专利名称：一种预防和应急处理土壤地质危害的方法
技术领域：
本发明涉及一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，属于地质危害处理技术领域。
背景技术：
膨胀土和软土的分布十分广泛，世界上40多个国家均有分布，我国每个省，市，自治区都有膨胀土和软土存在。我国每年由于膨胀土地基损坏而致害的建筑面积达1000万平方米以上，公路及铁路受其危害的程度尤为严重。因膨胀土对天然环境、社会以及基础建设设施的破坏作用(如滑坡，泥流，路面的开裂、隆起或沉陷，建筑物基础因膨胀土季节性胀缩而移位和断裂，进而引起建筑物墙面开裂等等)具有反复性和长期潜在危害性，据不完全统计，仅中国每年因膨胀土造成的经济损失就达150亿美元。因此，治理膨胀土的危害，以确保工程安全与质量一直困扰着工程界，是世界公认的重大技术难题。常见的地质危害包括a.河提和土坝由于水流的冲刷而引起的坍塌崩溃；b.大雨和地震后的山体滑坡； c.公路，铁路，机场和建筑物下的土基的损坏。膨胀土和软土常常引发上述的地质危害。膨胀土吸水则体积膨涨，密度变小，失水则变干，收缩，变硬。这一特性使富含膨胀土和软土的地带/ 土体成为容易带来地质灾害的发生地。基建设施常因其存在而发生开裂，沉陷，坍塌等破坏。我国每个省，市，自治区都有膨胀土和软土存在，每年汛期来临时，常常出现山体或道路基础的土壤流失带来的灾害或破坏损失，给当地的生命财产安全和经济带来巨大的损失。另一个常见危害是勘探中漏掉的软土，其微弱的承载力常常带来局部损坏。解决治理膨胀土/软土这一世界公认的重大技术难题对加速我国现代化基础设施建设，保护人民生命财产和国家财产是十分重要和紧急的。膨胀土路基处理方法通常采用以下三种⑴改性土壤；(2)控制湿度；(3)换土。 一般来说，必须对土壤进行物理和化学改性才能满足工程需要。人类的绝大多数的建筑土木结构都是建立在土壤上的。然而，土壤本身并不一定是一种好的建筑材料，因为土壤本身没有较高的抗拉和抗压强度，而且土壤本身的体积稳定性也较差，因此环境的变化，包括各种自然灾害，会给土壤带来破坏。物理改性主要是通过提高土壤的密度来改善土壤的力学性能；化学改性是在土壤中加入改性材料通过化学反应以改变土壤颗粒的结构，物理和化学性能。利用石灰、水泥类或其他固化材料，通过与膨胀土进行物理化学作用来实现对膨胀土的改性处理，以达到增强膨胀土强度，降低遇水膨胀的体积不稳定性的目的。目前，使用石灰对膨胀土固化稳定处理的方法，在施工实践中较为普遍且受欢迎，但是，用石灰来处理膨胀土时也有难题，当土壤硫酸盐含量高过SOOOppm时，使用石灰会引起比不用时更大的膨胀。这种情况下，现在在国外(如美国)的实践是禁止使用石灰来稳定富含硫酸盐的土壤。另外，石灰在土壤被水浸泡时容易流失，效果不易持久。由于在工程实践中不可能完全了解把握相关土壤的全部特性，地质危害仍不断发生。其它的化学改性方法也不太适合地质危害的应急处理。控制湿度方法，包括预湿土壤以及试图控制和稳定土壤的含水量，或者，试图阻拦土壤颗粒与周围水分的接触，以减少土壤的膨胀，例如聚合物稳定剂的使用。 聚合物稳定剂需要和土壤拌合；酸性稳定剂没有长期稳定效果。当石灰和磨细高炉矿渣一起使用时相对有效，但是所需的反应时间过长，并不适用于应急处理。膨胀土路基建设中换土处理是相对简单且有效的方法。换土就是挖除原有的膨胀土，填充沙砾土或其他非膨胀土，换土深度则需要根据原生膨胀土的物化特性以及当地的气候特点确定。另一类常见的例子是年久失修的水利设施。当河提，大坝，沟渠，堰塘中的土壤在长期的水流冲刷，浸泡和虫蚁吞噬之下，密度会降低，而且其中的部分的粘合剂(cementing agent)，如硫酸钙，也会流失。当暴雨和洪水来临时，倒塌现象就可能会发生。目前常采用的方法是添土加固。但添土加固的缺点在于费用大，工期长，不适合用于紧急情况，而且施工安全不能保障。同样，修补地基时的灌浆等方法花费比较大。当房屋大楼地基建立在膨胀土 /软土上时，如果地下水位发生变化，可使土壤承载力下降，或者天然环境条件造成土壤中生成高膨胀性的钙矾石，即可能引起基础移动倾斜，进而引起房屋建筑物发生倾斜，使建筑物墙体损坏，严重的时候会使得房屋不能使用。 目前常用的处理方法是通过灌浆等方法来修补基础地基。
