一种秸秆纤维丝加筋水泥改良松填土地基及其施工方法

一种秸秆纤维丝加筋水泥改良松填土地基及其施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种秸秆纤维丝加筋水泥改良松填土地基及其施工方法，其地基的组分配比以干土重量%计，具体包括：秸秆纤维丝掺入量为0.5～1.5%、水泥掺入量5～8%、松填土掺入量为90.5～94%；其中所述秸秆纤维丝长度为10～15mm；其地基施工方法按照施工工程规模的大小，分为搅拌机拌合和现场拌合两类工艺，经拌合、堆填、碾压形成地基。本发明的地基具有抗压、抗剪、阻裂、高韧性、高水稳性和低胀缩性等优点，且成本低、施工简单可靠，可广泛应用于边坡、路基、地基、堤岸等工程领域。
【专利说明】一种秸秆纤维丝加筋水泥改良松填土地基及其施工方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于地基及其施工工程【技术领域】，特别是涉及一种秸杆纤维丝加筋水泥改 良松填土地基及其施工方法。

【背景技术】
[0002] 目前地基施工方法大体可分为稳定方法和加筋方法两大类。稳定方法主要有水泥 改良、石灰改良、二灰改良或高分子试剂改良方法等；加筋方法主要包括土工布、土工膜、土 工格栅、连续纤维加筋土方法等。
[0003] 水泥作为一种廉价且高效的稳定剂，在土性改良上发挥了很大的作用。水泥的掺 入可以大幅度地提高工程土的抗压性、抗剪性和抗冻性，降低其胀缩性、塑性指数。尽管水 泥有效地改良了土的很多工程性质，但它同时也带来了一些负面影响：一是大量的水泥改 良作用降低了土的塑性且增大了土的pH值，这会导致土壤砂化和环境污染；二是水泥改良 后的填土会表现出很强的脆性，这会导致土体的突然失稳，严重地影响了工程的安全性和 稳定性。
[0004] 近年来，随着化学合成工业的迅猛发展，人工合成纤维已成为一种新型加筋材料， 被广泛地运用于混凝土工程和岩土工程领域。纤维加筋土（简称为纤维土）是通过将一定 比例的纤维丝掺入到填土中，使土的工程性质得到改善。尽管纤维土的优点很多，但它仍存 在着一些不足：一是纤维的补强作用不是很突出，加筋后土的强度提高幅度不大，远不及 水泥或水泥稳定土的强度；二是纤维土的水温性较差，浸水一段时间会发生崩解，大部分纤 维表面光滑很难与工程土耦合黏结；三是一旦工程土被弃用聚酯纤维很难从土中分离，弃 用土会对环境造成二次污染。对于秸杆纤维从历史上来看它的作用非常明显，例如在中国 或埃及的大部分地区，从古代开始人们就开始学会了在粘性土中加入秸杆纤维造房子（所 谓的土房），还有家里的垣墙等，有的房子甚至半个多世纪仍然屹立至今，其中秸杆纤维发 挥了巨大作用。它的施工方法较为简单，首先粘性土达到软塑状态时把秸杆纤维洒在粘 性土的表面然后进行翻土覆盖、脚踩直到纤维与土搅拌均匀充分达到耦合，然后是醒土半 2?3小时，此时粘性土与秸杆纤维已经充分黏结，最后一个环节是"挑墙"即施工，此时工 程用土是邻近硬塑状态，可连续施工1. 5米高左右，且墙不倒不歪。这种方法是充分利用了 纤维的抗拉性能/抗剪性能/抗裂性能，阻止了工程土的侧向变形，同时也可以控制坚向变 形，这有利于工程的安全性和稳定性。从古至今这种秸杆纤维加固粘性土的方法一直在延 用，但是没有定量分析，不知道秸杆纤维与土的配比是多少，所以传统民间遗产的技术创新 势在必行。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松 填土地基及其施工方法，本发明能够将水泥稳定方法和纤维丝加筋方法有机结合起来，不 仅可以发挥两者的优势，还可以弥补各自存在的不足，使土的强度、韧性、胀缩性及水温性 等工程性质均得到显着的改善。
[0006] 根据本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基，其特征在于所述地 基的组分配比以干土重量％计，具体包括：秸杆纤维丝掺入量为〇. 5?1. 5%、水泥掺入量 5?8%、松填土为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝长度为10?15mm。
[0007] 基于上述本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其 特征在于用于小规模的工程施工，包括以下具体步骤：
[0008] 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，秸杆纤维丝掺入量为 0. 5?1. 5%、水泥掺入量5?8%、松填土为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝长度为 10 ?15mm;
