用于干旱区土遗址坍塌和掏蚀区的复合地基及施工方法与流程

本发明涉及土遗址坍塌区和掏蚀区的地基加固技术。

背景技术：

中国西北干旱地区遗存了数目众多的土遗址，干旱、少雨、多风和高蒸发量的恶劣气候使这些土遗址逐渐经历由病害发育到消失殆尽的量-质变过程，其中掏蚀、裂隙、坍塌是土遗址最为普遍和典型的病害，已严重威胁到遗址的安全赋存。这些病害发育直接或间接的均与土遗址墙体底部的掏蚀病害有关。在降雨和快速蒸发的条件下，由于毛细水上升的作用，直接导致墙基土体结构和强度遭受破坏，或间接导致干湿循环条件下墙基土水盐运移出现的盐胀和冻融循环条件下导致的冻胀，均会导致墙体根部土体结构和强度遭受破坏——根部盐渍劣化，而后在常见挟沙风的磨蚀和吹蚀作用下发生损耗，质量迅速损失，从而发生风蚀损耗形成底部空腔——掏蚀区，空腔的进一步扩展将会诱发遗址发生局部破坏——坍塌区，甚至整体倾覆。因此，复合地基是土遗址本体地基加固的主要技术措施。在符合传统工艺、原材料的文物保护理念的基础上，复合地基阻断了地基毛细水上升，避免了由于毛细水上升的诱因而导致的底部掏蚀病害的发育，并且使得地基承载力大大提高，有效控制上部砌补体荷载作用下地基沉降变形，耐候性能明显增强。

技术实现要素：

本发明的目的阻断地基毛细水盐运移，防止坍塌区大方量砌补体沉降变形。

本发明是用于干旱区土遗址坍塌和掏蚀区的复合地基及施工方法，用于干旱地区土遗址坍塌区和掏蚀区的复合地基，该复合地基自上而下包括上部改性糯米浆灰土层1，下部块石砌筑垫层2，其中下部块石砌筑垫层2包括块石21以及填充块石间空隙的改性糯米灰浆22。

用于干旱地区土遗址坍塌区和掏蚀区复合地基的施工方法，其步骤为：

（1）制备糯米浆：将糯米粉与水按质量比3:97的比例混合、搅匀、煮沸，煮沸后持续加热4小时以上，使糯米浆充分熟化，期间不间断加水，保持糯米浆的浓度不变，最后浆液温度降至室温，加入少许防腐剂，储备；

（2）制备改性糯米浆灰土11：

a.选择灰土料：石灰选用ⅲ级以上的钙质生石灰，使用之前充分进行消解；选用与原遗址土相近的土料，土料盐含量小于0.5%；并将石灰与土料过直径5mm的筛，按体积比3:7拌合均匀，制备成灰土；

b.将步骤（a）中制备灰土料与糯米浆均匀拌合，做现场击实试验，获取最优含水量和最大干密度；

c.依据改性糯米浆灰土11击实试验获取最优含水量，使施工所用的改性糯米浆灰土11的含水率误差控制在最优含水量的±2%范围以内，并将制备的改性糯米浆灰土11装入塑料保水袋，避免阳光直晒，养护24小时；

（3）制备改性糯米灰浆22：选用ⅲ级以上（含ⅲ级）生石灰与粉煤灰，并将石灰与粉煤灰过直径5mm的筛，按质量比1:1拌合均匀，然后按水灰比为0.35~0.45加入糯米浆拌合均匀；

（4）临时支护：采用刚柔性相结合的方法，有效支顶遗址本体坍塌区10或掏蚀区11土体，防止施工过程中因振动引起的遗址本体3不稳定变形；

（5）基槽开挖：根据工程设计用测量仪器确定复合地基外侧边线7位置；清理遗址本体3根部的虚积土或坍塌土，直至清理出原基础层地面4，清理区域为复合地基外侧边线7水平向墙体外侧延伸40cm的范围；沿复合地基外侧边线7切出基槽轮廓线，人工开挖至预留设计深度；槽壁修理整齐，拍打成光面；

