CN103306267A

CN103306267A - 一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱

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Publication number: CN103306267A
Application number: CN2013102182461A
Authority: CN
Inventors: 李世洋; 李建猛; 刘庆伟; 于浩; 黄新
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103306267B

Abstract

本发明公开了一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，属于土木工程领域。对于地下水位高于地下柱身1/2，含盐量在5-44%，具有特定离子成分及含量的超（强）盐渍土地基，将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏组成的混合物以粉体或浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。所述盐渍土中某些盐分与胶结盐渍土其他组分之间的作用，使胶结盐渍土地下柱在该环境中拥有较高的强度，且拥有良好的盐蚀耐久性。该胶结盐渍土地下柱能够解决超（强）盐渍土地区地基现有地基处理方法承载力和耐久性不足的问题。

Description

一种用于超(强)盐渍土的胶结盐渍土地下柱

技术领域

本发明涉及一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，属于土木工程领域。

背景技术

我国盐湖带区域面积约占国土面积的一半，主要集中在新疆盐湖区、西藏盐湖区、青海盐湖区和内蒙古盐湖区。盐湖周围的盐渍土区域其含盐量可高达44%，盐渍土对混凝土产生严重的化学腐蚀、物理结晶腐蚀，造成钢筋砼锈蚀，对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁。根据中国建筑科学研究院对格尔木地区的调查研究，其研究结论排除了一切含硅酸盐系列水泥和钢材的桩基及地基处理措施。故急需开发在超（强）盐渍土中提供高承载力和耐久性良好地基加固方法。

本发明提供一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。

发明内容

发明人经过反复试验发现对于含盐量在5～44%，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.27～4.82%，Mg²⁺：0.17～1.99%，K⁺和Na⁺：1.40～14.5%，SO₄ ^2-：0.76～14.40%，Cl-：0.74～21.97%，HCO₃ ^-：0.01～0.1%，CO₃ ^2-：0.002～0.02%的超（强）盐渍土，将适量由石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏组成的混合物与天然含水量的盐渍土搅拌均匀形成胶结盐渍土，由于盐渍土中某些盐分与胶结盐渍土中其他组分与之间的作用，形成了不同于水泥所产生的水化产物，胶结盐渍土强度可达8～11MPa。通过深入研究发现胶结盐渍土在超（强）盐渍土中具有较高强度和良好耐久性的机理如下：对于氯盐渍土，胶结盐渍土中除盐渍土之外的组分中产生了新的水化物HT-Cl，HT-Cl可以稳定地结合氯盐，在氯盐浓度较高的环境下可以保持稳定，并且使C-S-H保持稳定，故胶结盐渍土在氯盐渍土环境中拥有较高的强度且拥有良好的盐蚀耐久性；对于硫盐渍土，Aft的生成引起的体积膨胀是造成胶结体不稳定的原因，土中有SO₄ ^2-、Al³⁺、H₂O，只要有Ca²⁺就会产生Aft并引发膨胀破坏，胶结盐渍土的组成设计使胶结硫盐渍土AFt早期快速形成，从而避开AFt对C-S-H等胶结水化物的大量破坏，使膨胀组分AFt和胶凝组分C-S-H协调生成，同时使胶结环境中不存在剩余的Ca²⁺，使后期不会有AFt生成，胶结盐渍土在硫盐渍土环境中拥有较高的强度且拥有良好的盐蚀耐久性。

基于上述情况，发明人提出一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。具体为：对于地下水位高于地下柱身1/2，含盐量在5～44%，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.27～4.82%，Mg²⁺：0.17～1.99%，K⁺和Na⁺：1.40～14.5%，SO₄ ^2-：0.76～14.40%，Cl-：0.74～21.97%，HCO₃ ^-：0.01～0.1%，CO₃ ^2-：0.002～0.02%的超（强）盐渍土场地；将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物以粉体或浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。其中所述的石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏为比表面积大于250m²/kg的粉体。所述盐渍土中某些盐分与胶结盐渍土其他组分之间的作用，使胶结盐渍土地下柱在该环境中拥有较高的强度，且拥有良好的盐蚀耐久性。

