本发明属于土遗址加固技术领域，具体涉及一种土遗址裂隙修复方法。
背景技术：
在我国西北干旱半干旱地区，遗留了大量的土遗址，作为中国文化遗产的重要类型之一，这些土遗址具有极高的历史、科学、艺术和社会价值。然而由于当时建造工艺的局限以及长期受到自然和人为破坏的影响，在土遗址本体上产生了诸如裂隙、坍塌、掏蚀等一系列危及力学稳定性的病害，严重影响土遗址的安全赋存。其中，裂隙是对遗址体破坏最大的一种病害类型，裂隙的发育、发展会导致遗址体发生失稳变形破坏，最终引起坍塌或冲沟等多种病害。目前国内对于土遗址裂隙的治理，通常用运裂隙注浆修复的手段。通过对土遗址裂隙注浆，使浆液在裂隙中的结石体充填裂隙，改善裂隙部位的应力集中，提高遗址体的整体稳定性，并且阻断进入遗址体内部的通道，阻止雨水和其他有害物质进入遗址体内部，进而有效防止裂隙和其它病害的进一步发育，提高土遗址的稳定性和耐久性。
因此，对土遗址中裂隙的修补加固将有利于提高土遗址的整体性能，对土遗址的保护十分有利。传统的加固方法是，首先用沙土、碎石、或者土块充填裂隙，然后使用当地黏土配制的泥浆灌注裂隙，最后对形成的注浆结石体做旧。然而，由于普通泥浆耐久性极差，在干旱、大风或强降雨等恶劣的气候下极易发生二次破坏，严重影响修复效果，因此基于ps材料(模数3.8～4.0的硅酸钾)的注浆浆液(ps+遗址地黏土或ps+遗址地黏土+粉煤灰拌和的浆液)在西北地区土遗址裂隙修复工程中得到了广泛运用，配合传统的注浆工艺，结合图1所示，经过加固后的土遗址强度、水稳定性、耐久性和抗风蚀能力均得到明显改善。然而ps材料耐水性差，固结后脆性大，部分地区有“泛碱”现象，并且ps系列注浆材料收缩变形较大，与裂缝两侧土体壁面粘结不够牢固，产生干缩分异，生成微小裂隙，形成注浆结石体和土体“两张皮”的现象，长时间在大风、降雨等恶劣气候作用下，会逐渐使注浆体与裂缝两侧微小缝隙变大，最终生成新的裂缝，严重影响修复后土遗址的长期耐久性。
技术实现要素：
为了解决采用目前的常规方法进行土遗址裂隙修复时，存在注浆浆液的收缩性较大，注浆后易与裂隙两侧遗址土体产生干缩分异、浆液结石体与遗址土体的兼容协调性不理想问题，本发明提出了一种土遗址裂隙修复方法。该方法的具体步骤为：
步骤s1，润缝，采用1.5％的sh浆液对裂隙两侧的土体进行喷洒渗透；
步骤s2，配置注浆浆液，所述注浆浆液包括sh浆液和注浆材料，所述注浆材料包括cao、f和c，并且cao:f:c的质量比为3:2:5，所述sh浆液与所述注浆材料的质量比为0.50～0.56；其中，cao为生石灰，f为粉煤灰，c为当地黏土；
步骤s3，支模注浆，借助平板对裂隙的临空面进行封堵并在所述平板上设置注浆孔，通过所述注浆孔将所述注浆浆液注入裂隙中；其中，所述注浆孔贯穿平板连通裂隙与外界；
步骤s4，拆模补浆，待注浆浆液初凝后，将所有平板进行拆除，并且使用注浆浆液对注浆不密实的地方进行二次补浆；
步骤s5，做旧，待注浆浆液阴干后，采用由浓度为1.5％的sh浆液和遗址土调制的泥浆对注浆结石体的表面进行抹平做旧。
优选的，在所述步骤s3中，所述平板上设有多个注浆孔，并且多个注浆孔沿裂隙的高度方向间隔布置。
进一步优选的，在所述步骤s3中，由下向上依次通过各个注浆孔进行注浆操作；其中，在对下方注浆孔进行注浆操作的过程中，当相邻的上方注浆孔出现浆液溢出时，停止对该注浆孔的注浆操作，并对该注浆孔进行封堵，同时移至对上方注浆孔的注浆操作，以此类推完成所有注浆操作。
优选的，该土遗址裂隙修复方法还包括以下具体步骤：
步骤t1，开设桩孔；沿裂隙的高度方向由下向上依次在待修复土遗址的裂隙内开设多个桩孔；
步骤t2，设置注浆管；所述注浆管的外径尺寸与所述桩孔直径尺寸相同，并且所述注浆管的一端伸入所述桩孔内，另一端穿过平板伸至裂隙的外部；
步骤t3，配置石灰浆；所述石灰浆包括sh浆液和石灰料，并且sh浆液与石灰料的质量比为0.65～0.8；石灰料包括生石灰和遗址土，其中生石灰与遗址土的体积比为7：3～9:1；
