一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基及其施工方法与流程

1.本发明涉及地基处理技术领域，且特别涉及一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基及其施工方法。


背景技术：

2.土体加固是对不能满足工程要求的人工填土或天然土体采用物理化学方法进行人工处理，从而改善其力学性质的工程措施。目前，一般采用水泥来进行土体的加固。但是水泥生产过程中碳排放量大，从而会对环境产生不利影响。
[0003]“碳达峰、碳中和”是我国绿色发展的必由之路。加快推进绿色建材产品认证和应用推广，加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用。”。工业废渣和尾矿渣等富含sio2、al2o3等潜在活性成分，具有很高的建材化利用价值，其绿色高效建材化利用已成为我国亟待研究解决的重大问题。此外，饱和软土为强度低压缩性高的软弱土层，其含水量较高。如能对其进行有效加固以满足不同建(构)筑物对地基承载力和变形的要求，对于提高建筑的安全系数和使用寿命等均具有深远的意义。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基及其施工方法，通过在饱和软土中预埋竖向排水体以及在地表铺设中粗砂水平排水体，并将单组分地聚物与饱和软土充分拌和，得到的固化后的单组分地聚物搅拌桩和周围固结的软土层以及中粗砂水平排水体共同作用，即可得到能共同承受上部荷载和实现变形协调的复合地基。
[0005]
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0006]
本发明提出一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基的施工方法，包括以下步骤：
[0007]
s1、获取原材料，并通过偏高岭土调节所述原材料中sio2和al2o3的比例，高温烧结后，得到烧结料，所述烧结料粉磨后掺加固体碱激发剂，得到单组分地聚物，其中，所述原材料包括金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉中的一种或多种；
[0008]
s2、在饱和软土中打入若干个竖向排水体，然后在地表铺设中粗砂水平排水体并压实至中密状态；
[0009]
s3、采用干粉喷射搅拌法将所述单组分地聚物加入若干个所述竖向排水体中心区域的饱和软土中并搅拌均匀，得到单组分地聚物搅拌桩；
[0010]
s4、所述单组分地聚物搅拌桩吸收饱和软土中的水分进行水化反应，得到结石体，所述结石体、所述饱和软土和所述中粗砂水平排水体共同作用，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0011]
本发明提出一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据上述的施工方法施工得到。
[0012]
本发明实施例的单组分地聚物加固饱和软土的复合地基及其施工方法的有益效
果是：
[0013]
1、本发明综合利用金属尾矿渣、矿渣、钢渣和建筑垃圾，将其磨细成微粉并掺加偏高岭土调节材料中的硅铝比，高温烧结和加入固体碱激发剂后，即可制备单组分地聚物。将其替代水泥用于加固土体，可降低水泥生产的碳排放，从而实现工业固废绿色建材化利用。
[0014]
2、单组分地聚物与饱和软土充分拌和后，在有效吸收土中水分的同时，其体积会产生膨胀，从而对周围软土产生膨胀力，进而挤压周围软土中的水并将其通过预埋的竖向排水体排到地表，最后再通过地表水平排水体排出场外。通过搅拌桩膨胀加载和竖向排水体排水可加快饱和软土排水固结速率。
[0015]
3、单组分地聚物搅拌桩固化后形成低强度桩，可与周边固结的软土层和地表铺设的水平排水体形成复合地基。在上部荷载作用后，原地表铺设的水平排水体可作为复合地基的褥垫层，以协调单组分地聚物搅拌桩和周边部分固结的土体共同作用。随上部荷载增加，低强度桩部分刺入褥垫层，而部分固结的软土继续通过排水体系排水固结，最终达到和搅拌桩共同承受上部荷载和实现变形协调。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]
图1为本发明的单组分地聚物搅拌桩呈正方形布置时的平面图；
[0018]
图2为本发明的单组分地聚物搅拌桩呈梅花形布置时的平面图；
[0019]
图3为本发明的单组分地聚物搅拌桩进行水化反应的剖视图一；
[0020]
图4为本发明的单组分地聚物搅拌桩进行水化反应的剖视图二；
[0021]
图5为本发明的单组分地聚物加固饱和软土的复合地基的剖视图。
具体实施方式
[0022]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0023]
下面对本发明实施例的单组分地聚物加固饱和软土的复合地基及其施工方法进行具体说明。
[0024]
参照图1～图5所示，本发明实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基的施工方法，包括以下步骤：
[0025]
s1、获取原材料，并通过偏高岭土调节所述原材料中sio2和al2o3的比例，高温烧结后，得到烧结料，所述烧结料粉磨后掺加固体碱激发剂，得到单组分地聚物，其中，所述原材料包括金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉中的一种或多种。
[0026]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述sio2和所述al2o3的质量比为2.5～3.25：1。
[0027]
进一步地，在本发明较佳实施例中，烧结温度为600～1200℃，烧结时间为3～4h。
[0028]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述烧结料粉磨后的比表面积为 350m2/kg～550m2/kg。
[0029]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述固体碱激发剂包括粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠；所述单组分地聚物中，所述粉状氢氧化钠的质量百分比为8～12％，所述粉状偏硅酸钠的质量百分比为10～15％。
[0030]
s2、参照图3～4所示，在饱和软土1中打入若干个竖向排水体2，然后在地表铺设中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0031]