本发明所述的胶结盐渍土各组分干重量占胶结盐渍土干重量的百分比范围为：

1）材料A，该组分占胶结盐渍土干重量的1.7～18.5%；

2）活性矿物掺合料，该组分占胶结盐渍土干重量的1.9～22%；

3）石膏，该组分占胶结盐渍土干重量的0～0.7%；

4）盐渍土，该组分占胶结盐渍土干重量的76.9～93.5%。

其中，材料A是石灰和水泥熟料的混合物，石灰、水泥熟料干重量占材料A干重量的百分比范围分别为石灰0～100%、水泥熟料0～100%。活性矿物掺合料是指含活性硅、铝成分的人工或天然材料，包括并不仅限于火山灰质混合材料、矿渣等材料的一种或几种组合。火山灰质混合材料包括并不限于火山灰、浮石、硅藻土、烧粘土、煤矸石灰渣等材料。

结合实验室试验数据和本发明提供的胶结盐渍土地下柱的现场试验结果，本发明给出胶结盐渍土地下柱的适用盐渍土最佳含盐量范围及胶结盐渍土各组分的最优配比范围。

该胶结盐渍土地下柱适用超氯盐渍土及超亚氯盐渍土的最佳含盐量为9～40%，适用超硫酸盐渍土及超亚硫酸盐渍土的最佳含盐量为7～20%；相应的胶结盐渍土各组分（以干重量计）的最优配比范围为：

1）石灰，该组分占胶结盐渍土干重量的0.3～4.7%；

2）矿渣，该组分占胶结盐渍土干重量的5.2～22%；

3）盐渍土，该组分占胶结盐渍土干重量的76.9～93.5%。

对本发明提供的一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱，取适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏与天然含水量的盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，根据《土工试验方法标准》（GBT50123-1999），制备边长为50mm的立方体试块，试块脱模后，分别进行清水养护、盐渍土中养护（与本发明所述的盐渍土环境相同），于不同的龄期进行无侧限抗压强度试验。试验结果如表1所示。

表1不同胶结盐渍土试块、不同养护环境、不同龄期的强度

说明：其中A为某一胶结盐渍土掺量的胶结盐渍土试块强度。

从表1可以看出，盐渍土中的某些盐分与胶结盐渍土中其他组分之间的作用使胶结盐渍土在盐渍土环境中拥有较高的强度，且拥有良好的耐久性。

本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，具体的施工步骤为：

第一步：进行工程勘探，了解盐渍土的含盐量、离子种类及物理性质指标。

第二步：根据胶结盐渍土柱设计要求的胶结盐渍土强度，以及盐渍土的含盐量、离子种类和物理性质指标，确定胶结盐渍土的组成及掺量。

第三步：将石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏按比例混合并以粉体或浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。其施工方式可以是但并不限于以下3种：①将喷粉型深层搅拌机械植入盐渍土地基至设计深度，将石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物以粉体的形式与盐渍土在地下混合均匀，边混合搅拌边提升机械，最终形成胶结盐渍土地下柱。②将喷浆型深层搅拌机械植入盐渍土地基至设计深度，将石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物以浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀，边混合搅拌边提升机械，最终形成胶结盐渍土地下柱。③将石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物制成浆体，在盐渍土地基上成孔至设计深度，采用旋喷注浆方法，将喷射管放入孔中，通过喷头将上述的浆体以高压浆体的形式向周围土体喷射，边旋转边提升，使喷射的浆体一边切削四周土体，一边与盐渍土混合均匀，最终形成胶结盐渍土地下柱。

本发明所述的一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，其优点在于：

1、所述地下胶结盐渍土柱在超（强）盐渍土环境中拥有良好的耐久性。

2、由于盐渍土中某些盐分与胶结盐渍土中其他组分之间的作用，胶结盐渍土地下柱在超（强）盐渍土环境中拥有较高的强度。

3、所述胶结盐渍土地下柱施工方法简单，地基处理费用低。

4、所述胶结盐渍土地下柱组成材料对环境无污染，适合长期可持续发展战略。

具体实施方式

根据下面实施例对本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱的制作及其施工方法做进一步的详细说明，但本发明提供的胶结盐渍土地下柱的使用形式及使用范围并不仅限于此。

