中加入分散剂、引气剂和水进行混合，进行低速搅拌15min；加入淤泥质软土质量12％的细沙，持续低速搅拌15min；再加入淤泥质软土质量18％的固化料，先进行低速搅拌8min再高速搅拌7min；最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行高速搅拌15min，形成满足流动度要求的固化土浆液；
上述步骤中，以矿渣、水泥、细沙、碱性触发剂、减水剂和缓凝剂作为固化剂材料，按质量百分数计，称取原料如下；
其余各试剂掺量与淤泥质软土质量比为：
分散剂 0.2％
引气剂 0.3％
阻水剂 0.2％
(3)将制备好的固化土浆液，在传统的两喷四搅施工工艺基础上本发明注浆过程中在注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体，形成完整的桩体。
实施例5
所述一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法包括如下步骤：
(1)采用长螺旋成孔机械对淤泥质软土地基进行转孔取土，形成长为20m，直径为600mm的桩孔，并清理孔壁和孔底浮土，保持孔壁和孔底光滑。
(2)在淤泥质软土中加入分散剂、引气剂和水进行混合，进行低速搅拌15min；加入淤泥质软土质量12％的细沙，持续低速搅拌15min；再加入淤泥质软土质量18％的固化料，先进行低速搅拌8min再高速搅拌7min；最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行高速搅拌15min，形成满足流动度要求的固化土浆液；
上述步骤中，以矿渣、水泥、细沙、碱性触发剂、减水剂和缓凝剂作为固化剂材料，按质量百分数计，称取原料如下；
其余各试剂掺量与淤泥质软土质量比为：
分散剂 0.2％
引气剂 0.3％
阻水剂 0.2％
(3)将制备好的固化土浆液，在传统的两喷四搅施工工艺基础上本发明注浆过程中在注浆管道基础上加了一个进气管，使其边注浆搅拌边输送气体，形成完整的桩体。
天然状态下养护28、60、90天，每个龄期达到时，采用岩芯钻机进行抽芯取样，进行无侧限抗压强度试验和芯样完整性评价。所检测结果如下表所示。
表1、产品性能测试结果
本发明一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法，相较于传统的水泥土搅拌桩而言，解决了桩身强度低，成桩不均匀和水泥土搅拌桩处理软弱地基的深度受到限制等问题。本发明通过特殊的工艺灌输手段，添加细骨料、改进固化材料、改进施工工艺使得水泥土胶砂搅拌桩的桩身强度达到5MPa以上，用该桩取代CFG桩，具有非常重要的技术优势和经济优势。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)针对淤泥质软土地基进行原位转孔取土，并将土送入专用的搅拌设备的搅拌桶中；
2)针对淤泥质软土特性，将引气剂、分散剂和水进行搅拌，使其分散均匀，制备成专用的混合溶液；
3)将步骤2)制备好的混合溶液加入到搅拌桶中与淤泥质软土进行充分搅拌形成淤泥质软土悬浮浆液；
4)往淤泥质软土悬浮浆液中加入细沙，并继续搅拌，形成混合土悬浊液；
5)制备淤泥质软土制定相应的固化剂浆液，将固化料和适量的水均匀拌合；
6)然后往搅拌桶中加入步骤5)制备的固化剂浆液，边加入边搅拌；
7)最后往搅拌桶中加入阻水剂，进行混合搅拌，得到流态固化土浆液；
8)将预制好的浆液输送到原位孔中，形成完整的桩体。
2.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤2)中，按重量百分比计算，混合溶液中引气剂含量为0.3～0.5％、分散剂含量为0.1～0.5％；所述混合溶液与淤泥质软土的比例范围为0.4-1.0％。
3.如权利要求2所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述分散剂为专利CN202310086612.6流态固化土制作工艺中所使用的“美国仙水”；引气剂为商用混凝土砂浆引气剂。
4.如权利要求3所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述商用混凝土砂浆引气剂为松香树脂类引气剂、烷基苯磺酸盐类及脂肪醇磺酸盐类引气剂中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤4)中，细沙与淤泥质软土质量比为8～12％。
6.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤5)中，固化料由质量分数如下的物质组成：矿渣45～60％，水泥35～55％，粉煤灰2～5％，碱性触发剂2～3％，减水剂为水泥和矿渣之用量和的1～1.5％，缓凝剂为矿渣和水泥用量之和的0.1～1％。
7.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤5)中，固化料与淤泥质软土质量比为18％～22％。
8.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤7)中，阻水剂为混凝土砂浆阻水剂，掺量为淤泥质软土质量的0.2～0.5％。
9.如权利要求8所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述混凝土砂浆阻水剂为甲基硅醇钠、乙基硅醇钠有机硅表面活性剂中的一种或两种。
10.如权利要求1所述的高强度水泥土胶砂桩的制作方法，其特征在于：所述步骤8)中，注浆泵输送浆液至原位孔时需要在喷浆管内接一个输气管道进行边注浆搅拌边输气，流态固化土的水灰比为0.6。
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