参照图1和图2所示，进一步地，在本发明较佳实施例中，所述竖向排水体2为直径为9～11cm的袋装砂井或塑料排水带，若干个所述竖向排水体2呈正方形或梅花形布置，且相邻两个所述竖向排水体2的水平间隔为1～1.5m，深度可根据加固土层的厚度来确定。其竖向位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。
[0032]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述中粗砂水平排水体3的厚度为0.5～1m。
[0033]
s3、参照图1和图2所示，采用干粉喷射搅拌法将所述单组分地聚物加入若干个所述竖向排水体2中心区域的饱和软土1中并搅拌均匀，得到单组分地聚物搅拌桩4。其中，干粉喷射搅拌法可采用“一喷二搅”或“二喷三搅”的施工工艺，从而使得单组分地聚物与饱和软土1搅拌均匀。
[0034]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述单组分地聚物与所述饱和软土1的质量比为0.15～0.25:1。
[0035]
s4、参照图5所示，所述单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土1中的水分进行水化反应，得到结石体，所述结石体、所述饱和软土1和所述中粗砂水平排水体3共同作用，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。在水化反应过程中，单组分地聚物搅拌桩4的体积膨胀10～25％。该膨胀力挤压周边土体，一方面使土体密实度增加，另一方面其产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。其中，土体中的水通过预埋的竖向排水体排2到地表，最后再通过地表的中粗砂水平排水体3即可排出场外。
[0036]
由于单组分地聚物搅拌桩4的吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，原地表铺设的0.5～1m厚的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。在上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土则继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，即可得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0037]
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述单组分地聚物与所述水分的质量比为1:0.35～0.5，所述结石体的强度为0.8～2.5mpa。
[0038]
本发明还提供了一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据上述的施工方法施工得到。
[0039]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0040]
实施例1
[0041]
本实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据以下施工方
法施工得到：
[0042]
(1)单组分地聚物制备：以金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉等工业固废为原材料，并通过偏高岭土调节组分中的硅铝比(sio2：al2o3) 为3.25，然后在1200℃下烧结3h，得到烧结料。将该烧结料粉磨至比表面积350m2/kg后与粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠混合均匀，得到单组分地聚物。其中，在单组分地聚物中，粉状氢氧化钠的质量百分比为12％，粉状偏硅酸钠的质量百分比为10％。
[0043]
(2)排水体施工：在饱和软土1中打入正方形布置的竖向排水体2。其中，竖向排水体2为直径10cm袋装砂井或塑料排水带，其水平间隔1m，竖向排水体2位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。然后在地表铺设 1m中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0044]
(3)搅拌桩施工：在正方形布置的竖向排水体2中心区域，以与被加固饱和软土质量比15％的掺量将单组分地聚物搅拌到加固土层中，采用干粉喷射搅拌法使单组分地聚物与饱和软土1搅拌均匀，形成单组分地聚物搅拌桩4。
[0045]
(4)搅拌桩膨胀挤密土体和加速排水固结：单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土1中的水分进行水化反应，得到2.5mpa强度的结石体。其中，吸水量为单组分地聚物质量的35％。水化反应过程中体积膨胀，其膨胀力挤压周边土体，不仅使土体密实度增加，而且产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。
[0046]
(5)形成复合地基：结石体与周边达到一定固结度的软土形成复合地基，由于单组分地聚物搅拌桩4吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土的强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，铺设在地表的厚度为1m的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0047]
实施例2
[0048]
本实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据以下施工方法施工得到：
[0049]
(1)单组分地聚物制备：以金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉等工业固废为原材料，并通过偏高岭土调节组分中的硅铝比(sio2：al2o3) 为2.5，然后在1200℃下烧结3h，得到烧结料。将该烧结料粉磨至比表面积550m2/kg后与粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠混合均匀，得到单组分地聚物。其中，在单组分地聚物中，粉状氢氧化钠的质量百分比为12％，粉状偏硅酸钠的质量百分比为10％。
[0050]
(2)排水体施工：在饱和软土1中打入正方形布置的竖向排水体2。其中，竖向排水体2为直径10cm袋装砂井或塑料排水带，其水平间隔1m，竖向排水体2位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。然后在地表铺设 1m中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0051]