[0009] 步骤二，原料拌合：将步骤一经称重后的秸杆纤维丝、水泥和松填土送入搅拌机， 使其拌合均匀形成拌合物；
[0010] 步骤三，拌合物堆填：将步骤二拌合后的秸杆纤维丝、水泥和松填土的拌合物进行 堆填，使其成为地基形状的堆填物；
[0011] 步骤四，堆填物碾压或夯实：将步骤三堆填地基后的秸杆纤维丝、水泥和松填土堆 填物进行碾压或夯实，使其成为地基。
[0012] 基于上述本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其 特征在于用于大规模的工程施工，包括以下具体步骤：
[0013] 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，将秸杆纤维丝掺入量 为0. 5?1. 5%、水泥掺入量5?8%、松填土为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝长度为 10 ?15mm;
[0014] 步骤二，现场施工：依次为在地基框上铺松填土、摊铺水泥、水泥翻拌、喷射秸杆纤 维丝、秸杆纤维丝拌合、表面整平和机械碾压，使其成为地基。
[0015] 本发明的基本原理是：秸杆纤维丝、水泥和松填土三者混合存在有两种作用机理： 第一种是水泥和松填土两者混合的化学作用，当水泥中的氧化钙、铝化物与松填土中的硅 化物发生化学作用时，使得水泥和松填土的混合物发生絮凝作用，从而提高了该混合物的 致密度，使得水分很难进入该混合物，在工程上表现为高水稳性和低胀缩性，同时，水泥和 松填土之间的化学反应生成了硅质、钙质胶结物，增加了该混合物的连接力和咬合力，其强 度大幅度提高；第二种是秸杆纤维丝与水泥和松填土三者之间的拌合作用，当地基承受拉、 压和剪力时，秸杆纤维丝在水泥和松填土中将承受拉力作用，从而提高了水泥和松填土的 韧性，有效地阻止了地基形成裂隙，并改变了水泥和松填土的脆性破坏特征。
[0016] 本发明与现有技术相比其显著优点在于：第一，经秸杆纤维丝加筋后的水泥土具 有较高的强度、韧性和抗裂性能，其破坏特征从完全的脆性破坏转变为应变软化的塑性破 坏且残余强度较高；第二，加筋后的水泥土仍具有高水稳性和低胀缩性，阻止了地基土的侧 向变形；第三，在保证强度的情况下，纤维的掺入可减少水泥用量35%以上，同时降低了土 壤砂化和环境污染的程度；第四，本发明的施工方法的实施成本低，施工工艺简单可靠，广 泛适用于边坡、挡土墙、路基、地基及堤岸等岩土和水利工程应用领域。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1是本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的小规模工程施 工方法的流程方框示意图。
[0018] 图2是本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的大规模工程施 工方法的流程方框示意图。
[0019] 图3是本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的大规模工程施 工方法的施工图。
[0020] 图4是本发明提出的各配比试样的无侧限抗压强度随秸杆掺量的变化情况示意 图。 五、【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022] 本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基，该地基的组分配比以干 土重量％计，具体包括：秸杆纤维丝掺入量为0. 5?1. 5%、水泥掺入量为5?8%、松填土 掺入量为90. 5?94%，其中所述結杆纤维丝长度为10?15mm。
[0023] 本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的典型组分配比的实施 例，以干土重量％计：
[0024] 1、結杆纤维丝掺入量为0. 5%、水泥掺入量为5%、松填土掺入量为94. 5%，其中 所述秸杆纤维丝长度为l〇mm。
[0025] 2、結杆纤维丝掺入量为0. 5%、水泥掺入量为8%、松填土掺入量为91. 5%，其中 所述秸杆纤维丝长度为12mm。
[0026] 3、結杆纤维丝掺入量为1. 0%、水泥掺入量为5%、松填土掺入量为94%，其中所 述結杆纤维丝长度为11mm。
