CN107129251A - 一种用于***排水固结处理软土地基的固化剂及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于***排水固结处理软土地基的固化剂及处理方法。本发明利用钻机在待加固软土地基钻孔，并放置固化剂、***包，当引爆***后，***的冲击力使得待加固地基内的土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中，通过固化剂与软土的反应、相互结合，而达到加固的目的；其中固化剂是由重量百分数为30～40％高炉水渣，30～40％钢渣20～30％粉煤灰，0～10％磷石膏，0～10％电石渣混合而成。本发明可有效缩短施工工期，且适用范围广；***所掺加的固化剂不仅有利于解决工业废渣的问题，还减少水泥的用量，减少二氧化碳等污染物的排放，达到改善环境、节能减排及可持续发展的战略方针。

Description

一种用于***排水固结处理软土地基的固化剂及处理方法
技术领域
本发明属于地基处理技术领域，具体涉及一种***排水固结处理软土地基的固化剂及处理方法。
背景技术
软土由于孔隙比大、含水率高、强度低，易于变形，一般难于满足工程要求，因此在工程建设中遇到此类土时，须对其进行加固处理。
目前常用的排水加固处理软土地基的方法有堆载预压和真空预压处理等，这些方法通常是：先在软土地基中设置垂直和水平排水通道，然后在需加固的软土地址上部设置附加堆载，以增加附加压力的形式，使土体中形成超静孔隙水压力，排水通道加快了孔隙水压力消散，土中自由水由排水通道排出，减少土体的含水量。由于预压荷载一般采用填筑土石方或采用真空预压等方法，所需工期长、施工成本高；而且常规的超载预压加固软土地基的方法需要大量土石方，在土方稀缺的平原地区往往会受到限制。
化学加固法也是软土地基加固的常用方法，采用压力灌浆或搅拌混合料等措施，使土体颗粒胶结起来，达到加固土的目的，常用的加固材料为水泥和石灰，这两种材料在生产过程中不仅消耗大量的资源和能源，还释放大量的二氧化碳，不符合国家倡导的环保概念。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供一种***排水固结处理软土地基的固化剂及处理方法，本发明利用***产生的振动、冲击及随着气体膨胀产生的压缩波，析出土体中的孔隙水，通过排水通道导出，同时掺加固化剂来进行***更有利于软土地基的加固，从而大大提高施工效率和施工速度；所述固化剂采用工业废渣配制而成，不仅有利于解决工业废渣的问题，还减少水泥的用量，减少二氧化碳等污染物的排放，达到改善环境、节能减排及可持续发展的战略方针。
本发明提供的一种用于***排水固结处理软土地基的固化剂，其特征在于是由以下重量百分比的物质组成：
上述物质混合配制的固化剂呈粉末状，其粉末颗粒比表面积在300～600m2/kg。
本发明提供的一种***排水固结处理软土地基的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)确定待加固区域的面积，并在待加固区域的软土中设置垂直和水平排水通道，垂直排水通道平面上按网格布置，垂直方向贯穿软土层，地表铺设水平砂垫层盲沟和集水井，水平排水通道与竖向排水通道相连；
(2)利用钻机从深至浅在待加固软土地基内垂直方向和水平方向分别钻设多个***孔，所述水平方向的多个***孔分散设置在垂直排水通道之间，并在每个***孔中放入固化剂和***包；所述固化剂是由以下重量百分比的物质：高炉水渣30～40％、钢渣30～40％、粉煤灰20～30％、磷石膏0～10％及电石渣0～10％混合后配制而成粉末状固化剂；
(3)从下至上依次引爆每层***孔内的***包，***的冲击力使得待加固地基内的土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中，通过固化剂与软土的反应、相互结合，而达到加固的目的。
本发明进一步提供的技术方案：在步骤(1)埋设排水通道之前需要先对待处理区域进行分区和隔离处理，具体步骤如下：
(1)根据地勘资料，按待加固地基场地软土的厚度划分加固区域，并在待加固地基场地边界以及待加固地基场地不同的分区之间设置隔振装置；所述隔振装置可以采用地下连续墙、隔振沟、橡胶墙等；
(2)根据勘测以及试验得到的土层参数、地质条件、炮孔大小、单个***包中的***密度、***爆速、***产生的冲击波波速来计算出每个***孔内***包***后对周围土体的损伤区半径r2，并根据损伤区半径r2确定竖向排水通道的间距，其竖向排水通道之间的间距大于或等于两倍的损伤区半径r2；其中损伤区半径r2是由公式①计算得到：
