一种用于软基土加固的固化剂及软基土加固施工方法与流程

本发明涉及软弱地基土体处理领域用，特别涉及一种用于软基土加固的固化剂及软基土加固施工方法。

背景技术：

我国拥有较为复杂的地质条件，各地区的地貌和水文的差异很大，所以在建设进程有常有软弱地基的地质出现。软弱地基为含有有机质的高压缩量、低强度的软弱土层，因为其主要构成元素有松散砂、松软土和机质土等，这些土层通常具有诸多的细微颗粒，空隙大，结构松散。在软弱地基上进行施工，会造成建(构)筑物缺乏的稳定性，甚至发生沉降，进而埋下安全隐患。为了施工地基承载一定的重量及压力且不至出现下沉、开裂等现象，对于软弱地基的处理还有待研究。

传统的处理办法有换填法、排水固结法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、石灰桩法、柱锤冲扩桩法、土挤密桩法、水泥土搅拌法(含深层搅拌法、粉体喷搅法、深层搅拌法简称湿法，粉体喷搅法简称干法)、高压喷射注浆法、单液规划法、碱液法等，但换填法工作量较大，排水固结法加固效果不佳，深层搅拌则需要较大的动力，搅拌起来较为困难。必须采取有效的加固措施对软弱地基进行处理，才能保证公路工程的质量。

土壤固化剂作为一种新型的土体加固材料，在美日欧等国家已广泛应用，被日本认定为21世纪的土工新材料。我国政府也十分重视土壤固化剂的引进和开发，甚至将“土壤固化剂的引进开发和应用”列为2010年拟定实施的33项交通科技重点项目之一，进一步深化研究以及推广应用是广大工程技术人员义不容辞的责任。土壤固化技术是指在常温下，将施工现场土与固化剂、胶结材料混合后，通过一系列物理化学反应改变土壤性质，并在压实功的作用下，使固化土易于压实和稳定，从而形成整体结构，达到常规所不能达到的压密度。显著提高土体强度、稳定性和抗渗性。

将环保型土壤固化剂应用于软弱地基加固中，通过固化剂加固法对基础进行加固处理，提高地基承载力，减少地基沉降，满足地基稳定性要求，节约工程造价。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种软弱地基加固用固化剂及施工方法。

一种用于软基土加固的固化剂，该固化剂为水溶液，其组成：主要有机成分是双酚a环氧树脂的质量百分比为6-8％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为2-7％、三芳基硅氧醚的质量百分比为3-9％，无机成分主要是硅酸钠的质量百分比为20-30％、二氧化硅的质量百分比为15-20％，余量以水为溶剂。

其使用方法为：软基土、水泥和固化剂水溶液共同复配进行应用，其中软基土质量百分含量取值范围为92％～98％；水泥质量百分含量取值范围为2～8％，一般采用外掺，上述两者纵总计为100％；固化剂水溶液总的用量占上述基土和水泥总质量的0.015％～0.03％。

进行软地基加固的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1).目标配合比设计

将软弱地基土翻晒，清除其中的杂质，进行无害化处理；

上述处理后的软弱地基土，进行化学成份分析、颗粒级配分析、压缩模量以及液塑限测定，并通过击实试验得出基土干密度与最含水率，使得干密度为1.58g/cm³～2.08g/cm³，最含水率为10％～25％，同时使得土中有机质质量百分含量不应超过10％，土粒最大粒径不应大于15mm，且大于10mm土颗粒应小于土总量的5％(gb/t50145)。

(2).生产配合比设计与工艺性试验

依照配合比设计进行生产配合比设计以及确定施工参数，并进行工艺性试验。

(3).现场施工

通过试验段的总结，确定最终固化土的施工配合比和施工工艺，为大面积施工提供依据；软弱地基固化主要经过以下几个步骤：

第一步，进行施工放样，利用挖机清除表土；软弱地基土翻晒，清除其中的杂质，进行无害化处理；并确定软弱地基土的含水量；

第二步，摊铺水泥，进行初拌；计算每方软弱基土所需的水泥掺量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面；利用拌合机对混合料进行初拌；