实施例1

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长12.0m，柱径800mm，胶结盐渍土地下柱的强度要求为5.5MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为5%，地下水位位于地面下4.0m，主要离子及含量为Ca²⁺：0.27%，Mg²⁺：0.17%，K⁺和Na⁺：1.40%，SO₄ ^2-：0.76%，Cl^-：2.22%，HCO₃ ^-：0.01%，CO₃ ^2-：0.002%，盐渍土含水量为30.5%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：水泥熟料7.5份、火山灰3.6份、矿渣3.45份、石膏0.45份、盐渍土85份；用DSJ37型搅拌机，按公知的施工工艺，将水泥熟料、火山灰、矿渣、石膏、盐渍土的混合物以浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为6.4MPa。

实施例2

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长15.0m，柱径1000mm，胶结盐渍土地下柱强度要求为6.2MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为8.3%，地下水位位于地面下5.0m，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.41%，Mg²⁺：0.24%，K⁺和Na⁺：2.22%，SO₄ ^2-：4.86%，Cl^-：0.53%，HCO₃ ^-：0.03%，CO₃ ^2-：0.004%，盐渍土含水量为34.7%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：水泥熟料8.4份、火山灰2.4份、浮石0.84份、石膏0.36份、盐渍土88份；用DJM1070型搅拌机，按公知的施工工艺，将水泥熟料、火山灰、浮石、石膏、盐渍土的混合物以粉体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为7.2MPa。

实施例3

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长14.0m，柱径500mm，胶结盐渍土地下柱的强度要求为7.4MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为21%，地下水位位于地面下4.5m，主要离子及含量为Ca²⁺：0.88%，Mg²⁺：0.34%，K⁺和Na⁺：6.12%，SO₄ ^2-：2.62%，Cl^-：10.34%，HCO₃ ^-：0.02%，CO₃ ^2-：0.004%，盐渍土含水量为27.5%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：石灰1.2份、矿渣5.8份、盐渍土92份；用DSJ22型搅拌机，按公知的施工工艺，将石灰、矿渣、盐渍土的混合物以浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为8.1MPa。

实施例4

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长18.0m，柱径700mm，胶结盐渍土地下柱强度要求为7.7MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为16.6%，地下水位位于地面下7.0m，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.82%，Mg²⁺：0.48%，K⁺和Na⁺：4.44%，SO₄ ^2-：9.64%，Cl^-：1.06%，HCO₃ ^-：0.02%，CO₃ ^2-：0.004%，盐渍土含水量为12.7%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：矿渣9份、石灰1份、盐渍土90份；采用旋喷注浆法，按公知的施工工艺，将矿渣、石灰、盐渍土的混合物以高压浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为8.4MPa。

实施例5

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长16.0m，柱径500mm，胶结盐渍土地下柱的强度要求为6.4MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为44%，地下水位位于地面下2.5m，主要离子及含量Ca²⁺：1.38%，Mg²⁺：1.88%，K⁺和Na⁺：14.44%，SO₄ ^2-：4.2%，Cl^-：21.97%，HCO₃ ^-：0.05%，CO₃ ^2-：0.01%，盐渍土含水量为32.2%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：水泥熟料3.24份、矿渣7.56份、浮石0.96份、石膏0.24份、盐渍土88份；用GPP-16型搅拌机，按公知的施工工艺，将水泥熟料、矿渣、浮石、石膏、盐渍土的混合物以浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为7.2MPa。

实施例6

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长15.0m，柱径40mm，胶结盐渍土地下柱强度要求为5.9MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为24%，地下水位位于地面下3.5m，主要离子成分及含量为Ca²⁺：1.22%，Mg²⁺：0.68%，K⁺和Na⁺：6.84%，SO₄ ^2-：12.12%，Cl^-：2.72%，HCO₃ ^-：0.02%，CO₃ ^2-：0.004%，盐渍土含水量为18.5%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：水泥熟料5.75份、矿渣9.2份、石灰1.15份、火山灰1.84份、浮石2.3份、煅烧煤矸石1.15份、硅藻土1.15份、石膏0.46份、盐渍土77份；采用旋喷注浆法，按公知的施工工艺，将水泥熟料、矿渣、石灰、火山灰、浮石、煅烧煤矸石、硅藻土、石膏、盐渍土的混合物以高压浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为7.0MPa。