公式①中的各个参数分别表示为：ρm为土体密度，D0为冲击波波速，ρe为***密度，De为***爆速，为土体摩擦角，c为土体粘聚力，r0为炮孔半径；
(3)根据待加固地基场地分区中软土的厚度准备好竖向排水通道，并确保竖向排水通道的深度能穿透待加固软土地基的深度。
本发明进一步提供的技术方案：所述步骤(2)中***孔钻设分层进行，同一平面上的***孔按梅花形布置，其孔间距为1～8m；每钻设一个***孔便在该***孔内埋设固化剂和***包，每层***孔内的固化剂和***包埋设好之后，便从其中一侧开始逐个引爆每个***孔内的***包。
本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中每个***孔内固化剂的添加量占该***孔中***包***扩腔区域土体量的4～15％。
本发明较优的技术方案：所述固化剂中高炉水渣主要化学成分为CaO、SiO2和Al2O3，钢渣的主要化学成分为CaO和SiO2，粉煤灰主要化学成分为SiO2和Al2O3；所述每种物质的粉末颗粒比表面积分别控制在300～600m2/kg。
本发明较优的技术方案：所述每个***孔中***包为条形药包，每个***包***扩腔区域为圆形区域，其扩腔区域半径r1按照公式②进行计算：
公式②中的各个参数分别表示为：σ0为炮孔孔壁初始应力，ρm为土体密度，D0为冲击波波速，r2为每个***孔内***包***后对周围土体的损伤区半径，可以由上述公式①计算得到。
上述公式中涉及到的参数有土体性质参数(ρm、c、)、***性质参数(ρe、De)、***与土体相互作用参数(D0、r0)，土体性质参数可根据地质勘查报告选取；对于***性质参数，可根据***种类选取；***与土体相互作用参数可根据相关规范取值。
上述计算公式是根据2003年1月第25卷第1期岩土工程学报中公开的论文“条形装药***成腔半径的弹塑性估算(林大能，罗艾民，胡伟)”得到，在该论文中指出***在土中***时，由于***气体产物突然膨胀，会在周围截止中产生冲击波和应力波，当***冲击波或应力波波阵面的压力大于土体强度时，土体中固体颗粒产生与冲击波传播方向相同的位移，土体中的气体被压缩逸出，水分被挤出，在药包周围形成一个空腔，这种技术可以称为***挤压成腔。***挤压成腔是指利用******的能量在地下土层中形成可利用的地下空间。在地下开掘一定尺寸的装药空间，将***按一定形状布置在装药空间内，***后利用冲击波的强动作用和高压爆生气体的高速膨胀作用压缩周围一定区域内的介质，形成一定形状和规格的***扩腔区，该扩腔区即为本发明中***包***后所影响区域；文献中假设在***冲击波作用下，首先在炮孔周围的土介质中形成塑性区(即本发明中的损伤区)，其半径为r2，并给出了r2计算公式的推导过程；在该公开文献中公开了***扩腔区半径r1与塑性区半径r2之间关系的公式，即上述公式②，并进一步公开了该公式的推导过程。该文献还通过现场***试验得出的相应的试验数据对该公式进行论证，其试验结果和计算结果较好的吻合性，证明了该估算公式是合理的。
除了上述方法，还可以通过多次试验来确定***包***后对土体损伤区的面积，从而来确定的***包的埋设间距和垂直排水通道的布设间距，确保每个***包***时不会对相邻垂直排水通道进行破坏，并保证整个待加固区域都能得到很好的处理。
本发明首先利用钻机在待加固软土地基钻孔，并放置固化剂、***包，当引爆***后，***的冲击力使得待加固地基内的土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中间，通过两者间的反应、相互结合，从而达到加固的目的。
本发明所述的固化剂是多种工业废渣组成的混合物，其中高炉水渣主要化学成分为CaO、SiO2和Al2O3，钢渣化学成分包括CaO和SiO2，粉煤灰化学成分包括SiO2和Al2O3，均为易在Ca(OH)2作用下水化产生胶结性水化物的工业废渣；磷石膏与固化剂中和土中含铝成分水化生成膨胀性水化物，可填充孔隙使软土结构密实；电石渣作为补充高碱性废渣，对加固软土结构起到辅助作用。本发明制备的固化剂不仅有利于解决工业废渣的问题，还减少水泥的用量，减少二氧化碳等污染物的排放，达到改善环境、节能减排及可持续发展的战略方针。
本发明利用***产生的振动、冲击及随着气体膨胀产生的压缩波，析出土体中的孔隙水，通过排水通道导出，同时掺加固化剂来进行***更有利于软土地基的加固，从而大大提高施工效率和施工速度。本发明不仅适用于浅部土体，对于深厚软土也适用，由于在软基中钻凿深孔容易实现，***可以安放于所需位置和所需深度，对工期紧、处理深度较深的工程，就有很好的优势。
附图说明
图1是***作用下的影响区域划分图；
