CN112919834A - 一种软土地基固化剂及用于固化软土地基的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软土地基固化剂及用于固化软土地基的施工方法，固化剂原料中各组份的质量百分含量为：碳酸化钢渣40.1％～60.0％，矿渣粉4.2％～5.8％，水泥34.2％～54.1％。软土、水和软土固化剂质量之和按照100％计时，软土固化剂的掺入比为12.0～20.0％；(1)软土地基固化剂浆液的制备：按配比称取碳酸化钢渣、矿渣粉、水泥置于配样桶中，充分混合，然后按照0.45～0.55水灰比掺水，搅拌制成软土地基固化剂浆液。本发明利用碳酸化钢渣和矿渣粉代替水泥固化剂，制成固定软土地基的软土固化剂，固化软土地基，固化后的桩身强度均满足设计要求。不仅解决冶金工业固废的利用问题，也解决了城市发展建设中软土地基的处理问题。

Description

一种软土地基固化剂及用于固化软土地基的施工方法
技术领域
本发明涉及一种以工业固体废物为主要原料的软土地基固化剂及使用方法，属于固化软土地基技术领域。
背景技术
软土地基主要是指游泥、游泥质土、杂填土或夹杂有泥炭、贝壳、生物残骸等高压缩性土层构成的复合地基，这种地基天然含水量大，承载力低，在荷载作用下易产生滑动或固结沉降，因此为了保证建筑物的正常使用，需要改善地基土的性质，改善地基土的力学性能。
软土路基处理方法较多，分类也各有不同，包括：砂垫层法、强夯法、换填法、静力排水固结法、碎石桩法。《基层建设》2019年第33期发表的“浅析软土地基加固处理方法在道路工程中的应用”也介绍了几种常用软土地基处理方法包含：(1)浅层处理；(2)排水固结法处理；(3)粒料桩处理；(4)加固土桩处理；(5)水泥粉煤灰碎石桩(CFG)处理。但概括来说，目前固化软土地基最常用方式是添加水泥进行搅拌，通过使用特制的搅拌机械往软土中喷洒水泥进行搅拌，从而起到加固软土地基的作用。但随着现代会城市发展对环保要求的提升，使用大量水泥作为材料的固化剂已经无法满足社会的需求。
此外，我国是钢铁生产大国，每年产生大量的钢渣排放。长期以来，我国的钢渣利用率低，每年仍以数千万吨的排渣量递增，大量钢渣堆积成渣山，占用大量土地。针对大量钢渣被废弃堆积，难以充分利用，重要原因是其组成中含有大量游离氧化物(f-CaO、f-MgO)，这些游离氧化物容易与水或水蒸气反应产生体积膨胀(f-CaO、f-MgO反应后的膨胀率分别为98％、148％)导致钢渣及钢渣处置后的尾渣难以进行大规模建材化利用,钢渣利用率低(低于20％)、堆存量大、堆放时间长(需陈化约6个月以上)，不仅造成资源浪费，且会对周边环境造成污染，如果采用堆存处置，则占用大量土地。
与此同时，钢铁生产过程也排放大量二氧化碳，也是我国工业固体废弃物造成大气环境污染的一种来源。因此利用钢渣中的钙镁组分与二氧化碳发生碳酸化反应，生产稳定的碳酸盐产品，不仅可以大规模固定CO2，也可以使得钢渣的物化性能得到改变。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，而提供一种以钢厂固体废物为主要原料、水泥用量少、使用成本低的软土地基固化剂，以解决现有软土地基处理中使用大量水泥，无法满足社会需求以及钢铁厂产生的废料难以进行处理的问题。
本发明的另一个目的是提供一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法。
为实现本发明的上述目的，本发明一种软土地基固化剂，各组份的质量百分含量为：
碳酸化钢渣：40.1％～60.0％；
矿渣粉：4.2％～5.8％；
水泥：34.2％～54.1％。
所述的碳酸化钢渣需控制粒径，粒径在2mm以下为佳，且越细效果越好，一般控制为1mm以下粒级质量占比80％以上；水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
各组份优选的质量百分含量为：
碳酸化钢渣：48.1％～53.5％，
矿渣粉：4.7％～5.6％；
水泥：41.8％～47.2％。
所述的碳酸化钢渣主要由铁的氧化物、钙的氧化物、脱硫石膏、铝渣以及锰的氧化物所组成。
本发明一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法按照以下工艺实施：
1)软土地基固化剂掺入量
软土、水和软土固化剂质量之和按照100％计时，软土固化剂的掺入比为12.0～20.0％。
2)施工工艺
(1)软土地基固化剂浆液的制备：按配比称取碳酸化钢渣、矿渣粉、水泥置于配样桶中，充分混合，然后按照0.45～0.55水灰比掺水，搅拌制成软土地基固化剂浆液；所述水灰比一般采用0.5为佳。