第三步，配置固化剂水溶液，若处理后的软弱地基土的含水率大于或小于所述的最佳含水率，则通过调节固化剂水溶液的浓度，使得软基土、水泥和固化剂水溶液共同复配后的含水量与软弱地基土为最佳含水率时与软基土、水泥共同复配后的含水量相同；即固化剂水溶液浓度应根据混合料的天然含水率和设计的固化剂用量进行确定，当混合料的含水率较低时，固化剂水溶液的浓度应小些，相反，当混合料的含水率较大时，固化剂水溶液的浓度应高些。

第四步，将制备好的固化剂水溶液均匀喷洒到第二步混合土面上。

第五步，利用路拌机进行再拌和，保证拌和效果和工作效率；在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度。

第六步，固化土摊铺，利用挖机将拌合均匀的混合料摊铺，每层松铺厚度控制在50cm，随后用履带挖机分层碾压，进行多次碾压；

所述的碾压依据设计进行点夯与满夯，设计参数如下：

点夯参数如下：强夯锤直径及质量-2.5m、20t；单击夯击能-2000kn·m；单点夯机次数-6～8击；夯击点间距-7m×7m。最后两击的平均夯沉量不大于100mm；夯坑周围地面不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。

满夯参数如下：强夯锤直径及质量-2.5m、20t；单击夯击能-1000kn·m；单点夯机次数2击；夯击点间距-锤印搭接1/4圆环。最后两击的平均夯沉量不大于50mm；夯坑周围地面不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。

第七步，根据现场环境条件养生，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7～14d；粉土和粘性土地基可取14～28d。

该固化剂属于有机无机杂化类复合型固化剂，它主要依靠其自身的水解、水化以及水化产物与土壤颗粒之间一系列的化学、物理反应生成物来提高土体的强度。能够解决单一有机类土壤固化剂耐候性差和冲击强度低以及单一无机类土壤固化剂干缩性大、易开裂和水稳性差的问题，具有绿色环保、强度高、性能稳定、易于拌和及便于施工等特点。

附图说明

图1为实施例1的现场施工工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

根据软弱地基土的特点，本发明研制了一种适用于软弱地基加固的固化剂配合比。该固化剂主要有机成分是双酚a环氧树脂6-8％、脂肪族缩水甘油醚树脂2-7％、三芳基硅氧醚3-9％，无机成分主要是硅酸钠20-30％、二氧化硅15-20％，余量以水为溶剂。

基于上述，本发明实施例提供了一种利用土壤固化剂加固软弱地基的方法，具体如下：

称取一定量的风干软弱土，进行化学成份分析、筛分试验以及液塑限测定，并通过击实试验得出基土最大干密度与最佳含水率，使得干密度为1.58g/cm³～2.08g/cm³，最含水率为10％～25％，同时使得土中有机质质量百分含量不应超过10％，土粒最大粒径不应大于15mm，且大于10mm土颗粒应小于土总量的5％(gb/t50145)。

实施例1

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土96％，水泥4％，固化剂水溶液0.02％，该固化剂水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为6％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为4％、三芳基硅氧醚的质量百分比为5％，无机成分主要是硅酸钠的质量百分比为20％、二氧化硅的质量百分比为15％，余量以水为溶剂。将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例2

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土94％，水泥6％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为6％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为4％、三芳基硅氧醚的质量百分比为5％，硅酸钠的质量百分比为20％、二氧化硅的质量百分比为15％，余量以水为溶剂。，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例3

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土92％，水泥8％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为6％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为4％、三芳基硅氧醚的质量百分比为5％，硅酸钠的质量百分比为20％、二氧化硅的质量百分比为15％，余量以水为溶剂。，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例4

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土96％，水泥4％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为7％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为5％、三芳基硅氧醚的质量百分比为7％，硅酸钠的质量百分比为25％、二氧化硅的质量百分比为18％，余量以水为溶剂。，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例5

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土94％，水泥6％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为7％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为5％、三芳基硅氧醚的质量百分比为7％，硅酸钠的质量百分比为25％、二氧化硅的质量百分比为18％，余量以水为溶剂，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例6