步骤t4，成桩；通过注浆管将石灰浆注入桩孔，并将注浆管逐渐拔出；
其中，所述步骤t1和所述步骤t2位于所述步骤s1之前，所述步骤t3和所述步骤t4位于所述步骤s3和所述步骤s4之间。
优选的，在所述步骤t1中，所述桩孔位于裂隙宽度方向的中间位置，并且所述桩孔的直径尺寸为裂隙的宽度尺寸的50％～75％，相邻桩孔之间的距离为所述桩孔直径尺寸的2倍。
进一步优选的，在所述步骤t3中，sh浆液与石灰料的质量比为0.75，生石灰与遗址土的体积比为8:2。
优选的，在所述步骤t4中，待所述步骤s3中注浆浆液达到初凝状态后，拔出注浆管并将石灰浆注入桩孔中。
优选的，在所述步骤t3中，所述石灰浆中还包括聚丙烯纤维，并且所述聚丙烯纤维的质量占比为生石灰和遗址土总质量的0.5％。
优选的，在所述步骤t4中，将石灰浆在有压状态下注入桩孔中。
进一步优选的，在所述步骤t1中，所述桩孔采用斜向下设置，并且向下倾斜角度为10°～15°。
采用本发明的方法对土遗址裂隙进行修复具有以下有益效果：
1、在本发明中采用由sh浆液、生石灰、粉煤灰以及当地黏土组成的注浆浆液进行土遗址裂隙的注浆修复，并且通过对生石灰、粉煤灰以及当地黏土三者之间质量比的精准控制，使注浆结石体在成型过程中产生大概5％的体积膨胀效果，从而克服采用现有技术进行裂隙注浆时注浆结石体存在的严重收缩变形问题，实现注浆结石体与裂隙两侧土体之间的牢固粘结，真正实现对土遗址裂隙的注浆加固效果。
2、在本发明中通过在注浆结石体中加入石灰桩，借助石灰桩成型和养护过程中向四周产生的胀发对周围的注浆结石体产生挤密作用，从而使注浆结石体和裂隙两侧土体之间的结合更加挤密，增加注浆结石体与土体之间的粘结牢固力，进一步提高对土遗址裂隙的修复效果。
3、在本发明中首先进行注浆浆液的注浆，然后等注浆浆液达到初凝状态后再进行石灰浆的注浆。此时，处于初凝状态下的注浆浆液具有良好的可塑性，这样再进行石灰浆的注浆，就可以利用石灰浆在成桩的过程中对注浆浆液的初凝体进行挤密，并且在注浆浆液和石灰浆之间发生离子交换，提高两者之间结合的紧密性。同时，避免了在注浆浆液终凝状态下注入石灰浆时，石灰桩膨胀的应力无法对注浆浆液结石进行挤密，以及可能会导致石灰桩自身断裂的问题。
4、在本发明中通过对石灰浆成分的确定以及其中各个成分比例的调整控制，使石灰桩在成型过程中具有一定的胀发效果，并且通过添加聚丙烯纤维对成型石灰桩的脆性、抗压强度和抗拉强度进行平衡控制，从而保证石灰桩结构的稳定性，进而保证注浆结石体与土体的牢固结合，保证土遗址裂隙注浆加固的耐久性。
附图说明
图1为采用现有技术中由ps和遗址所在地黏土形成的裂隙修补材料对土遗址裂隙进行注浆修复后注浆结石体与裂隙两侧土体之间相互结合的效果图；
图2为实施例1中对土遗址裂隙进行修复的流程示意图；
图3为实施例1中对土遗址裂隙进行修复的设备安装示意图；
图4为实施例1中注浆后获得的注浆结石体与裂隙两侧土体相互结合的效果图；
图5为实施例2中对土遗址裂隙进行修复的流程示意图；
图6为实施例2中对土遗址裂隙进行修复时的剖面示意图；
图7为实施例2中拆模后获得的注浆结石体与裂隙两侧土体相互结合的效果图；
图8为实施例2中拆模后获得的注浆结石体与裂隙两侧土体相互结合位置的剖面示意图；
图9为对图1中的注浆结石体进行红外热成像仪检测获得的红外热成像照片；
图10为对实施例1中获得的注浆结石体进行红外热成像仪检测获得的红外热成像照片；
图11为对实施例2中获得的注浆结石体进行红外热成像仪检测获得的红外热成像照片。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例和对比例对本发明的技术方案进行详细介绍。
实施例1
结合图2和图3所示，采用本发明的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行土遗址修复的具体步骤为：
步骤s1，润缝。采用1.5％的sh浆液对待修复裂隙1两侧的土体2进行喷洒渗透，以加固裂隙1两侧的土体2。其中，在进行润缝前，可以预先对裂隙进行吹扫清洁，例如借助小型空压机对裂隙中的浮土和土渣进行清理，以提高后期注浆结石体的成型质量。