(2)场地平整、放样：根据可靠的水准点及控制桩点位，进行场地平整及放样。
(3)钻孔、喷浆：桩机应按设计桩位准确定位；所述的桩机采用搅拌钻机，启动搅拌钻机，搅拌钻机的钻头下钻至设计深度后，再反向旋转提升钻头，边提升边通过软土地基固化剂浆液发送装置向钻孔中喷软土地基固化剂浆液，搅拌钻机的钻头提升速度不宜大于0.8m/min；搅拌钻机的钻头提升至桩顶高程时，关闭软土地基固化剂浆液发送装置，再循环一次“下钻－提升、喷浆”直至完成该桩的施工，之后进行下一根桩的施工；搅拌钻机的钻头钻入0.5米后开动空压机，喷压缩空气。
所述设计深度必须进入持力层≥0.5m。软土地基固化剂浆液发送装置为现有技术中的水泥发送装置，其转速不小于50转/分。
需要注意的是，软土地基固化剂浆液在发送前应严格过滤，一般采用两道过滤工序。制备好的浆液不得离析，不得停置过长(不超过2h)，以免浆液内结块，损坏泵体。泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。
(4)清洗、移位：桩机移位前，应向桩机的集料斗中注人适量清水，开启浆泵，清洗全部管路中残存的浆液，直至管体干净，并将搅拌钻机的钻头清洗干净后，方可移位。
(5)取样、检测：对钻芯进行取样、检测，检测桩身无侧限抗压强度是否满足《软土地基搅拌桩加固法技术规程》(YBJ225-91)要求，即要求其上中、下、部28d无侧限抗压强度的平均值不小0.8MPa，最小值不小于设计强度的1/3。
本发明一种软土地基固化剂及用于固化软土地基的施工方法采用以上技术方案后，具有以下有益效果：
(1)用碳酸化钢渣、矿渣粉代替水泥，不仅解决冶金工业固废的利用率低的问题，而且大大降低了软土地基搅拌桩加固成本；
(2)首次将碳酸化钢渣用于软土地基加固，碳酸化钢渣为稳定的碳酸盐产品，游离氧化物含量低、安定性好；
(3)提高了软土地基的承载能力，桩身无侧限抗压强度时均满足《软土地基搅拌桩加固法技术规程》(YBJ225-91)要求；
(4)本发明在施工过程中无振动、无噪音，对环境无污染；
(5)对土体无侧向挤压，相对于传统水泥的固结减少了固化土干缩性，对邻近建筑物影响很小，可最大限度的利用原状土，可有效提高地基强度。
附图说明
图1为本发明一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法工艺流程图。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合实施例，对本发明一种软土地基固化剂及用于固化软土地基的施工方法做进一步说明。但本发明并不局限于实施例。
本发明软土地基固化剂，原料中各组份的质量百分含量为：碳酸化钢渣40.1％～60.0％，矿渣粉4.2％～5.8％水泥34.2％～54.1％。所述的碳酸化钢渣需控制粒径，粒径在2mm以下为佳，且越细效果越好，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。软土固化剂均采用干料配制，软土地基固化剂浆液按水灰比0.5配制。所述碳酸化钢渣主要由铁的氧化物、钙的氧化物、脱硫石膏、铝渣以及少量锰的氧化物所组成。
由图1所示的本发明一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法工艺流程图看出，本发明方法采用以下工艺、步骤施工：
(1)按配比称取碳化钢渣、矿渣粉与水泥置于配样桶中，充分混合，然后按照0.5水灰比掺水，搅拌制成软土地基固化剂浆液。
(2)施工根据可靠的水准点及控制桩点位，进行平整场地及放样，钻机应按设计桩位准确定位。启动搅拌钻机，钻入0.5米后开动空压机，喷压缩空气，钻进至设计深度。注意须进入持力层0.5m，提升钻至设计加固深度后，反向旋转，边提边喷软土地基固化剂浆液，钻机提升速度不宜大于0.8m/min，水泥发送装置的转速不小于50转/分；
(3)钻头提升至桩顶高程关闭水泥发送装置，再次下钻重复步骤(2)直至完成该桩的施工。之后进行下一根桩的施工。
(4)桩机移位前，应向集料斗中注人适量清水，开启浆泵，清洗全部管路中残存的浆液，直至管体干净，并将搅拌头清洗干净后，方可移位。
(5)软土地基固化剂浆液应严格过滤，并按喷嘴直径设置两道过滤装置。制备好的浆液不得离析，不得停置过长(不超过2h)，以免浆液内结块，损坏泵体。泵送浆液前，管路应保持潮湿，以利输浆。
(6)检测桩身无侧限抗压强度是否满足《软土地基搅拌桩加固法技术规程》(YBJ225-91)要求，即要求其上中下部(按桩长1/3等分)28d无侧限抗压强度的平均值不小0.8MPa，最小值不小于设计强度的1/3。
