CN115059111B - 一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法，包括面板(1)、筋材(2)、填土主体(3)和改良填土层(4)；所述的面板(1)设置在填土主体(3)外侧，筋材(2)分层铺设在填土主体(3)内，在筋材(2)外侧设有改良填土层(4)；所述的改良填土层(4)由添加有黄原胶和酪蛋白的改良边际回填土构成。与现有技术相比，本发明既可以加固土壤，改善筋土界面强度，还可以降低因产生的生物聚合物凝胶堵塞土壤孔隙而使渗透性降低的影响。

Description

一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法

技术领域

本发明涉及加筋土技术领域，具体涉及一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法。

背景技术

随着加筋土技术的发展，加筋土挡墙以其优越的性能被广泛应用于路堤、边坡等工程当中。加筋土挡墙由筋材、面板和填土三部分组成，其中填土要求具有排水性能好、施工操作性强及筋土相互作用良好等特性。既有规范要求填土一般选用颗粒级配好的砂土、碎石等内摩擦性能较高的粗粒土，即细颗粒含量不超过15％且塑性指数不超过6的土。但在实际工程当中，符合要求的填土不易获取，且成本较高，因此，有学者提出就地取材，使用边际回填土，利用土工复合材料层来解决边际回填土渗透性低以及筋土界面强度低等问题，取得了一定的效果，但是该方法存在筋-土界面力学强度低、水稳性差、变形大和稳定性低等缺点。

近年来，为了增强土体强度和减少传统添加剂对环境的危害，不断引入新的生态材料，其中利用生物聚合物改良土壤的方法已成为研究热点和前沿领域。生物聚合物是天然存在的聚合物，具有高强度、无害和可生物降解的特性，因为其成本节约、环境影响低且没有二次污染，生物聚合物被认为是传统化学聚合物的可行替代品。此外，生物聚合物在复杂环境条件下也具有很高的稳定性，例如黄原胶在广泛的温度和pH下依然能够保持稳定。已有研究表明，生物聚合物可以用于土壤强化、土壤渗透控制、减少侵蚀、粉尘控制以及污水处理，而且效果显著、施工便利、经济节约。大部分生物聚合物都是以多糖为基础，多糖具有亲水性，这表明，用生物聚合物处理土壤可以显著提高土壤的强度，但强化效果容易受到水的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法，加固土壤，改善筋土界面强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种边际回填土加筋挡墙，包括面板、筋材、填土主体和改良填土层；所述的面板设置在填土主体外侧，筋材分层铺设在填土主体内，在筋材外侧设有改良填土层；所述的改良填土层由添加有黄原胶和酪蛋白的改良边际回填土构成。

优选地，所述的改良边际回填土中，黄原胶与酪蛋白的质量比为1:2～4。

进一步优选地，所述的改良边际回填土中，黄原胶与酪蛋白的质量比为1:3。

优选地，所述的改良边际回填土中，黄原胶和酪蛋白的总添加质量为边际回填土的1.5～2.5％。

进一步优选地，所述的改良边际回填土中，黄原胶和酪蛋白的总添加质量为边际回填土的2％(生物聚合物干粉质量与干土质量之比)，用此比例和掺量的混合生物聚合物处理边际回填土，初始含水量选用最优含水量。

优选地，所述的改良边际回填土中还添加有杀菌剂。

更进一步优选地，处理时加入0.2％(杀菌剂的质量与生物聚合物-土壤混合物质量之比)的杀菌剂，以减少真菌生长对处理效果的影响。

进一步优选地，所述的改良边际回填土的制备方法为：将边际回填土、黄原胶和酪蛋白混合，加入杀菌剂，混合均匀后，添加水，边加边搅拌，充分混合均匀。

更进一步优选地，所述的水的添加量为按照击实试验方法确定的最优含水量。

优选地，所述的筋材水平设置，上下两侧均设有改良填土层。

优选地，所述的填土主体由边际回填土填筑而成。

一种上述边际回填土加筋挡墙的制备方法，包括以下步骤：

S1：面板安装；

S2：分层填入边际回填土；

S3：分层填入改良边际回填土；

S4：布设筋材；

S5：在筋材上方分层填入改良边际回填土；

S6：重复S2～S5，直至填筑完成。

进一步优选地，所述的边际回填土加筋挡墙的制备方法，具体包括：

S1：面板安装；

S2：分层填入边际回填土，用平板振动夯实机将回填土压实至92％的压实度；

S3：分层填入现制改良边际回填土，填筑高度为加筋间距的10％，同时要满足处理范围最小不低于2cm，最大不超过20cm；

S4：布设筋材；

S5：在筋材上方分层填入现制改良边际回填土，填筑高度为加筋间距的10％，同时要满足处理范围最小不低于2cm，最大不超过20cm；

S6：重复S2～S5，直至填筑完成。

所述的边际回填土大多来源于现场就地挖取或从其他场地转运所得土壤，其中粒径小于0.075mm的黏土矿物含量大于15％，或者塑性指数大于6。边际回填土的特性主要是排水性能差，不易压实，且强度低。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明通过在筋材外侧设置由添加有黄原胶和酪蛋白的改良边际回填土构成的改良填土层，既可以加固土壤，改善筋土界面强度，还可以降低因产生的生物聚合物凝胶堵塞土壤孔隙而使渗透性降低的影响；