图2是待加固地基场地分区图；
图3是加固区内***孔和排水通道的剖面布置图；
图4是加固区内***孔和排水通道的平面布置图。
图中：1—***孔，2—扩腔区，3—损伤区，4—振动区，5—柔性隔振装置，6—刚性隔振装置，7—水平排水通道，8—竖向排水通道，9—待加固软土地基。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明中用于***排水固结处理软土地基的固化剂，是由以下重量百分比的物质组成：高炉水渣30～40％，钢渣30～40％，粉煤灰20～30％，磷石膏0～10％，电石渣0～10％混合制成，上述物质混合配制的固化剂呈粉末状，其粉末颗粒比表面积在300～600m2/kg。
实施例：本实施例具体涉及一种***排水固结处理软土地基的方法，其主要是利用***产生的振动、冲击及随着气体膨胀产生的压缩波，使得土体中孔隙水析出，土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中间，通过两者间的反应、相互结合，从而达到加固的目的。
针对某原料场地基处理项目，其具体实施方案及步骤如下：
福建某原料场地基处理项目，总用地面积约28.57万m2，根据待处理淤泥的厚度和堆料情况将场地进行分区，分区情况如图2所示，堆料区根据淤泥厚度不同共分两个分区，A区为淤泥厚度h≤15m的区域，B区为淤泥厚度＞15m的区域；非堆料区共分三个分区，C区为淤泥厚度h≤10m的区域，D区为淤泥厚度10m＜h≤15m的区域，E区为淤泥厚度＞15m的区域，为尽量减小对周围环境的振动影响，需在待加固地基场地边界设置地下连续墙等刚性隔振装置6，在待加固地基场地不同的分区之间设置橡胶墙等柔性隔振装置5，其具体实施方案及步骤如下：
(1)确定***孔的水平布置间距Rh和竖向排水道竖向布置间距Rv；饱和软土中的***效应可以分为3个区域，如图1所示，包括扩腔区2(即公开文献“条形装药***成腔半径的弹塑性估算”中的***成腔区)、损伤区3(即公开文献“条形装药***成腔半径的弹塑性估算”中的塑性区)和振动区4(即公开文献“条形装药***成腔半径的弹塑性估算”中的弹性区)，其中损伤区3是受冲击扰动的主要作用范围，为保证竖向排水通道不受***的影响正常工作，也确保***效果更显著，***孔和竖向排水道的布置间距应满足条件：Rh≥2r2、Rv≥2r2；其中r2为损伤区半径(即塑性区半径)，其具体计算公式可以按照公开文献中关于塑性区半径的计算公式进行计算：
首先通过现场勘测和试验数据将上述公式中的参数确定，然后将这些数据代入公式，其中ρm为土体密度，D0为冲击波波速，ρe为***密度，De为***爆速，为土体摩擦角，c为土体粘聚力，r0为炮孔半径；计算出该施工现场埋设的每个***包塑性区半径r2，最后根据公式计算得到***孔和排水通道的孔间距为1.4m；
(2)然后按照下面的配方来配制固化剂，固化剂的各物质重量百分数如下：高炉水渣37％、钢渣32％、粉煤灰21％、磷石膏3％及电石渣7％；固化剂粉末颗粒比表面积控制在450m2/kg；
(3)确定固化剂的掺入量为扩腔区土体的10％，其中***扩腔区可认为是***产生的空腔区域，参考相关文献得到，***挤压成腔半径计算式：其中σ0为炮孔孔壁初始应力；根据上述公式确定每个***孔埋设的固化剂量；
(4)按照步骤(1)中确定的间距在地基加固区域内设置排水通道，排水通道的埋设如图3和图4所示，包括竖向排水通道8和水平排水通道7；竖向排水通道8具体是采用塑料排水板，SPB-C型，按梅花形布置，孔间距1.4m，***深度需穿透待加固软土地基9；水平排水通道7包括水平集水排水***，在厚度约1.0m的中粗砂垫层中设置集水井，水平排水通道7与竖向排水通道8相连，以将竖向排水通道8排出的水汇集后排出；
(5)利用钻机从深至浅在待加固软土地基内垂直方向和水平方向分别钻设多个***孔1，所述水平方向的多个***孔1分散设置在垂直排水通道之间，相邻***孔的间距为1.4m，并在每个***孔1中放置固化剂和***包；当多个药包***时，相邻药包***产生的应力波朝相向方向传播时会发生叠加或抵消，发生抵消产生的后果造成了***能量的浪费，发生叠加的结果可能使地基变形不一致，从而引起地面不均匀沉降，故***起爆按照竖向由深至浅的顺序，首先埋置在最深部土层的***按图4中A-A*后B-B*且间隔起爆，引爆***后，***的冲击力使得待加固地基内的土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中间，通过两者间的反应、相互结合，从而达到加固的目的，待深部土体固结完毕后再同样引爆上一层布置的***孔，直至该区域整个深度范围内地基土全部固结。