发明内容
本发明的目的是提出一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，利用无机化学反应，使用储量丰富的矿物质或是只需简单工艺生产的无机化合物，以快速稳定和增强地基土壤，使基础或地基恢复原位，防止房屋倾斜或结构性开裂的继续发展；或者预防和应急处理防止地表土壤(包括山体)流失，保护人民生命财产的安全。本发明提出的预防和应急处理土壤危害的方法，对于稳定和增强地基土壤处理， 其过程包括以下步骤(1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为
氟化剂0. 001% 1%
石灰0 10%
水泥0 20%
粉煤灰0 30%(2)将上述各组分按比例与土壤相拌合，或者将上述各组分按比例溶于水中，以水溶液或悬浮液浇入土壤中；(3)反应10小时 24小时。本发明提出的预防和应急处理土壤地质危害的方法，对于土工结构如河提、大坝、 沟渠、堰塘和土坡等地质灾害的应急处理，或者对于发生一次或再生土壤流失地质灾害的危机应急处理，其过程包括以下步骤(1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为
4氟化剂0. 001% 1%
石灰0 10%
水泥0 10%
粉煤灰0 30%(2)将上述各组分以溶液或悬浮液形式压力注入受损土体中；(3)反应10小时 24小时。上述两种方法中，所加的氟化剂可以为以下三种形式中的任何一种a:氟化钠b 氟化钾C:氟化钠或氟化钾与氟化钙的混合物，混合的重量百分比为(氟化钠或氟化钾)氟化钙=70% 30%。本发明提出的一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，拌入、渗入或注入可提供自由氟离子的含氟化合物添加剂，迅速提高粘土类土壤或膨胀土壤的强度，以消除膨胀土的遇水膨胀性。控制浓度的氟离子的体积小，因而可以快速迁移，与土壤中相关成分快速反应，使土壤提高承载能力和体积稳定性。在这一过程中，对大型机械器材的依赖非常少。 因此本发明可以应用到广泛的土体山坡和路基地基以及河提，大坝，沟渠和堰塘土壤的应急处理，预防处理和永久修复处理。可应用在应急加固稳定在崩塌边缘的土提山坡和大坝， 修复公路，铁路，机场，和建筑结构的土基，也可以应急或永久预防和处理/修复土基中因环境因素变化而生成钙矾石或类似矿物质对基础设施的破坏。
具体实施例方式本发明提出的预防和应急处理土壤危害的方法，对于稳定和增强地基土壤处理， 其过程包括以下步骤(1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为
氟化剂0. 001% 1%
石灰0 10%
水泥0 20%
粉煤灰0 30%(2)将上述各组分按比例与土壤相拌合，或者将上述各组分按比例溶于水中，以水溶液或悬浮液浇入土壤中；(3)反应10小时 24小时。本发明提出的预防和应急处理土壤地质危害的方法，对于土工结构如河提、大坝、 沟渠、堰塘和土坡等地质灾害的应急处理，或者对于发生一次或再生土壤流失地质灾害的危机应急处理，其过程包括以下步骤(1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为氟化剂0. 001% 1%
石灰0 10%
水泥0 10%
