CN114775703B - 一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，所述方法包括将现场挖除的污染黏土进行室内测试获取污染黏土的塑限含水率、进行室内热重分析得到TG曲线和DTG曲线，根据DTG曲线确定脱去自由水与结合水的最高温度T1和脱羟基反应的最低温度T2，开挖地下连续墙的基坑，将在T2温度下的煅烧颗粒与开挖土体进行混合，并加入生石灰，分层填入开挖的基坑，填筑过程中预埋空心加热管；填筑完成后，启动加热管，加热至温度T1，使混合料脱水且加速反应，完成整个施工过程。本发明的施工方法解决固化污染黏土活性激发温度难以确定问题及大规模利用问题，以及竖向隔离墙强度低、成本高、水泥消耗量大、导热系数高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程中岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法。
背景技术
土壤中吸附的重金属离子在地下复杂环境中富集并迁移，严重危害生态环境及人类健康。各种土壤修复技术中，竖向隔离技术的污染物处治对象广泛、防渗性能优异、工程成本低于其他主动修复技术，并特别适用于大体量的工业污染场地修复。竖向隔离技术按材料可分为土-膨润土、水泥-膨润土、土-水泥-膨润土、水泥/混凝土、竖向土工膜，以及钢板桩竖向隔离屏障等。
专利CN113846699A公开了活性炭改良土-膨润土竖向防污隔离墙结构及施工方法，隔离墙结构包括防污隔离墙墙体、外防护框和立体十字钢架，外防护框将防污隔离墙墙体包围，立体十字钢架设于外防护框内，防污隔离墙墙体将立体十字钢架包覆。CN104846851B公开了，一种基础侧面非冻胀层的施工方法，在基础外侧的原土层上采用钢板设置一道隔离墙。CN111350180A公开了再生微粉改良土-膨润土竖向防污隔离墙，采用临时支撑的施工方法，且建筑废弃物再生微粉能够优化墙体的力学性能和防渗、防污性能。CN110397089B公开了一种污染场地多重竖向隔离屏障的设置方法，主要根据污染参数和一维对流弥散模型获取内层竖向隔离屏障的第一最小厚度；根据污染参数和裘布依公式进行计算获取外层竖向隔离屏障的第二最小厚度，根据污染场地周围的地质分布划定外层竖向隔离屏障与内层竖向隔离屏障之间的缓冲区域的宽度。CN111320444B公开了一种针对复合污染物的绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料及制备方法。该绝热抗开裂竖向阻隔屏障材料主要由原位土、钠化改性膨润土、有机改性凹凸棒土、改性添加剂组成。改性添加剂的主体成分包括粒化高炉矿渣微粉、活性氧化镁、玄武岩纤维、纳米零价铁。CN103174173B公开了一种浅部强化处理的土-膨润土竖向隔离墙的方法，采浅部沟槽加宽部分的中心***防渗板，土-膨润土回填料在自重和堆载或真空预压共同作用下固结形成浅部增强层。CN207244657U公开了一种两侧地基局部加固型竖向防污隔离墙结构，地基局部加固区布置在竖向防污隔离墙水平中心轴线两侧水平距离5m之内。以上发明从结构上提出了竖向隔离墙的增强方法，材料上则集中于采用水泥等固化材料，缺少一种利用原位土的竖向隔离墙建造技术。
高岭土是黏土的主要矿物，煅烧高岭土可以激发其火山灰活性已成为目前的共识与研究热点，但是由于不同的矿物构成，其最佳煅烧温度及制备过程仍存在差别。CN112939496A提出将渣土、粉煤灰采用微波加热制备黏土陶粒，但未说明最佳加热温度。CN103459347B提出将小于40％高岭石含量的黏土预干燥，然后在600-1000℃的温度下的热处理煅烧，用于部分替代水泥熟料。综上所述，煅烧黏土已成为一种重要的活性激发方法，但仍缺少确定最佳激发温度的方法。
在冻土地区，土体冻结过程中由于土中水分冻结会出现体积膨胀现象，这种冻胀作用会产生水平力，造成隔离墙开裂失效。同时，由于冻结引起水分迁移，造成污染物的运移和扩散。以往的专利或文献从结构、成分配比方面提出对隔离墙的改良，但仍存在如下问题：(1)施工工艺复杂；(2)材料采用泥浆浇筑，强度较低；(3)传统方法中墙体的加固消耗大量水泥。本发明提出一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，具有如下优点：(1)采用原位开挖的污染黏土，材料经济性强；(2)基于热损失曲线，提出最优的激发温度与热损失量；(3)较高的固化强度；(4)较低的热传导系数及保温效果；(5)在冻土区可兼具临时性和永久性的隔离修复功能。