步骤s2，配置注浆浆液。注浆浆液包括sh浆液和注浆材料，并且sh浆液与注浆材料按质量比为0.50～0.56的比例均匀搅拌混合。注浆材料包括cao、f和c，并且cao:f:c的质量比为3:2:5，其中cao为生石灰，f为粉煤灰，c为当地黏土。
步骤s3，支模注浆。首先，借助平板3对裂隙的临空面进行封堵并在平板3上设置注浆孔31，其中注浆孔31贯穿平板3连通裂隙1与外界。接着，通过注浆孔31将注浆浆液注入裂隙1中，完成对裂隙1的注浆操作。
优选的，在本实施例中，采用泡沫板作为支模的平板，以减轻支模重量，降低对土体的负担以及施工强度。
此外，结合图3所示，在平板3上设有多个注浆孔31，并且多个注浆孔31沿裂隙1的高度方向由下向上依次间隔布置，分别为一号注浆孔、二号注浆孔、三号注浆孔……。此时，通过沿平板的高度方向设置多个注浆孔，可以在注浆过程中及时通过位于不同高度的注浆孔进行排气，从而降低注浆阻力，提高注浆效率。
进一步优选的，在注浆过程中，采用由下向上依次通过各个注浆孔31进行注浆的操作。首先，通过位于裂隙1最底部的一号注浆孔进行注浆操作，此时裂隙1中的空气通过上部的其他注浆孔31开始排出，当注浆浆液通过一号注浆孔上方相邻的二号注浆孔溢出时，停止注浆操作，并将一号注浆孔进行封堵。接着，通过二号注浆孔继续进行注浆，当注浆浆液通过二号注浆孔上方相邻的三号注浆孔溢出时，停止注浆操作，并将二号注浆孔进行封堵。然后，依次类推逐步通过各个注浆孔完成所有注浆操作。
此时，采用由下向上借助多个注浆孔进行分次注浆的操作，不仅可以对单次注浆的高度进行限制，避免采用底部一次注浆时所产生的注浆阻力，即避免随着注浆高度的增加而变大的阻力，从而提高注浆效率，而且还可以保证注浆过程对空气的有效排除，避免采用顶部一次注浆时出现浆液对空气的包裹，从而提高最终注浆结石体的成型质量。
步骤s4，拆模补浆。待注浆浆液初凝后，将所有平板3进行拆除，并且使用注浆浆液对注浆不密实的地方进行二次补浆。
步骤s5，做旧。结合图4所示，待注浆浆液阴干后，采用由浓度为1.5％的sh浆液和遗址土调制的泥浆对注浆结石体4的表面进行抹平做旧，从而完成对土遗址裂隙的修复。
实施例2
结合图5和图6所示，采用与实施例1相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别包括以下两点：
1)在步骤s1之前设有步骤t1和步骤t2：
步骤t1，开设桩孔。沿裂隙1的高度方向由下向上依次在待修复土遗址的裂隙1内开设多个桩孔5。其中，桩孔5的直径尺寸为裂隙1宽度尺寸的50％～70％，相邻桩孔5之间的距离为桩孔5直径尺寸的2倍。
步骤t2，设置注浆管。注浆管6的外径尺寸与桩孔5的直径尺寸相同，并且注浆管6的一端伸入桩孔5内，另一端穿过平板3伸至裂隙1的外部。在本实施例中，注浆管6选用外径为5cm的pvc管，并且通过缓慢旋转的方式逐渐伸至桩孔5内部，从而避免对桩孔5造成损坏，同时在裂隙1的外部预留15cm。
2)在步骤s3和步骤s4之间设有步骤t3和步骤t4：
步骤t3，配置石灰浆。石灰浆包括sh浆液和石灰料，并且sh浆液与石灰料按质量比0.75均匀搅拌混合。其中，石灰料包括生石灰和遗址土，并且生石灰与遗址土通过直径5mm的筛选后，按体积比8:2混合。
步骤t4，成桩。通过位于裂隙1外部的注浆管6将石灰浆注入桩孔5中，并且将注浆管6逐渐拔出，在注浆浆液中形成石灰桩7。
在完成步骤t3和步骤t4中石灰桩的制造后，再经过最终步骤s4的补浆和步骤s5的做旧处理后完成整个修复操作。
优选的，在本实施例中，待步骤s3中的注浆浆液达到初凝状态后，再进行步骤t4中的成桩操作，将注浆管6拔出并缓慢注入石灰浆。