[0027] 4、結杆纤维丝掺入量为1. 0%、水泥掺入量为8%、松填土掺入量为91%，其中所 述結杆纤维丝长度为13mm。
[0028] 5、結杆纤维丝掺入量为1. 5%、水泥掺入量为5%、松填土掺入量为93. 5%，其中 所述秸杆纤维丝长度为14mm。
[0029] 6、結杆纤维丝掺入量为1. 5%、水泥掺入量为8%、松填土掺入量为90. 5%，其中 所述秸杆纤维丝长度为15mm。
[0030] 结合图1，基于上述本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的小 规模工程施工方法，包括以下具体步骤：
[0031] 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，秸杆纤维丝掺入量为 0. 5?1. 5%、水泥掺入量5?8%、松填土为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝长度为 10 ?15mm;
[0032] 步骤二，原料拌合：将步骤一经称重后的秸杆纤维丝、水泥和松填土送入搅拌机， 使其拌合均匀形成拌合物；
[0033] 步骤三，拌合物堆填：将步骤二拌合后的秸杆纤维丝、水泥和松填土的拌合物进行 堆填，使其成为地基形状的堆填物；
[0034] 步骤四，堆填物碾压或夯实：将步骤三堆填地基后的秸杆纤维丝、水泥和松填土的 堆填物进行碾压或夯实，使其成为地基。
[0035] 本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的小规模工程施工方法 的进一步优选方案是：步骤二所述拌合是指先将水泥和松填土进行搅拌，然后采用小型吹 风机将纤维丝均匀地吹入搅拌机内并与水泥和松填土一起进行搅拌，直至搅拌均匀为止， 以无成束的秸杆为合格；所述秸杆纤维丝、水泥和松填土拌合时的含水量以干土重量％计 为10?15% ;步骤四所述堆填物碾压或夯实，是指分层碾压或夯实，其分层厚度为10? 20cm，以 18cm为佳。
[0036] 结合图2,基于上述本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的大 规模工程施工方法，其特征在于包括以下具体步骤：
[0037] 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，秸杆纤维丝掺入量为 0. 5?1. 5%、水泥掺入量为5?8%、松填土掺入量为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝 长度为10?15mm;
[0038] 步骤二，现场施工：依次为在地基框上铺松填土、摊铺水泥、水泥翻拌、喷射秸杆纤 维丝、秸杆纤维丝拌合、表面整平和机械碾压，使其成为地基。
[0039] 本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的大规模工程施工方法 的进一步优选方案是：步骤二所述现场施工为，摊铺水泥后采用翻土机翻土，再采用耙土机 将水泥和松填土进行2?4遍的翻拌并将土块进行打碎处理，打碎后的松填土粒径控制在 5cm以下，然后采用农用翻土机纵路方向翻土，随后把秸杆纤维丝喷洒在翻土面上，最后将 第二次翻的地基土刚好覆盖在喷洒过秸杆纤维丝的一面上，依次类推直到纵路方向的路基 土翻土完毕；所述第二次翻土，在横路方向用翻土机进行翻土并重复纵路方向的方法喷洒 秸杆纤维丝。
[0040] 发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法的具体实施例， 分别以秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的小规模和大规模工程施工工艺方法为例。
[0041] 一、原材料准备
[0042] 秸杆纤维丝：该植物秸杆丝为小麦秸杆丝、水稻秸杆丝或高粱秸杆丝中的一种、两 种或两种以上混用；该秸杆纤维丝为植物秸杆经自然风干后碾压处理，直到植物秸杆自动 顺着纤维方向从中间劈开而形成，然后取其长度10?15_为秸杆纤维丝；所述植物秸杆为 小麦秸杆、水稻秸杆或高粱秸杆中的一种、两种或两种以上混用。
[0043]水泥：采用一般土木建筑工程使用的通用水泥；该通用水泥是指硅酸盐水泥、普 通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水 泥，符合《普通硅酸盐水泥GB175-1999》标准即可。