发明内容
本发明提供一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，以解决固化污染黏土活性激发温度难以确定问题及大规模利用问题，以及竖向隔离墙强度低、成本高、水泥消耗量大、导热系数高的问题。
一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，所述施工方法用于冻土地区，所述施工方法包括以下步骤：
步骤1、将现场挖除的污染黏土进行室内塑限含水率测试，得到污染黏土的塑限含水率Wp1；
步骤2、将现场挖除的污染黏土进行室内热重分析，得到热重分析曲线TG曲线和DTG曲线，根据DTG曲线确定脱去自由水与结合水的最高温度T1和脱羟基反应的最低温度T2；
步骤3、将现场挖除的污染黏土在T1温度下加热脱水，然后再按照塑限含水率Wp1喷洒相应质量的水，使污染黏土呈塑性状态；
步骤4、将步骤3中得到的塑性状态的污染黏土充分搅拌后覆盖塑料薄膜静置24小时，然后放入破碎机中破碎不少于10分钟；将破碎后的颗粒放置在T2温度下进行加热，制成煅烧颗粒，测试煅烧颗粒的平均粒径d1；
步骤5、现场离塔基一定距离开挖地下连续墙的基坑，室内测试开挖土体塑限含水率Wp2以及所开挖土体的平均粒径d2。
步骤6、设步骤4中的煅烧颗粒占质量比为f1，步骤5中开挖土体颗粒占质量比f2＝1-f1，将步骤4中获得的煅烧颗粒与步骤5中的开挖土体颗粒按照含水率Wp2混合，测试不同比例混合下的压实干密度ρd，按照最大密度ρdmax确定f1与f2；
步骤7、按照最大干密度ρdmax对应的f1与f2的比例将步骤4得到的煅烧颗粒与步骤5得到的开挖土体进行混合，并加入一定比例的磨细的生石灰，按照含水率Wp2加水，分层填入步骤5的开挖的基坑，采用低能量重锤击实至密度为ρdmax，形成保温隔热层，填筑过程中预埋空心加热管。
步骤8、填筑完成后，启动加热管，加热至温度T1，使混合料脱水且加速反应，完成整个施工过程。
进一步地，所述步骤5中地下连续墙的基坑位置为，连续墙基坑距离塔基边缘的距离要大于塔基的直径长度。
进一步地，步骤5中隔离墙的尺寸为宽1m，深10m。
进一步地，步骤7中，分层填入步骤5开挖的基坑中，每层的厚度为30cm。
有益效果：本发明提供一种基于热损失曲线的固化污染黏土高强度防冻竖向隔离墙技术，以解决固化污染黏土活性激发温度难以确定问题及大规模利用问题，以及竖向隔离墙强度低、成本高、水泥消耗量大、导热系数高的问题：具有如下优点：
(1)采用原位开挖的污染黏土，材料经济性强；(2)基于热损失曲线，提出最优的激发温度与热损失量；(3)较高的固化强度；(4)较低的热传导系数及保温效果；(5)在冻土区可兼具临时性和永久性的隔离修复功能。
附图说明
图1为本发明得出的热重分析曲线，通过TG曲线与DTG曲线确定最高温度T1和最低温度T2；
图2为本发明干密度与不同混合比例f1/f2的关系示意图；
图3为本发明固化污染黏土高强度防冻竖向隔离墙施工示意图；
图4为本发明隔离墙材料抗压强度对比柱形图；
图5为本发明隔离墙材料热传导系数对比曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，所述施工方法包括以下步骤：
1)将现场挖除的锌污染黏土进行室内塑限含水率测试，黏土矿物含量50％，其中40％为高岭石矿物，污染黏土的塑限含水率，wp1＝18％。
2)将现场挖除的污染黏土进行室内热重分析，得到热重分析曲线TG曲线和DTG曲线，如图1所示，横坐标为温度，左侧纵坐标为污染黏土质量损失率，单位％，代表质量损失与原质量的比例，称为TG曲线；右侧纵坐标为污染黏土质量变化随温度变化的速率，单位％/℃，为TG曲线的一阶微分曲线，称为DTG曲线。根据曲线确定最高温度T1＝110℃和最低温度T2＝550℃。
3)将现场挖除的污染黏土在T1＝110℃温度下加热脱水，然后再按照塑限含水率wp1＝18％喷洒相应质量的水，使污染黏土呈塑性状态。
4)将塑性状态的污染黏土充分搅拌，覆盖塑料薄膜静置24小时；破碎机中破碎不少于10分钟；将破碎颗粒按照T2＝550℃温度加热，制成煅烧颗粒；测试煅烧颗粒的平均粒径d1。