处于初凝状态下的注浆浆液具有良好的可塑性，这样再进行石灰浆的注浆，不仅可以利用石灰浆在成桩的过程中对注浆浆液的初凝体进行挤密，并且在注浆浆液和石灰浆之间发生离子交换，提高两者之间结合的紧密性，而且可以利用此时注浆浆液的初成型状态，保持石灰浆注浆过程中桩孔形状的完整，从而保证形成外形规则的完整石灰桩。同时，也可以避免在注浆浆液终凝状态下注入石灰浆时，石灰桩膨胀的应力无法对注浆浆液结石进行挤密，以及可能会导致石灰桩自身断裂的问题
优选的，在步骤t3中进行石灰浆的配制时，石灰浆中还包括聚丙烯纤维，并且聚丙烯纤维的质量占比为生石灰和遗址土总质量的0.5％。此时，通过在石灰浆中加入一定比例的聚丙烯纤维，不仅可以降低石灰桩的脆性，而且可以提高石灰桩的抗拉和抗剪能力，从而保证石灰桩的顺利成型，进而保证石灰桩成型过程的稳定膨胀。
此外，结合图6所示，在本实施例中，将桩孔5采用斜向下设置，并且向下倾斜角度为10°～15°，这样在进行石灰浆的浇筑时，利用石灰浆的自身重力即可产生有压状态的浇筑，从而保证形成密实饱满的石灰桩。同样，在其他实施例中，也可以采用其他方式进行石灰浆的有压浇筑，例如借助注浆机等装置。
实施例3
采用与实施例2相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置石灰浆时，生石灰和遗址土的体积比为9:1。
实施例4
采用与实施例2相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置石灰浆时，生石灰和遗址土的体积比为7:3。
对比例1
采用与实施例1相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置注浆浆液时，cao:f:c的质量比为2:2:6。
对比例2
采用与实施例1相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置注浆浆液时，cao:f:c的质量比为1:2:7。
对比例3
采用与实施例1相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置注浆浆液时，cao:f:c的质量比为2:1:7。
对比例4
采用与实施例1相同的方法对宽度尺寸为5～10cm的土遗址裂隙进行注浆修复，其区别在于，配置注浆浆液时，cao:f:c的质量比为1:1:8。
接下来，对上述各个实施例和对比例中获得的注浆结石体进行性能检测和比对分析。
1)对现有技术(ps和遗址地黏土)、实施例1和实施例2中获得注浆结石体进行外观对比分析。
结合图1、图4、图7和图8所示，a)与现有技术相比较，采用实施例1和实施例2的方法对土遗址裂隙进行修复后获得的注浆结石体均与两侧的土体产生了良好的结合效果，不仅大幅度改善了现有技术中注浆结石体的严重收缩变形问题，而且使注浆结石体与裂隙两侧的土体壁面牢固粘结，真正的实现了对土遗址裂隙的修复目的；b)与实施例1相比较，通过在实施例2中设置石灰桩使实施例2中获得的注浆结石体与土体之间产生了更好的结合效果，实现了注浆结石体与裂隙两侧土体之间由表及里的紧密结合，大大提高对土遗址裂隙的修复效果，同时避免了采用实施例1的技术方案获得的注浆结石体与土体之间可能存在的微小缝隙问题，如图4中的a处所示。图4中的外漏微小缝隙虽然可以通过后期的二次补浆处理，但是在后期长时间的大风、降雨等恶劣气候作用下很可能会发生补浆脱落进而对土遗址造成二次破坏。
2)对经过养护的注浆结石体进行红外热成像检测，再次验证注浆结石体与土遗址的结合效果以及注浆结石体与遗址土体的兼容性。
对采用现有技术中ps和遗址地黏土形成的裂隙修补材料进行注浆修复获得注浆结石体进行红外热成像检测，得到如图9所示的红外热成像照片，对实施例1中获得的注浆结石体进行红外热成像检测，得到如图10所示的红外热成像照片，对实施例2中获得的注浆结石体进行红外热成像检测，得到如图11所示的红外热成像照片。