2.本发明对边际回填土加筋挡墙中筋材附近一定区域的填土进行改良，可有效提高该结构的稳定性并控制变形，相对于传统的粗粒土加筋挡墙，该方法不但可满足工程设计需求，而且还可节约成本，减少碳排放；

3.本发明将黄原胶与疏水性生物聚合物结合使用，在蛋白质结构中，氨基酸的非极性侧链具有疏水键，疏水键与水分子的相互作用最小，因此，应用蛋白基生物聚合物作为土壤粘结剂可以提高生物聚合物处理后土壤的耐水性；

4.本发明通过黄原胶和酪蛋白的添加量和比例设计，可确保用量合理，充分发挥黄原胶提高筋土界面强度和酪蛋白改善回填土排水性能的优势，保证处理效果达到最佳；

5.本发明通过击实试验确定最优含水量，可使填土达到最大的相对密实度，确保实现最佳的工程性能；

6.本发明通过加筋挡墙的制备步骤的设计，可确保达到最佳的处理效果，避免因施工操作不当破坏处理回填土的交联结构，从而降低了改善性能。

附图说明

图1为本发明边际回填土加筋挡墙的结构示意图；

图2为本发明筋土界面微观结构示意图；

图中：1-面板，2-筋材，3-填土主体，4-改良填土层，5-筋土界面微观结构，51-生物聚合物分子链，52-边际土黏土矿物，53-阳离子。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种边际回填土加筋挡墙，包括面板1，筋材2，填土主体3和改良填土层4，填土主体3由边际回填土填筑而成，面板1竖直设置在填土主体3外侧，筋材2分层水平铺设在填土主体3内，在筋材2上下两侧设有改良填土层4；改良填土层4由添加有生物聚合物的改良边际回填土构成。在本实施例中，生物聚合物选用黄原胶和酪蛋白。黄原胶是一种由油菜黄单胞菌细菌发酵葡萄糖或蔗糖产生的高分子链型和凝胶型生物聚合物，酪蛋白是一种以蛋白质为基础的生物聚合物。黄原胶具有亲水性，而酪蛋白是疏水性的，通过用一定比例的黄原胶与酪蛋白混合物处理边际回填土，既可以加固土壤，改善筋土界面强度，还可以降低因产生的生物聚合物凝胶堵塞土壤孔隙而使渗透性降低的影响。本实施例的筋土界面微观结构5如图2所示。

实施例2

如图1所示，与普通加筋土挡墙一样，本发明加筋土挡墙也由筋材2、面板1和填土三部分组成。实际工程当中，不同的筋材类型和填土类型所对应的加筋影响范围不同，依据设计方案确定需要处理的填土用量、生物聚合物(黄原胶与酪蛋白)的用量以及杀菌剂的用量。如图2所示，由于土壤颗粒(如边际土黏土矿物52)表面吸附着天然的阳离子53，黄原胶作为一种阴离子高聚物，分子链上的羧基和羟基与土体颗粒间通过阳离子形成离子键桥联。随固化时间的延长，土体含水率降低，离子键作用迅速增强，生物聚合物分子链51将牢牢地吸附在土颗粒表面，在土颗粒间以及筋土界面间起到极强的胶结作用，提高土体和筋土界面的力学强度。需要注意的是：进行回填压实会破坏已经形成的交联结构，影响处理效果，因此，按照施工进度，边处理边回填，处理过的回填土不能放置太长时间。

具体实施步骤为：

1)取一定量的边际回填土进行室内试验，掺入2％的混合生物聚合物，混合均匀，进行击实试验，确定最优含水量和最大干密度；

2)面板安装；

3)在进行加筋土挡墙施工回填时，分层填入未处理的边际回填土至指定高度；

4)将预定量的边际回填土与2％的比例为1:3的黄原胶与酪蛋白生物聚合物混合，再加入0.2％的杀菌剂，混合均匀后，以最优含水量的量加水，边加边搅拌，充分混合均匀；

5)分层填入处理过的边际回填土，填筑高度为加筋间距的10％；

6)按设计要求布设筋材；

7)在筋材上面再分层填入处理过的边际回填土，填筑高度为加筋间距的10％；

8)重复步骤3)到步骤7)，直至填筑完成。

实施例3

一种边际回填土加筋挡墙及其制备方法，在某山区道路一侧的土质边坡进行施工，边际土填土类型为高液限黏土，初始含水率为15％。取一定量的边际回填土进行室内试验，掺入2％的混合生物聚合物，混合均匀，根据《中华人民共和国行业标准:土工试验规程》的要求进行标准击实试验，确定其最优含水量和最大干密度分别为21％和16.5kN/m³。