[0044] 松填土 ：采用塑性指标大于10且膨胀性属于中等以上的膨胀性粘土。
[0045] 水：即松填土与水泥和秸杆纤维丝拌合时的含水量以干土重量％计为10?15%， 如果松填土的天然含水量已达到10?15%时则不需要外加水量，反之则需要外加水量。
[0046] 二、工程施工工艺方法
[0047] 按照工程规模的大小，可将拌合工艺分为两类：搅拌机拌合和现场拌合。
[0048](一）对应用于边坡和挡土墙等小规模的工程施工，可采用搅拌机拌合法，如采用 滚筒搅拌机，对秸杆纤维丝表面还可用耦联剂进行表面处理。
[0049] 由于天然状态下的松填土易结块，所以搅拌前应先将松填土进行粉碎，粉碎后的 松填土颗粒粒径控制在5cm以下；拌合时，先将水泥和松填土按比例放入滚筒搅拌机搅拌 5min，再用小型吹风机将规定掺量的秸杆纤维吹入搅拌机内，实质上是借助于风力将秸杆 纤维丝打散，然后再根据含水量的要求，向搅拌机内均匀喷射适量的水，搅拌10?15min后 随即取样，观察纤维在松填土拌合物中的分散状态，正常情况下纤维丝分散应比较均匀。
[0050](二）对应用于路基和地基等大规模的工程施工，秸杆纤维丝、水泥和松填土的拌 合可直接采用现场拌合，其现场施工工艺方法可具体细分为以下几个步骤：
[0051]-是整平路床或基床，然后铺松填土，该松填土铺设厚度为25?50cm，压实厚度 10 ?20cm;
[0052]二是按设计要求的配合比，将水泥均匀地摊铺在松填土层的上表面，该上表面应 平整，厚度应均匀；
[0053]三是利用翻土机翻松填土，尽量把水泥融入到松填土中，然后用钉耙车对翻土进 行2?3遍翻拌；该操作既可使水泥和松填土拌合均匀，又可打碎松填土土块，使松填土颗 粒大小控制在5cm以下，还可使松填土与秸杆纤维丝拌合；翻拌结束后整平拌合物表面；
[0054]四是沿着纵路方向采用翻土机翻松填土，每次翻土断面为30?40cm，然后采用空 气压缩机将秸杆纤维丝喷射到被翻土后的水泥和松填土的拌合物的表面，下次翻土正好覆 盖在前面翻土的上表面，直到纵路方向喷洒完毕；秸杆纤维丝的喷射要均匀，喷射的流量应 按照秸杆纤维丝的设计掺量进行设定，此时秸杆纤维丝用量为其总量的50% ;
[0055]五是沿着横路方向采用翻土机翻土，施工方法与第四步相同，此时秸杆纤维丝用 量为其总量的50% ;再用钉耙车对秸杆纤维丝喷射后的由秸杆纤维丝、水泥和松填土组成 的拌合物路面进行2?3遍的翻松，其目的是为了使拌合物路面的组分之间充分接触和拌 合均匀；
[0056]六是采用推土机对路面摊铺整平，参见《JTGE60-2008公路路基路面现场测试规 程》进行平整；
[0057]七是采用压路机对整平后的秸杆纤维丝加筋水泥土表面进行2?4遍的碾压。
[0058]本发明提出的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的大规模工程施工方法 现场操作流程参见图3。图3所示，依次是：图3a根据用量在原始地基上铺松填土；图3b 根据用量在松填土上铺水泥；图3c以翻土断面为单元，采用翻土车将松填土与水泥进行翻 拌，从横路方向或者纵路方向翻土；图3d采用钉耙车将水泥与松填土均匀搅拌；图3e再以 翻土断面为单元，从横路或者纵路方向的翻土断面上采用空气压缩机喷射秸杆纤维丝；图 3f采用钉耙车将秸杆纤维丝与水泥和松填土三者均匀搅拌成拌合物；图3g采用推土机进 行粗平；图3h采用压路机及人工进行精平。
[0059]对于较高的路基或较厚的地基，可采用分层处理的方法，即每层的施工均按上述7 个具体步骤执行；另外，在养护方面，秸杆纤维丝加筋水泥土类似于一般水泥土，其养护时 间为28天，最好采用塑料薄模封闭养护。表1为本发明试样的无侧限抗压强度试验结果。 从表1看出，利用秸杆纤维丝改良膨胀土，可以明显的增强土体的无侧限抗压强度。秸杆纤 维丝掺量从0到1%时，无侧限抗压强度随秸杆纤维丝掺量的升高而升高，当秸杆纤维丝掺 量为1.5%时，膨胀土中的水泥掺量为5%分别养护7天、14天和28天的试样无侧限抗压强 度呈下降趋势；当膨胀土中的水泥掺量为8%分别养护7天、14天和28天的试样无侧限抗 压强度则呈上升趋势，这与试样的养护龄期长短、硬化程度有关。所以得出1%左右的秸杆 掺量来改良膨胀土是比较合适的，如图4所示。本发明所述的膨胀土为地基常用的松填土， 该松填土采用塑性指标大于10且膨胀性属于中等以上的膨胀性粘土。
[0060] 本发明的【具体实施方式】中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技 术加以实施。
