一种加固深埋土遗址的加固剂及其施工方法与流程

本发明涉及了一种加固深埋土遗址的加固剂及其施工方法，属于文化遗产保护和土木工程交叉技术领域。

背景技术：

在南方潮湿环境下古遗址的发掘面临很多难题，尤其是针对埋深比较深的遗址来说，需要设置支护的同时考虑尽量减少对遗址环境的影响。在位于中国浙江省余姚三七市镇的井头山遗址发掘工程中，遇到需要加固钢结构支护之间的黄土的问题。而现在敦煌研究所教授团队已经研发的ps系列加固剂是针对北方干燥地区以石窟为代表的土遗址，在南方潮湿环境下并不适用；北京大学教授团队研发的非水分散加固剂(丙烯酸树脂及硅丙树脂)存在改变土壤酸碱度又不环保的缺点(溶剂易挥发)；浙大教授团队研发的rtv有机硅材料加固剂工艺复杂、价格昂贵，存在无法大量使用和推广的问题。因此开发一种能够有效提高土的力学性能，不改变遗址酸碱环境并能够批量生产、经济的加固剂具有重要的意义。

技术实现要素：

为了解决南方土壤环境偏酸性，市面上已有的加固剂存在不适用、价格昂贵、工艺复杂及无法大范围推广的问题，为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种可以批量生产用于南方潮湿环境深埋土遗址的加固剂及其施工方法。该加固剂不仅可以明显提高土壤的强度，而且制备方法简单方便。

本发明的技术方案如下：

一、一种加固深埋土遗址的加固剂：

所述的遗址加固剂是以黄土和糯米粉为主要原料、以糯米粉掺混黄土方式制备构成，糯米粉掺混黄土的比例为黄土质量的2％～3％。具体实施中是由黄土和糯米粉混合而成。

所述在遗址周围钻孔取样，测定各土层及地下水酸碱度情况。

所述的加固剂中，糯米粉掺混的质量比例根据当地土层酸碱度情况设置调整：

若当地土层酸碱度ph值在5.0以下，则采用混合质量比例为3％糯米粉；

若当地土层酸碱度ph值在6.3～5.0之间，则采用混合质量比例为2.5％糯米粉；

若当地土层酸碱度ph值在6.3以上，则采用混合质量比例为2％糯米粉。

所述的遗址加固剂是仅由黄土和糯米粉直接混合加水后搅拌均匀而成。

二、一种使用上述加固剂的具体施工方法：

所述施工方法包括以下步骤，如图1所示：

步骤一：在遗址周围取样，测定各土层及地下水酸碱度情况，根据酸碱度情况由黄土-糯米粉混合配置搅拌获得加固剂，如图1(1)所示；

步骤二：采用挖机开挖沟槽至所需深度，槽宽视设计钢板桩间距而定且要考虑后续机械设备入场的最小宽度，如图1(2)所示；

步骤三：在沟槽中采用机械手插钢板桩，如图1(3)所示；

步骤四：在前后钢板桩之间高压旋喷引孔，灌入加固剂，即已经搅拌好的黄土-糯米粉混合物，如图1(4)所示；

步骤五：机械振捣，振捣次数根据遗址基坑深度调整控制，如图1(5)所示；

步骤六：挖机入场开挖土方至标高位置，如图1(6)所示；

步骤七：割除钢板桩上部多余型钢，如图1(7)所示。

所述的加固剂采用跳孔施工方法，如图2所示，减少施工对桩周土的影响。

在遗址基坑加固工程时，灌入加固剂振捣，所述步骤五中的振捣次数根据遗址基坑深度调整；

当遗址基坑深度在4m以内，则一次振捣，每次锤击10下；

当遗址基坑深度在4m～6m范围，则分两次振捣，每次锤击10下；

当遗址基坑深度在6m～9m范围，则分两次振捣，每次锤击15下；

当遗址基坑深度在9m以上，则分三次振捣，每次锤击15下。

本发明技术效果：该工法本质上是软土地基处理方法，以提高软粘土考古基坑围壁的支撑性为目的。南方潮湿地区的考古基坑以2～4米比较普遍，也有4米以上比较棘手的深基坑。因为考古工作特殊性，需要露天作业，所以一旦遇到雨季台风季，围壁的支撑性就很重要。但是秉持尽量少破坏文物环境的原则考虑，这种考古工地一般是不允许打混凝土连续墙或者桩基，只能使用破坏力较小的钢板桩等支撑结构。考虑到经济性，提高结构整体支撑性最佳的办法就是将黄土掺混糯米粉填充在钢板桩之间以增加整体支撑结构的抗倾覆力和承载力。

与现有的加固剂相比，本发明的加固剂具有如下的优点及功效：

(1)加固效果好，本发明的遗址加固剂在室内试验的结果中，中性酸碱环境下180天25°温度养护下试件无侧线抗压强度提高了76.9％，弱酸性环境下(土壤浸出液ph为5.35)抗剪强度提高了10.4％。