粉煤灰0 30%(2)将上述各组分以溶液或悬浮液形式压力注入受损土体中；(3)反应10小时 24小时。上述两种方法中，所加的氟化剂可以为以下三种形式中的任何一种a 氟化钠b 氟化钾c 氟化钠或氟化钾与氟化钙的混合物，混合的重量百分比为(氟化钠或氟化钾)氟化钙=70% 30%。本发明提出的预防和应急处理土壤地质危害的方法，通过引入可释放氟离子的化合物添加剂，例如氟化钠，用以除去在膨胀土壤中因环境(如水分含量)变化所生成的钙矾石或类似矿物质，以减少在富含硫酸盐的土层的膨胀或损坏。本发明方法可应用于预防或应急修复或翻新公路、机场跑道、建筑物等基础损坏引起的表面的开裂、隆起或损坏，以及类似的建筑的基层或次基层由于钙矾石或类似矿物质的生成而引起基础局部抬起而损坏的情况。本发明方法也适用于维修已遭破坏的现有建筑的基础。对于用石灰或不用石灰稳定处理的土层，都可通过引入设定数量的释放氟离子的化合物添加剂来预防，减少或消除潜在的或已经发生的因膨胀引起的损坏或破坏。本发明方法具有很强的普遍使用性，即使土壤种类不同，也可以使用本发明的方法。本发明是将特定的材料添加到土壤中，添加方法可以是通过固体化合物或化合物溶液把氟离子释放到土壤中去，产生化学反应，从而达到加固土壤的目的。本发明方法中的氟化剂包括含氟无机化合物或者含氟无机化合物与其它常用的土壤稳定剂的混合物。常用的土壤稳定剂包括石灰，粉煤灰，水泥等。以下介绍本发明方法的实施例。实施例一在修建公路的过程中，碰到一段软土需要拌和降塑和增强处理。经测试，土壤的塑性指标为18，而粉粒和粘粒的含量为20%，硫酸盐含量为0. 1%，可以用本发明的以下几种方法之一进行处理1、将氟化钠直接与土壤拌和，氟化钠用量为土壤重量的0. 5%。掺水拌和后，进行分层夯实，每层厚度可达15厘米。在12小时后，可以进行下一步施工。2、混合使用含氟化合物和石灰，氟化物中，氟化钠和氟化钙的质量比为氟化钠 氟化钙=4 1，石灰的用量为土壤的重量的5%，含氟化合物添加剂的用量为土壤重量的 0.5%。掺水拌和后，进行分层夯实，每层厚度可达15厘米。在M小时后，可以进行下一步施工。3、混合使用氟化钾添加剂和水泥，水泥的用量为土壤重量的10%，氟化钾的用量为土壤重量的0.5%。掺水拌和后，进行分层夯实，每层厚度可达15厘米。在对小时后，可以进行下一步施工。
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实施例二在修建土坝的过程中，碰到一段软土需要拌和降塑和增强处理。经测试，土壤的塑性指标为18，而粉粒和粘粒的含量为四%，硫酸盐含量为0. 08 %，可以用本发明的以下方法之一进行处理1、将氟化钠直接与土壤拌和，用量为土壤重量的0. %。掺水拌和后，进行分层压实，每层厚度可达15到45厘米。在12小时后，可以进行下一步施工。2、混合使用氟化钠和石灰，石灰的用量为土壤的重量的6%，氟化钠的用量为土壤重量的0.6%。掺水拌和后，进行分层压实，每层厚度可达15到45厘米。在M小时后，可以进行下一步施工。3、混合使用氟化钾和水泥，水泥的用量为土壤的重量的10%，氟化钾的用量为土壤重量的1.0%。掺水拌和后，进行分层压实，每层厚度可达15到45厘米。在对小时后， 可以进行下一步施工。4、混合使用含氟化合物添加剂和粉煤灰，含氟化合物中，氟化钾和氟化钙的质量比为氟化钾氟化钙=6 1，粉煤灰用量为土壤重量的20%，氟化合物添加剂用量为土壤重量的0.5%。掺水拌和后，进行分层压实，每层厚度可达15到45厘米。在12小时后， 可以进行下一步施工。实施例三在修复房屋基础的过程中，碰到一段基础下的膨胀土需要稳定和增强处理。经测试，土壤的塑性指标为25，而粉粒和粘粒的含量为20%，硫酸盐含量为0. 06%，可以用本发明的以下方法之一进行处理1、钻单孔或多孔，将饱和氟化钠溶液分次直接注入到膨胀土中，氟化物总用量为估计的膨胀土重量的1%。每次注入含氟化合物后(0.3% )封孔，观察房屋的向下沉降的程度。每两周一次，直到沉降稳定下来，或者用量达到了 1.0%。2、钻单孔或多孔，将氟化钠添加剂和石灰饱和溶液分次分别直接注入到膨胀土中，氟化钠为膨胀土重量的1%，石灰的用量为膨胀土重量的10%。每次先注入氟化物后 (0.3%)封孔，一周后再注入石灰溶液(3% )，观察房屋的向下沉降的程度。每两周一循环， 直到沉降稳定下来，或者氟化物用量达到了 1.0%以及石灰的用量达到10%。实施例四在稳固出现裂缝、频临滑坡危险的山体时，需要对山体中的软土或膨胀土进行稳定和增强处理。