结合图9至图11所示可知，在实施例1和实施例2中获得的注浆结石体经过60天的养护之后，注浆结石体的检测温度与周围土体的检测温度大致相当，表明实施例1和实施例2中获得的注浆结石体与周围土体产生了良好的融合效果，两者兼容性很好，而采用现有技术获得的注浆结石体与周围土体之间的裂缝位置存在明显的温度差。此外，单独对比图10和图11可知，图11中的温度分布更加均匀，即实施例2中获得的注浆结石体在经过60天时间的养护之后与周围土体产生了更好的融合效果，基本融合为一体。
3)对实施例1、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4进行分析比较，并且获得表1所示的分析结果。其中，对比参数包括浆液稠度以及注浆结石体的膨胀度、抗压强度和抗拉强度。
表1
结合表1数据可知：a)在本发明中通过将注浆材料中cao:f:c质量比精准的控制为3:2:5，从而使注浆结石体的形成过程中产生体积增加的膨胀效果，从而解决现有技术中注浆结石体收缩变形的问题，实现注浆结石体与裂隙两侧土体的牢固结合，同时获得的注浆结石体具有较高的抗压强度和抗拉强度；b)在注浆材料中cao:f:c质量比为3:2:5的情况下，通过在0.50～0.56的范围内对sh浆液与注浆材料的质量比做进一步调整，获得了不同的浆液稠度、膨胀度、抗压强度和抗拉强度，从而在实际操作过程中，就可以根据不同工况之间的差异选择确定最终的sh浆液与注浆材料质量比，从而获得对土遗址裂隙修复的最佳实际效果。
4)对实施例1和实施例2分别进行修复前后的地基承载力贯入仪检测，并且获得如表2所示的检测结果。同时，将sh浆液与注浆材料之间的质量比划分为0.50、0.52、0.54和0.56进行对比检测。
表2
根据表2数据可知：a)无论是实施例1还是实施例2，当sh浆液与注浆材料的质量比在0.50～0.56的范围内时，裂隙修复后的土体贯入阻力较修复前的土体贯入阻力有明显的提高，即采用本发明的方法对土遗址裂隙进行修复后裂隙周边的土体强度获得改善提升；b)无论是实施例1还是实施例2，当sh浆液与注浆材料的质量比在0.50～0.56的范围内时，最终获得的注浆结石体的强度都要略大于周围土体的强度，从而符合和满足对土遗址裂隙进行注浆修复时的注浆材料要求；c)对比实施例1和实施例2，在采用相同sh浆液与注浆材料质量比的情况下，实施例2中获得的注浆结石体的贯入阻力要大于实施例1中获得的注浆结石体的贯入阻力，即实施例2中获得的注浆结石体具有更高的强度。
5)对实施例1和实施例2分别进行修复前后的声波仪检测，并且获得如表3所示的检测结果。同时，将sh浆液与注浆材料之间的质量比划分为0.50、0.52、0.54和0.56进行对比检测。
表3
根据表3数据可知：a)无论是实施例1还是实施例2，当sh浆液与注浆材料的质量比在0.50～0.56的范围内时，修复后的裂隙周围土体波速较修复前的裂隙周围土体波速有明显提升，即采用本发明的方法对土遗址裂隙进行修复后获得的注浆结石体对裂隙周围的土体产生了挤密效果，提高了注浆结石体与裂隙周围土体的结合性能；b)对比实施例1和实施例2，在采用相同sh浆液与注浆材料质量比的情况下，实施例2中修复后的裂隙周围土体波速大于实施例1中修复后的裂隙周围土体波速，即在实施例2中，在石灰桩成型过程产生的膨胀对注浆结石体产生挤密效果，进而提升了注浆结石体与裂隙周围的土体之间的挤密效果，实现了对土遗址裂隙修复效果的进一步提高。
6)对实施例2、实施例3和实施例4进行分析比较，并且获得表4所示的分析结果。其中，对比参数包括修复前桩孔直径和修复后石灰桩平均直径。
表4
根据表3数据可知：在本发明中，随着石灰浆中生石灰在配合比中所占体积的减小，最终获得的石灰桩的直径尺寸以及石灰桩的平均膨胀率也随之降低，但是，在实际操作过程中，随着生石灰所占配比的增加，不仅会造成石灰桩脆性的增加，而且会提高石灰浆的制备难度，例如生石灰的增加会造成石灰浆稠度的大幅度提升，影响对石灰浆的均匀搅拌。因此，优先选用体积比为8:2的生石灰和遗址土配比，这样既可以降低后期石灰桩成型后的脆性，而且也便于前期进行石灰浆的制备和注浆。同样，在实际操作过程中，也可以根据具体现场情况对生石灰和遗址土的配比进行调整改变，从而满足具体情况的要求。