对A、B两个急需堆料的分区可联合堆载预压法使用，对C、D、E三个不需堆料的分区侧直接使用该方法进行加固处理。
经过以上地基处理措施后，可通过浅层平板载荷试验、十字板剪切试验、取土钻孔等手段检测地基承载力特征值及固结度是否满足设计要求。
通过检测证明本方法处理的软土地基，可有效缩短施工工期，且不局限于浅部土体，对于深厚软土也适用，适用范围大；而且***所掺加的固化剂不仅有利于解决工业废渣的问题，还减少水泥的用量，减少二氧化碳等污染物的排放，达到改善环境、节能减排及可持续发展的战略方针。
以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述，并不以此限制本发明，凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于***排水固结处理软土地基的固化剂，其特征在于是由以下重量百分比的物质组成：
上述物质混合配制的固化剂呈粉末状，其粉末颗粒比表面积在300～600m2/kg。
2.一种***排水固结处理软土地基的处理方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)确定待加固区域的面积，并在待加固区域的软土中设置垂直和水平排水通道，垂直排水通道平面上按网格布置，垂直方向贯穿软土层，地表铺设水平砂垫层盲沟和集水井，水平排水通道与竖向排水通道相连；
(2)利用钻机从深至浅在待加固软土地基内垂直方向和水平方向分别钻设多个***孔，所述水平方向的多个***孔分散设置在垂直排水通道之间，并在每个***孔中放入固化剂和***包；所述固化剂是由以下重量百分比的物质：高炉水渣30～40％、钢渣30～40％、粉煤灰20～30％、磷石膏0～10％及电石渣0～10％混合后配制而成粉末状固化剂；
(3)从下至上依次引爆每层***孔内的***包，***的冲击力使得待加固地基内的土体结构重新排列，同时固化剂扩散到土体颗粒中，通过固化剂与软土的反应、相互结合，而达到加固的目的。
3.根据权利要求2所述的一种***排水固结处理软土地基的处理方法，其特征在于在步骤(1)埋设排水通道之前需要先对待处理区域进行分区和隔离处理，具体步骤如下：
(1)根据地勘资料，按待加固地基场地软土的厚度划分加固区域，并在待加固地基场地边界以及待加固地基场地不同的分区之间设置隔振装置；所述隔振装置可以采用地下连续墙、隔振沟、橡胶墙等；
(2)根据勘测以及试验得到的土层参数、地质条件、炮孔大小、单个***包中的***密度、***爆速、***产生的冲击波波速来计算出每个***孔内***包***后对周围土体的损伤区半径r2，并根据损伤区半径r2确定竖向排水通道的间距，其竖向排水通道之间的间距大于或等于两倍的损伤区半径r2；其中损伤区半径r2是由公式①计算得到：
公式①中的各个参数分别表示为：ρm为土体密度，D0为冲击波波速，ρe为***密度，De为***爆速，为土体摩擦角，c为土体粘聚力，r0为炮孔半径；
(3)根据待加固地基场地分区中软土的厚度准备好竖向排水通道，并确保竖向排水通道的深度能穿透待加固软土地基的深度。
4.根据权利要求2或3所述的一种***排水固结处理软土地基的处理方法，其特征在：所述步骤(2)中***孔钻设分层进行，同一平面上的***孔按梅花形布置，其孔间距为1～8m；每钻设一个***孔便在该***孔内埋设固化剂和***包，每层***孔内的固化剂和***包埋设好之后，便从其中一侧开始逐个引爆每个***孔内的***包。
5.根据权利要求2或3所述的一种***排水固结处理软土地基的处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中每个***孔内固化剂的添加量占该***孔中***包***扩腔区域土体量的4～15％。
6.根据权利要求2或3所述的一种***排水固结处理软土地基的方法，其特征在于：所述固化剂中高炉水渣主要化学成分为CaO、SiO2和Al2O3，钢渣的主要化学成分为CaO和SiO2，粉煤灰主要化学成分为SiO2和Al2O3；所述每种物质的粉末颗粒比表面积分别控制在300～600m2/kg。
7.根据权利要求5所述的一种***排水固结处理软土地基的处理方法，其特征在于：所述每个***孔中***包为条形药包，每个***包***扩腔区域为圆形区域，其扩腔区域半径r1按照公式②进行计算：
公式②中的各个参数分别表示为：σ0为炮孔孔壁初始应力，ρm为土体密度，D0为冲击波波速，r2为每个***孔内***包在***后对周围土体的损伤区半径。
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