具体实施步骤为：

1)竖向设置高9m的面板1；

2)在进行加筋土挡墙施工回填时，分层填入未处理的边际回填土，并用平板振动夯实机压实至67.5cm，使其达到92％的压实度；

3)每1000kg的边际回填土与2％的比例为1:3的黄原胶与酪蛋白生物聚合物混合，再加入0.2％的杀菌剂2kg，混合均匀后，加水60kg，边加边搅拌，充分混合均匀；

4)分层填入处理过的边际回填土，填筑高度为7.5cm，用平板振动夯实机压实，使其达到92％的最大压实度；

5)按设计要求布设一层筋材，此加筋土挡墙共需布设11层筋材，相邻两层筋材间距为75cm，加筋长度为7m，筋材类型为PET土工格栅，尺寸为426mm×51mm；

6)在筋材上面再分层填入处理过的边际回填土，填筑高度为7.5cm，用平板振动夯实机压实，使其达到92％的压实度；

7)重复步骤2)到步骤6)，直至填筑完成。

采用大型拉拔试验方法测得本实施例加筋挡墙结构的筋-土界面的摩擦角为41°；

采用位移监测方法测得本实施例加筋挡墙的最大水平位移与墙高比率为0.5％；

采用极限平衡方法获得本实施例加筋挡墙结构的稳定性为2.1。

对比例1

某地用当地的红土作为回填土修建了加筋土挡墙。填土中粒径小于0.075mm的细颗粒含量占比55％，塑性指数为24，属于边际回填土。通过击实试验得到填土的最优含水量为25.5％，最大干密度为15.5kN/m³。挡墙高度为9m，使用的筋材类型为PET土工格栅，尺寸为426mm×51mm，加筋长度为7m，加筋层数为11层，加筋间距为75cm。监测结果显示，该挡墙回填土的吸力在降雨2天左右已经完全丧失；挡墙的安全系数随着降雨入渗逐渐降低，在2天内降到小于1.5；挡墙的变形在3天内从23mm增加到73mm；筋材的最大拉力在3天后达到了5kN/m，与初始状态相比增加了2倍。

未经处理的细粒土作为加筋土结构填料时具有强度低，易遇水软化的缺点，而本发明采用黄原胶和酪蛋白处理后的填料能够明显克服上述缺点。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种边际回填土加筋挡墙，其特征在于，由面板（1）、筋材（2）、填土主体（3）和改良填土层（4）组成；所述的面板（1）设置在填土主体（3）外侧，筋材（2）分层铺设在填土主体（3）内，在筋材（2）外侧设有改良填土层（4）；所述的改良填土层（4）由添加有黄原胶和酪蛋白的改良边际回填土构成；

所述的改良边际回填土中，黄原胶与酪蛋白的质量比为1:2~4；

所述的改良边际回填土中，黄原胶和酪蛋白的总添加质量为边际回填土的1.5~2.5%。

2.根据权利要求1所述的边际回填土加筋挡墙，其特征在于，所述的改良边际回填土中，黄原胶与酪蛋白的质量比为1:3。

3.根据权利要求1所述的边际回填土加筋挡墙，其特征在于，所述的改良边际回填土中还添加有杀菌剂。

4.根据权利要求3所述的边际回填土加筋挡墙，其特征在于，所述的改良边际回填土的制备方法为：将边际回填土、黄原胶和酪蛋白混合，加入杀菌剂，混合均匀后，添加水，边加边搅拌，充分混合均匀。

5.根据权利要求1所述的边际回填土加筋挡墙，其特征在于，所述的筋材（2）水平设置，上下两侧均设有改良填土层（4）。

6.根据权利要求1所述的边际回填土加筋挡墙，其特征在于，所述的填土主体（3）由边际回填土填筑而成。

7.一种如权利要求1~6任一项所述的边际回填土加筋挡墙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：面板安装；

S2：分层填入边际回填土；

S3：分层填入改良边际回填土；

S4：布设筋材；

S5：在筋材上方分层填入改良边际回填土；

S6：重复S2~S5，直至填筑完成。

8.根据权利要求7所述的边际回填土加筋挡墙的制备方法，其特征在于，具体包括：

S1：面板安装；

S2：分层填入边际回填土，用平板振动夯实机将回填土压实至92%的压实度；

S3：分层填入改良边际回填土，填筑高度为加筋间距的10%；

S4：布设筋材；

S5：在筋材上方分层填入改良边际回填土，填筑高度为加筋间距的10%；

S6：重复S2~S5，直至填筑完成。