5)现场距离塔基1倍的基础宽度10m，开挖地下连续墙，连续墙厚度1m，深度10m室内测试开挖土体塑限含水率wp2＝12％，以及平均粒径d2＝1mm。
6)如图2，设测试煅烧颗粒占质量比为f1，开挖土体颗粒占质量比f2＝1-f1，两者按照含水率wp2混合，测试不同比例混合下的压实干密度ρd，按照最大密度ρdmax＝1.93×103kg/m3确定f1＝40％与f2＝60％。
7)按照最大干密度对应的f1＝40％与f2＝60％的比例混合煅烧颗粒与开挖土体，并加入一占混合体质量20％的磨细的生石灰，即煅烧污染黏土颗粒：原位土体：生石灰＝2：3：1。按照含水率wp2＝12％加水，分层填入开挖的基坑，每层厚度30cm，采用低能量重锤击实至目标干密度ρdmax＝1.93×103kg/m3，形成如图3所示的保温隔热层。如图3所示，填筑过程中预埋空心加热管。图3中，污染黏土保温竖向隔离墙1，预埋空心加热管2，污染黏土场地3，建筑基础4，煅烧污染黏土颗粒、原位黏土、石灰混合物5。
8)填筑完成后，启动加热管，加热至温度T1＝110℃，使混合料脱水且加速反应，完成整个施工过程。施工完成后，对隔离墙钻芯取样，试样为40mm×80mm的圆柱形试样。进行无侧限抗压强度试验，与其他隔离墙材料的试验结果对比如图4所示，从结果看出，依照本专利的方法，最高温度T1＝110℃和最低温度T2＝550℃分别激发后，强度达到5.6MPa，高于其他材料，及其他激发温度。
另外，对试样为40mm×80mm的圆柱形试样，进行热传导系数试验，与其他隔离墙材料的试验结果对比如图5所示，从结果看出，依照本专利的方法，最高温度T1＝110℃和最低温度T2＝550℃分别激发后，热传导系数达到0.01W/m·K，低于其他材料，及其他激发温度。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，其特征在于，所述施工方法用于冻土地区，包括以下步骤：
步骤1、将现场挖除的污染黏土进行室内塑限含水率测试，得到污染黏土的塑限含水率Wp1；
步骤2、将现场挖除的污染黏土进行室内热重分析，得到热重分析曲线TG曲线和DTG曲线，根据DTG曲线确定脱去自由水与结合水的最高温度T1和脱羟基反应的最低温度T2；
步骤3、将现场挖除的污染黏土在T1温度下加热脱水，然后再按照塑限含水率Wp1喷洒相应质量的水，使污染黏土呈塑性状态；
步骤4、将步骤3中得到的塑性状态的污染黏土充分搅拌后覆盖塑料薄膜静置24小时，然后放入破碎机中破碎不少于10分钟；将破碎后的颗粒放置在T2温度下进行加热，制成煅烧颗粒，测试煅烧颗粒的平均粒径d1；
步骤5、现场离塔基一定距离开挖地下连续墙的基坑，室内测试开挖土体塑限含水率Wp2以及所开挖土体的平均粒径d2；
步骤6、设步骤4中的煅烧颗粒占质量比为f1，步骤5中开挖土体颗粒占质量比f2＝1-f1，将步骤4中获得的煅烧颗粒与步骤5中的开挖土体颗粒按照含水率Wp2混合，测试不同比例混合下的压实干密度ρd，按照最大密度ρdmax确定f1与f2；
步骤7、按照最大干密度ρdmax对应的f1与f2的比例将步骤4得到的煅烧颗粒与步骤5得到的开挖土体进行混合，并加入一定比例的磨细的生石灰，按照含水率Wp2加水，分层填入步骤5的开挖的基坑，采用低能量重锤击实至密度为ρdmax，形成保温隔热层，填筑过程中预埋空心加热管；
步骤8、填筑完成后，启动加热管，加热至温度T1，使混合料脱水且加速反应，完成整个施工过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，其特征在于，所述步骤5中地下连续墙的基坑位置为，连续墙基坑距离塔基边缘的距离要大于塔基的直径长度。
3.根据权利要求1所述的一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，其特征在于，步骤7中，分层填入步骤5开挖的基坑中，每层的厚度为30cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于热损失的高强防冻原位黏土隔离墙施工方法，其特征在于，步骤5中隔离墙的尺寸为宽1m，深10m。
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