若槽壁土质较干，可对槽壁适当喷洒雾状水润湿后拍打成光面；将槽底抄平，根据现场情况选择适合器具将基底夯实；

（6）支模：将遗址本体预加固区临空面8作为模板，其他三面支模；

在基槽内部栽植木柱，木柱埋深300mm，确保夯筑夯锤能够垂直施力，并在预夯上部改性糯米浆灰土层1处将模板安置牢固；

（7）块石砌筑：由基底砌筑一层块石21，然后将改性糯米灰浆22填筑与块石21空隙；

重复砌筑块石21和将改性糯米灰浆22填筑于块石21空隙的步骤，并依次至设计标高；

（8）夯筑改性糯米浆灰土：依据夯实厚度200mm，将改性糯米浆灰土11按预设松铺厚度，摊铺于块石之上，先纳虚盘踩，再采用尖底夯锤夯实虚铺改性糯米浆灰土11，满足压实度k≥0.95；

（9）拆除模板：改性糯米浆灰土层1夯筑完成，将所用模具拆除，木柱拔出的柱眼填入改性糯米浆灰土11，并夯实；

（10）养护：复合地基施工完成后，采用塑料薄膜覆盖上层改性糯米浆灰土层11，养护不小于7天；

（11）重复以上步骤，施工相邻的下一段复合地基。

本发明的有益效果是：本发明通过以下多个方面阻断毛细水进入掏蚀和坍塌病害处理区根部土体，提高了地基的承载能力和降低了地基的沉降变形和地基的耐候性能。所使用材料得造价低廉，环保无污染，且使用材料与遗址本体协调变形性能强，兼容性好，更好的响应了文物保护的理念。施工技术简便，解决了水盐运移引起土遗址墙基酥碱所导致的土遗址墙体的失稳。主要优点为：①通过使用粒径10~20cm的块石砌筑，并使用了改性糯米灰浆将块石有效的黏结，以及使用夯实厚度20cm的改性糯米将灰土，这些措施均有益的阻断了复合地基中毛细水上升，并提高了地基承载力；基槽底部的抄平夯实使槽底平整，增大了槽底区土体密实度和强度；将遗址本体预加固区墙脚线水平向墙外延伸20cm为复合地基外侧边线的设计，有益的增大了地基承载面积。②复合地基所用材料受自然温度、湿度、冻融循环等影响甚微，显著提高了地基的耐候性能。由熟化的糯米浆拌制的改性糯米灰浆和改性糯米浆灰土的渗透系数明显下降，增强了其耐水崩解性、内聚力、无侧限抗压强度。③改性糯米浆灰土、块石和改性糯米灰浆原料来源广泛，糯米浆制作更为经济便捷。基槽开挖的土体又可作为遗址坍塌区和掏蚀区夯筑用土的原料，整个施工过程，无需渣土的外弃环节，同时又避免了环境污染，具有极强的经济性和环保性。④块石砌筑层更易兼容于遗址墙基部位土体；夯实的改性糯米浆灰土层更兼容于覆于其上的坍塌区或掏蚀区的夯筑土层。使用材料与遗址本体协调变形、兼容性强，更好的响应了文物保护的理念。⑤使用施工工艺为基槽开挖、块石砌筑、浆液拌合、灰土夯实等传统工艺，操作简单快捷。本发明完全满足遗址坍塌区和掏蚀区的墙基加固所需的物理、力学和水理等方面的需求，兼容效果良好，符合文物保护修复传统工艺的基本要求，是传统工艺的科学化得以在古代土建筑工程实践的再现，其为挽救大面积坍塌的古代土建筑遗址提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明复合地基的结构示意图，图2是本发明用于土遗址坍塌区和掏蚀区的复合地基的结构示意图，图3是改性糯米浆灰土层水平方向一夯夯窝位置示意图，图4是改性糯米浆灰土层水平方向二夯夯窝位置示意图，附图标记及对应名称为：改性糯米浆灰土层1，改性糯米浆灰土11，块石砌筑层2，块石21，遗址本体3，原基础层地面4，遗址本体预加固区墙面5，遗址本体预加固区墙脚线6，复合地基外侧边线7，遗址本体预加固区临空面8，复合地基内侧边线9，坍塌区10，掏蚀区11。