实施例7

某盐渍土地区采用胶结盐渍土地下柱加固地基。设计柱长10.0m，柱径500mm，胶结盐渍土地下柱强度要求为6.2MPa。根据工程勘察报告知盐渍土的盐含量为12.4%，地下水位位于地面下2.2m，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.33%，Mg²⁺：0.22%，K⁺和Na⁺：4.09%，SO₄ ^2-：1.01%，Cl^-：6.52%，HCO₃ ^-：0.02%，CO₃ ^2-：0.003%，盐渍土含水量为34.7%。

采用本发明所述一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法。按干重量份计算胶结盐渍土的组成为：水泥熟料8份、矿渣11.6份、石膏0.4份、盐渍土80份；用LPS-4型搅拌机，按公知的施工工艺，水泥熟料、矿渣、石膏、盐渍土的混合物以粉体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。经柱身质量检测，胶结盐渍土地下柱28天强度为7.4MPa。

Claims

1.本发明提出了一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，其特征是：对于地下水位高于地下柱身1/2，含盐量在5～44%，主要离子成分及含量为Ca²⁺：0.27～4.82%，Mg²⁺：0.17～1.99%，K⁺和Na⁺：1.40～14.5%，SO₄ ^2-：0.76～14.40%，Cl-：0.74～21.97%，HCO₃ ^-：0.01～0.1%，CO₃ ^2-：0.002～0.02%的超（强）盐渍土场地，将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏组成的混合物以粉体或浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱。所述的胶结盐渍土各组分干重量占胶结盐渍土干重量的百分比范围为：材料A1.7～18.5%、活性矿物掺合料1.9～22%、石膏0～0.7%，盐渍土76.9～93.5%，其中材料A是石灰和水泥熟料的混合物，石灰、水泥熟料干重量占材料A干重量的百分比范围分别为石灰0～100%、水泥熟料0～100%。所述的石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏为比表面积大于250m²/kg的粉体。盐渍土中某些盐分与胶结盐渍土中其他组分之间的作用，使胶结盐渍土地下柱在该环境中拥有较高的强度，且拥有良好的盐蚀耐久性。

2.根据权利要求1所述的活性矿物掺合料是指含活性硅、铝成分的人工或天然材料，包括并不仅限于火山灰质混合材料、矿渣等材料的一种或几种组合，其中火山灰质混合材料包括并不限于火山灰、浮石、硅藻土、烧粘土、煤矸石灰渣等材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于超（强）盐渍土的胶结盐渍土地下柱及其施工方法，具体的施工工艺为：

第二步：根据胶结盐渍土地下柱设计要求的胶结盐渍土强度，以及盐渍土的含盐量、离子种类和物理性质指标，确定胶结盐渍土组成及掺量。

第三步：将石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏按比例混合并以粉体或浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀形成胶结盐渍土地下柱，其实施方式可以是并不限于以下3种：①将喷粉型深层搅拌机械植入盐渍土地基至设计深度，将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏组成的混合物以粉体的形式与盐渍土在地下混合均匀，边混合搅拌边提升机械，最终形成胶结盐渍土地下柱。②将喷浆型深层搅拌机械植入盐渍土地基至设计深度，将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物以浆体的形式与盐渍土在地下混合均匀，边混合搅拌边提升机械，最终形成胶结盐渍土地下柱。③将适量石灰、水泥熟料、活性矿物掺合料、石膏的混合物制成浆体，在盐渍土地基上成孔至设计深度，采用旋喷注浆方法，将喷射管放入孔中，通过喷头将上述的浆体以高压浆体的形式向周围土体喷射，边旋转边提升，使喷射的浆体一边切削四周土体，一边与盐渍土混合均匀，最终形成胶结盐渍土地下柱。