(2)制备方便，施工方法简单规范，本发明的加固剂只需将黄土、糯米粉按照质量比配好后搅拌均匀，操作简单快捷易上手，不干扰现场施工。

(3)符合经济环保原则，建筑用黄土及糯米粉也便于购买，对环境无污染；同时，各材料成本低廉，具有较好的经济效益。

(4)工法易于推广且在南方地区有普适性，南方地区气候潮湿且呈弱酸性，改加固剂适用于当地土质且不破坏酸碱环境，符合遗址保护的基本原则。

综合来说，本发明的加固剂加固效果好，制备方便且不改变遗址所处化学环境。所述施工方法简单规范，符合经济环保的原则，并易于推广，具有较好的经济效益。

附图说明

图1是本发明施工方法示意图；

图1(1)是本发明施工方法的步骤一示意图；

图1(2)是本发明施工方法的步骤二示意图；

图1(3)是本发明施工方法的步骤三示意图；

图1(4)是本发明施工方法的步骤四示意图；

图1(5)是本发明施工方法的步骤五示意图；

图1(6)是本发明施工方法的步骤六示意图；

图1(7)是本发明施工方法的步骤七示意图；

图2是本发明施工方法的跳孔施工示意图；

图3是本发明加固剂试样展示图；

图3(1)是实施例1中不同糯米粉配比的试样展示图；

图3(2)是实施例2中不同乙酸浓度试样浸泡展示图；

图4是不同养护条件下，不同糯米粉配比试样无侧限抗压强度试验结果图；

图4(1)是7天养护条件下，不同糯米粉配比试样无侧限抗压强度试验结果图；

图4(2)是30天养护条件下，不同糯米粉配比试样无侧限抗压强度试验结果图；

图4(3)是90天养护条件下，不同糯米粉配比试样在无侧限抗压强度试验结果图；

图4(4)是180天养护条件下，不同糯米粉配比试样无侧限抗压强度试验结果图；

图5是不同糯米粉配比条件下，试样在不同乙酸浓度中的抗剪强度图；

图5(1)是0％糯米粉配比条件下，试样在不同乙酸浓度中的抗剪强度图；

图5(2)是1％糯米粉配比条件下，试样在不同乙酸浓度中的抗剪强度图；

图5(3)是2％糯米粉配比条件下，试样在不同乙酸浓度中的抗剪强度图；

图5(4)是3％糯米粉配比条件下，试样在不同乙酸浓度中的抗剪强度图；

具体实施方式

以下配合本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

实施例1：室内试验1

在工地上取常见黄土土样。先将土样彻底烘干后碾碎过2mm筛子，达到去除杂质的效果，黄土土样基本参数参照表1所示。

表1

然后按照最佳含水率依次加水，分别与1％，2％，3％，4％，5％糯米粉混合后搅拌均匀制备成，分三层击打压实后装入模具中(每次击打90次)，用脱模机脱模得到土柱试样。制备得到的圆柱试样尺寸为φ100mm×200mm如图3(1)所示。在标准环境下分别养护7天、30天、90天、180天后进行无侧限抗压强度试验。

本实施例的结果说明，本发明的加固剂，在酸碱度为中性的环境中对于2％糯米粉配比的试样力学性能提升最佳，在7天、30天、90天、180天的无侧限抗压强度分别提高了46.15％、50.67％、73.47％、76.86％；对于1％糯米粉配比的试样，180天养护后的无侧限抗压强度提高了30.17％；对于3％糯米粉配比的试样180天的无侧限抗压强度提高了5.79％；对于4％糯米粉配比的试样及5％糯米粉配比的试样效果较差，无侧限抗压强度反而有所减小，结果如图4所示。

实施例2：室内试验2

制备乙酸溶液污染后试样，用φ61.8mm×20mm的环刀切取原黄土试样并编号。乙酸溶液采用30％浓度乙酸溶液稀释而得。乙酸溶液浓度分别设置为0.5mol/l、1.0mol/l、2.0mol/l来模拟南方酸性土壤环境。将环刀切取的试样顶部与底面均依次放置滤纸、透水石，然后用宽皮筋由顶至底将试样十字捆扎。将其分别置入乙酸浓度为0.5mol/l、1.0mol/l、2.0mol/l的溶液并设置蒸馏水对照组，每组试样为4个，见图3(2)所示。浸泡五天后可视为试样被酸液完全污染然后放置在阴凉处晾干，其土壤浸出液ph值分别为6.32，5.35和4.58。将试样进行固结快剪试验。

本实施例的结果说明，本发明的加固剂，对于2％糯米粉配比的试样，在乙酸浓度为0.0mol/l、0.5mol/l、1.0mol/l、2.0mol/l的粘聚力分别提高了14.36％、36.00％、40.71％、56.76％，内摩擦角分别提高了6.16％、5.59％、6.67％、7.38％；对于1％糯米粉配比的试样，粘聚力最多提高了28.17％，内摩擦角最多提高了5.52％；对于3％糯米粉配比的试样，粘聚力最多提高了68.72％，内摩擦角最多提高了9.04％，结果如图5所示。

实施例3：余姚井头山遗址

余姚井头山遗址位于中国浙江省余姚三七市镇(30°01'30”n，121°21'36”e)，文化遗迹埋深达6.8～11.0米，是浙江省乃至全国都比较罕见的高埋深贝丘遗址。按照本专利所提工法，使用黄土掺混2％～3％糯米粉填充钢板桩之间施工，经过2年时间发掘，可以在裸露在外的钢板桩之间取黄土样本进行分析，其单轴无侧线抗压强度比素黄土重塑样高70％，抗剪强度比素黄土重塑样高20％。

本实施例的结果说明，本发明的加固剂具有显著的加固土体的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。