[0061] 本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。
[0062] 表1 :本发明试样的无侧限抗压强度试验结果
[0063]

【权利要求】
1. 一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基，其特征在于所述地基的组分配比以干土 重量％计，具体包括：結杆纤维丝掺入量为0. 5?1. 5%、水泥掺入量为5?8%、松填土掺入 量为90. 5?94%，其中所述秸杆纤维丝长度为10?15mm。
2. 基于权利要求1所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于用于小规模的工程施工，包括以下具体步骤： 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，秸杆纤维丝掺入量为0. 5? 1. 5%、水泥掺入量为5?8%、松填土掺入量为90. 5?94%，其中所述結杆纤维丝长度为10? 15mm ； 步骤二，原料拌合：将步骤一经称重后的秸杆纤维丝、水泥和松填土送入搅拌机，使其 拌合均匀形成拌合物； 步骤三，拌合物堆填：将步骤二拌合后的秸杆纤维丝、水泥和松填土的拌合物进行堆 填，使其成为地基形状的堆填物； 步骤四，堆填物碾压或夯实：将步骤三堆填地基后的秸杆纤维丝、水泥和松填土的堆填 物进行碾压或夯实，使其成为地基。
3. 根据权利要求2所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于步骤二所述拌合是指先将水泥和松填土进行搅拌，然后采用小型吹风机将纤维丝均 匀地吹入搅拌机内并与水泥和松填土一起进行搅拌，直至搅拌均匀为止，以无成束的秸杆 为合格。
4. 根据权利要求2所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于步骤四所述堆填物碾压或夯实，是指分层碾压或夯实，其分层厚度为10?20cm。
5. 基于权利要求1所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于用于大规模的工程施工，包括以下具体步骤： 步骤一，原料称重：所述地基的组分配比以干土重量％计，秸杆纤维丝掺入量为0. 5? 1. 5%、水泥掺入量为5?8%、松填土掺入量为90. 5?94%，其中所述結杆纤维丝长度为10? 15mm ； 步骤二，现场施工：依次为在地基框上铺松填土、摊铺水泥、水泥翻拌、喷射秸杆纤维 丝、秸杆纤维丝拌合、表面整平和机械碾压，使其成为地基。
6. 根据权利要求5所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于步骤二所述现场施工为，摊铺水泥后采用翻土机翻土，再采用耙土机将水泥和松填 土进行2?4遍的翻拌并将土块进行打碎处理，打碎后的松填土粒径控制在5cm以下，然后 采用农用翻土机顺路方向翻土，随后把秸杆纤维丝喷洒在翻土面上，最后将第二次翻的地 基土刚好覆盖在喷洒过秸杆纤维丝的一面上，依次类推，直到顺路方向的路基土翻土完毕； 所述第二次翻土，在横路方向用翻土机进行翻土并重复顺路方向的方法喷洒秸杆纤维丝。
7. 根据权利要求2或5所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法， 其特征在于所述植物秸杆丝为小麦秸杆丝、水稻秸杆丝或高粱秸杆丝中的一种、两种或两 种以上混用。
8. 根据权利要求2或5所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法， 其特征在于所述秸杆纤维丝为植物秸杆经自然风干后碾压处理，直到植物秸杆自动顺着纤 维方向从中间劈开而形成。
9. 根据权利要求8所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法，其特 征在于所述植物秸杆为小麦秸杆、水稻秸杆或高粱秸杆中的一种、两种或两种以上混用。
10. 根据权利要求2或5所述的一种秸杆纤维丝加筋水泥改良松填土地基的施工方法， 其特征在于秸杆纤维丝、水泥和松填土拌合时的含水量以干土重量％计为10?15%。
【文档编号】C04B28/04GK104234026SQ201410407276
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】孙树林, 张德恒, 程亚楠, 王成, 王天宇 申请人:河海大学