经测试，土壤的塑性指标为15，而粉粒和粘粒的含量为30%，硫酸盐含量为 0. 01 %，可以用本发明的以下方法之一进行处理1、仔细观察山体的开裂情况，记录下各个裂缝的位置和深度。选择深度大于30cm 的裂缝注入氟化钾添加剂饱和溶液，直到溶液从裂缝中溢出为止。停止灌注，连续观测山体移动的情况。两周后再次注浆，直到山体移动稳定或是停止。2、仔细观察山体的开裂情况，记录下各个裂缝的位置和深度。选择深度大于30cm 的裂缝分次注入氟化钠和石灰饱和溶液。先注入氟化钠添加剂饱和溶液，直到溶液从裂缝中溢出为止。一周后，再注入氟化钠和石灰饱和溶液，直到溶液从裂缝中溢出为止。停止灌注，连续观测山体移动的情况。一周后再次开始注浆过程，直到山体移动稳定或是停止。实施例五膨胀土等因素引起的路面鼓起或塌陷不仅会带来驾驶的不舒适，而且会威胁行车安全。目前没有较好的处理方法，只能是把鼓起的路面磨平，但是这样会减少路面的使用寿命。在这种情况下，可以用本发明的以下方法之一进行处理1、在路面鼓起的部分钻孔，孔径为1厘米，间距约1米。钻孔要钻透软土或膨胀土， 或者至少要钻到两米深。注入氟化钠饱和溶液，直到路面高度。用铁板或其它承载物盖住钻孔，恢复通车。一周后测量路面高度的变化。如果变化不大，移开铁板，继续注入氟化钠饱和溶液的操作。2、在路面鼓起的部分钻孔，孔径为1厘米，间距约1米。钻孔要钻透软土或膨胀土， 或者至少要钻到两米深。注入氟化合物添加剂和石灰的饱和混合溶液，直到路面高度。氟化物中，氟化钾和氟化钙的质量比为氟化钾氟化钙=8 1，用铁板或其它承载物盖住钻孔，恢复通车。一周后测量路面高度的变化。如果变化不大，移开铁板，继续注入注入氟化合物添加剂和石灰的混合溶液的操作。
权利要求
1.一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1-1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为氟化剂0. 001% 1%石灰0 10%水泥0 20%粉煤灰0 30%(1-2)将上述各组分按比例与土壤相拌合，或者将上述各组分溶于水中，以水溶液按比例浇入土壤中；(1-3)反应10小时 24小时。
2.一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (2-1)在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，其中加入各组分占土壤的重量百分比为氟化剂0. 001% 1%石灰0 10%水泥0 10%粉煤灰0 30%(2-2)将上述各组分以溶液或悬浮液形式压力注入受损土体中； (2-3)反应10小时 24小时。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于其中所述的氟化剂为以下三种形式中的任何一种a 氟化钠 b 氟化钾c 氟化钠或氟化钾与氟化钙的混合物，混合的重量百分比为(氟化钠或氟化钾)氟化钙=70% 30%。
全文摘要
本发明涉及一种预防和应急处理土壤地质危害的方法，属于地质危害处理技术领域。该方法首先在土壤中加入氟化剂、石灰、水泥和粉煤灰，将各组分按比例与土壤相拌合，或者将上述各组分溶于水中，以水溶液按比例浇入土壤中，或者以溶液或悬浮液形式压力注入受损土体中；反应10小时～24小时。本发明可以应用到广泛的土体山坡和路基地基以及河堤，大坝，沟渠和堰塘土壤的应急处理，预防处理和永久修复处理。可应用在应急加固稳定在崩塌边缘的土堤山坡和大坝，修复公路，铁路，机场，和建筑结构的土基，也可以应急或永久预防和处理/修复土基中因环境因素变化而生成钙矾石或类似矿物质对基础设施的破坏。
文档编号C09K103/00GK102493430SQ20111039041
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者杜联祥, 邓云 申请人:方文盛