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土92％，水泥8％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为7％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为5％、三芳基硅氧醚的质量百分比为7％，硅酸钠的质量百分比为25％、二氧化硅的质量百分比为18％，余量以水为溶剂。，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例7

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土96％，水泥4％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为8％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为7％、三芳基硅氧醚的质量百分比为9％，硅酸钠的质量百分比为30％、二氧化硅的质量百分比为20％，余量以水为溶剂。将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例8

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土94％，水泥6％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为8％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为7％、三芳基硅氧醚的质量百分比为9％，硅酸钠的质量百分比为30％、二氧化硅的质量百分比为20％，余量以水为溶剂。，将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

实施例9

本实施由以下质量百分比的组分组成：基土92％，水泥8％，固化剂水溶液0.02％，该水溶液组成：双酚a环氧树脂的质量百分比为8％、脂肪族缩水甘油醚树脂的质量百分比为7％、三芳基硅氧醚的质量百分比为9％，硅酸钠的质量百分比为30％、二氧化硅的质量百分比为20％，余量以水为溶剂。将基土、水泥、固化剂拌和均匀，制备直径50mm高50mm圆柱形标准试块，标准养护(jtge40-2007《公路土工试验规程》)，测定其无侧限抗压强度(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、水稳定性(cj/t486《土壤固化外加剂》)、cbr(jtge40-2007《公路土工试验规程》)、抗冻融性(jtge51《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》)，性能测试结果见表1。

表1固化土试样性能测试结果

依照最佳配合比设计进行生产配合比设计以及确定施工参数，并进行现场施工。施工时，先用挖掘机将施工区域上部0.5m深的软土挖出，下部1m软土采用就地原位固化的方式处理，上部0.5m软土再分为两层(每层0.25m)逐层回填固化处理，下面就就地原位固化与压实性固化施工工艺进行详细说明：

1.就地原位固化施工工艺：

首先进行施工放样，利用挖机清除表土，开槽。

其次摊铺水泥，进行初拌。计算每方软弱基土所需的水泥掺量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面。利用专用拌合机对混合料进行初拌。

再其次稀释固化剂，稀释浓度应根据混合料的天然含水率和设计的固化剂用量来确定。当混合料的天然含水率较低时，固化剂稀释液浓度小，当混合料的天然含水率较大时，固化剂稀释液浓度高。

将稀释好的固化剂均匀喷洒到混合土面上。

利用专用路拌机进行再拌和，保证拌和效果和工作效率。在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度。

挖掘机排压成型，一般情况下可立即用12t小型压路机碾压，若含水率过大，12h后视现场情况再进行碾压。

2.压实性固化施工工艺：

首先回填摊铺软土。

其次摊铺水泥，进行初拌。计算每方软弱基土所需的水泥掺量，将水泥用量折成袋数或方数，用挖机来协助搬运并将水泥均匀的摊铺在土层表面。利用专用拌合机对混合料进行初拌。

再其次稀释固化剂，稀释浓度应根据混合料的天然含水率和设计的固化剂用量来确定。当混合料的天然含水率较低时，固化剂稀释液浓度小，当混合料的天然含水率较大时，固化剂稀释液浓度高。将稀释好的固化剂均匀喷洒到混合土面上。利用专用路拌机进行再拌和，保证拌和效果和工作效率。在拌合过程中应严格控制混合料的最佳含水率和拌合的均匀性，确保混合料拌合后颜色一致，干湿适度。

利用挖机将拌合均匀的混合料摊铺，每层松铺厚度宜控制在50cm，随后用履带挖机分层碾压，要多次碾压，分层施工直至达到设计高度。然后依据设计进行点夯与满夯。

根据现场环境条件养生，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7～14d；粉土和粘性土地基可取14～28d。

本发明处理方案具有如下优点：

1.研发的适用于软弱地基加固的固化剂，能够很好地处理含有有机质的高压缩量、低强度的软弱土层，同时能将有毒有害物质固结在固化土中，且很难再次淋滤和溶出，有效避免了二次污染。

2.通过固化剂加固法对软弱地基进行加固处理，可以有效地提高地基承载力，减少地基沉降，节约工程造价。

3.施工简便灵活，施工速度快，可原位固化，占用场地少。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。