本发明方法采用的软土固化剂配比的实施例见表1所示。实施例中，所述的碳酸化钢渣需控制粒径，粒径在2mm以下为佳，且越细效果越好，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
表1软土固化剂各组分及配比(％)
Figure BDA0002918801860000061
表2实施例1-6桩身上中下部28d的无侧限抗压强度(MPa)
Figure BDA0002918801860000062
试验研究及表1、表2结果表明，实施例1-实施例6在检测桩身无侧限抗压强度时均满足《软土地基搅拌桩加固法技术规程》(YBJ225-91)要求，即桩身上中下部(按桩长1/3等分)28d无侧限抗压强度的平均值不小于0.8MPa，最小值不小于设计强度的1/3。碳酸化钢渣、矿渣粉和水泥组合的软土固化剂在固化软土地基时取得了意想不到的效果。
本发明利用碳酸化钢渣和矿渣粉代替水泥固化剂，制成固定软土地基的软土固化剂，固化软土地基，固化后的桩身强度均满足设计要求。不仅解决冶金工业固废的利用问题，也解决了城市发展建设中软土地基的处理问题。

Claims (9)

1.一种软土地基固化剂，其特征在于原料中各组份的质量百分含量为：
碳酸化钢渣：40.1％～60.0％；
矿渣粉：4.2％～5.8％；
水泥：34.2％～54.1％。
2.如权利要求1所述的一种软土地基固化剂，其特征在于原料中各组份的质量百分含量为：
碳酸化钢渣：48.1％～53.5％；
矿渣粉：4.7％～5.6％；
水泥：41.8％～47.2％。
3.如权利要求1或2所述的一种软土地基固化剂，其特征在于：所述的碳酸化钢渣粒径≤2mm。
4.如权利要求3所述的一种软土地基固化剂，其特征在于：所述的碳酸化钢渣中，粒径≤1mm的物料质量占比≥80％；所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
5.一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法，其特征在于软土地基固化剂原料中各组份的质量百分含量为：碳酸化钢渣40.1％～60.0％，矿渣粉4.2％～5.8％，水泥34.2％～54.1％；
按照以下工艺实施：
1)软土地基固化剂掺入量
软土、水和软土固化剂质量之和按照100％计时，软土固化剂的掺入比为12.0～20.0％；
2)施工工艺
(1)软土地基固化剂浆液的制备：按配比称取碳酸化钢渣、矿渣粉、水泥置于配样桶中，充分混合，然后按照0.45～0.55水灰比掺水，搅拌制成软土地基固化剂浆液；
(2)场地平整、放样：根据可靠的水准点及控制桩点位，进行场地平整及放样；
(3)钻孔、喷浆：桩机应按设计桩位准确定位；所述的桩机采用搅拌钻机，启动搅拌钻机，搅拌钻机的钻头下钻至设计深度后，再反向旋转提升钻头，边提升边通过软土地基固化剂浆液发送装置向钻孔中喷软土地基固化剂浆液，搅拌钻机的钻头提升速度不宜大于0.8m/min；搅拌钻机的钻头提升至桩顶高程时，关闭软土地基固化剂浆液发送装置，再循环一次“下钻－提升、喷浆”直至完成该桩的施工，之后进行下一根桩的施工；
(4)清洗、移位：桩机移位前，应向桩机的集料斗中注人适量清水，开启浆泵，清洗全部管路中残存的浆液，直至管体干净，并将搅拌钻机的钻头清洗干净后，方可移位；
(5)取样、检测：对钻芯进行取样、检测，检测桩身无侧限抗压强度是否满足《软土地基搅拌桩加固法技术规程》(YBJ225-91)要求，即要求其上中、下、部28d无侧限抗压强度的平均值不小0.8MPa，最小值不小于设计强度的1/3。
6.如权利要求5所述的一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述软土地基固化剂浆液在发送前要经过1～2道过滤工序。
7.如权利要求5或6所述的一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法，其特征在于软土地基固化剂原料中各组份的质量百分含量为：
碳酸化钢渣：48.1％～53.5％；
矿渣粉：4.7％～5.6％；
水泥：41.8％～47.2％。
8.如如权利要求7所述的一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法，其特征在于：所述的碳酸化钢渣粒径≤2mm，且粒径≤1mm的物料质量占比≥80％；所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
9.如权利要求8所述的一种软土地基固化剂用于固化软土地基的施工方法，其特征在于：步骤(3)中软土地基固化剂浆液发送装置的转速不小于50转/分。
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