具体实施方式

本发明是用于干旱地区土遗址坍塌区和掏蚀区的复合地基及施工方法，如图1、图2所示，本发明的用于干旱地区土遗址坍塌区和掏蚀区的复合地基，包括上部改性糯米浆灰土层1，下部块石砌筑垫层2，其中下部块石砌筑垫层2包括块石21以及填充块石间空隙的改性糯米灰浆22。

如图1、图2所示，复合地基外侧边线7位于沿遗址本体预加固区墙脚线6水平向墙外延伸20cm处。

如图1、图2所示，上部改性糯米浆灰土层1的夯实厚度为20cm。

如图1、图2所示，下部块石砌筑垫层2厚度为400~600mm和所用的块石21粒径为100~200mm。

本发明的用于干旱地区土遗址坍塌区和掏蚀区复合地基的施工方法，其步骤为：

（1）制备糯米浆：将糯米粉与水按质量比3:97的比例混合、搅匀、煮沸，煮沸后持续加热4小时以上，使糯米浆充分熟化，期间不间断加水，保持糯米浆的浓度不变，最后浆液温度降至室温，加入少许防腐剂，储备；

（2）制备改性糯米浆灰土11：

a.选择灰土料：石灰选用ⅲ级以上的钙质生石灰，使用之前充分进行消解；选用与原遗址土相近的土料，土料盐含量小于0.5%；并将石灰与土料过直径5mm的筛，按体积比3:7拌合均匀，制备成灰土；

b.将a中制备灰土料与糯米浆均匀拌合，做现场击实试验，获取最优含水量和最大干密度；

c.依据改性糯米浆灰土11击实试验获取最优含水量，使施工所用的改性糯米浆灰土11的含水率误差控制在最优含水量的±2%范围以内，并将制备的改性糯米浆灰土11装入塑料保水袋，避免阳光直晒，养护24小时；

（3）制备改性糯米灰浆22：选用ⅲ级以上(含ⅲ级)生石灰与粉煤灰，并将石灰与粉煤灰过直径5mm的筛，按质量比1:1拌合均匀，然后按水灰比为0.35~0.45加入糯米浆拌合均匀；

（4）临时支护：采用刚柔性相结合的方法，有效支顶遗址本体坍塌区10或掏蚀区11土体，防止施工过程中因振动引起的遗址本体3不稳定变形；

（5）基槽开挖：根据工程设计用测量仪器确定复合地基外侧边线7位置；清理遗址本体3根部的虚积土或坍塌土，直至清理出原基础层地面4，清理区域为复合地基外侧边线7水平向墙体外侧延伸40cm的范围；沿复合地基外侧边线7切出基槽轮廓线，人工开挖至预留设计深度；槽壁修理整齐，拍打成光面。若槽壁土质较干，可对槽壁适当喷洒雾状水润湿后拍打成光面；将槽底抄平，根据现场情况选择适合器具将基底夯实；

（6）支模：将遗址本体预加固区临空面8作为模板，其他三面支模。在基槽内部栽植木柱，木柱埋深300mm，确保夯筑夯锤能够垂直施力，并在预夯上部改性糯米浆灰土层1处将模板安置牢固；

（7）块石砌筑：由基底砌筑一层块石21，然后将改性糯米灰浆22填筑与块石21空隙；重复砌筑块石21和将改性糯米灰浆22填筑于块石21空隙的步骤，并依次至设计标高；

（8）夯筑改性糯米浆灰土：依据夯实厚度200mm，将改性糯米浆灰土11按预设松铺厚度，摊铺于块石之上，先纳虚盘踩，再采用尖底夯锤夯实虚铺改性糯米浆灰土11，确保改性糯米浆灰土层22的整体密度和质量，夯筑过程中，用尖底夯锤成排有序夯实，一般均为头夯冲海窝、二夯筑银锭和余夯冲剁沟、取平等组合夯筑（如图4所示），满足压实度k≥0.95；

（9）拆除模板：改性糯米浆灰土层1夯筑完成，将所用模具拆除，木柱拔出的柱眼填入改性糯米浆灰土11，并夯实；

（10）养护：复合地基施工完成后，采用塑料薄膜覆盖上层改性糯米浆灰土层11，养护不小于7天；

（11）重复以上步骤，施工相邻的下一段复合地基。