(3)搅拌桩施工：在正方形布置的竖向排水体2中心区域，以与被加固饱和软土质量比15％的掺量将单组分地聚物搅拌到加固土层中，采用干粉喷射搅拌法使单组分地聚物与饱和软土1搅拌均匀，形成单组分地聚物搅拌桩。
[0052]
(4)搅拌桩膨胀挤密土体和加速排水固结：单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土1中的水分进行水化反应，得到2.1mpa强度的结石体。其中，吸水量为单组分地聚物质量的
35％。水化反应过程中体积膨胀，其膨胀力挤压周边土体，不仅使土体密实度增加，而且产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。
[0053]
(5)形成复合地基：结石体与周边达到一定固结度的软土形成复合地基，由于单组分地聚物搅拌桩4吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土的强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，铺设在地表的厚度为1m的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0054]
实施例3
[0055]
本实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据以下施工方法施工得到：
[0056]
(1)单组分地聚物制备：以金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉等工业固废为原材料，并通过偏高岭土调节组分中的硅铝比(sio2：al2o3) 为3.25，然后在600℃下烧结3h，得到烧结料。将该烧结料粉磨至比表面积350m2/kg后与粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠混合均匀，得到单组分地聚物。其中，在单组分地聚物中，粉状氢氧化钠的质量百分比为8％，粉状偏硅酸钠的质量百分比为15％。
[0057]
(2)排水体施工：在饱和软土1中打入梅花形布置的竖向排水体2。其中，竖向排水体2为直径10cm袋装砂井或塑料排水带，其水平间隔1m，竖向排水体2位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。然后在地表铺设 1m中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0058]
(3)搅拌桩施工：在正方形布置的竖向排水体2中心区域，以与被加固饱和软土质量比15％的掺量将单组分地聚物搅拌到加固土层中，采用干粉喷射搅拌法使单组分地聚物与饱和软土1搅拌均匀，形成单组分地聚物搅拌桩4。
[0059]
(4)搅拌桩膨胀挤密土体和加速排水固结：单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土中的水分进行水化反应，得到2mpa强度的结石体。其中，吸水量为单组分地聚物质量的35％。水化反应过程中体积膨胀，其膨胀力挤压周边土体，不仅使土体密实度增加，而且产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。
[0060]
(5)形成复合地基：结石体与周边达到一定固结度的软土形成复合地基，由于单组分地聚物搅拌桩4吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土的强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，铺设在地表的厚度为1m的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0061]
实施例4
[0062]
本实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据以下施工方法施工得到：
[0063]
(1)单组分地聚物制备：以金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉等工业固废为原材料，并通过偏高岭土调节组分中的硅铝比(sio2：al2o3) 为3.25，然后在1200℃下烧结3h，
得到烧结料。将该烧结料粉磨至比表面积350m2/kg后与粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠混合均匀，得到单组分地聚物。其中，在单组分地聚物中，粉状氢氧化钠的质量百分比为12％，粉状偏硅酸钠的质量百分比为10％。
[0064]
(2)排水体施工：在饱和软土1中打入正方形布置的竖向排水体2。其中，竖向排水体2为直径10cm袋装砂井或塑料排水带，其水平间隔1.5m，竖向排水体2位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。然后在地表铺设 1m中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0065]
(3)搅拌桩施工：在正方形布置的竖向排水体2中心区域，以与被加固饱和软土质量比25％的掺量将单组分地聚物搅拌到加固土层中，采用干粉喷射搅拌法使单组分地聚物与饱和软土搅拌均匀，形成单组分地聚物搅拌桩4。
[0066]
(4)搅拌桩膨胀挤密土体和加速排水固结：单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土1中的水分进行水化反应，得到0.8mpa强度的结石体。其中，吸水量为单组分地聚物质量的35％。水化反应过程中体积膨胀，其膨胀力挤压周边土体，不仅使土体密实度增加，而且产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。
[0067]
(5)形成复合地基：结石体与周边达到一定固结度的软土形成复合地基，由于单组分地聚物搅拌桩4吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土的强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，铺设在地表的厚度为1m的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0068]
实施例5
[0069]
本实施例提供的一种单组分地聚物加固饱和软土的复合地基，其根据以下施工方法施工得到：
[0070]
(1)单组分地聚物制备：以金属尾矿渣、矿渣、钢渣、建筑垃圾微粉等工业固废为原材料，并通过偏高岭土调节组分中的硅铝比(sio2：al2o3) 为2，然后在1200℃下烧结3h，得到烧结料。将该烧结料粉磨至比表面积 350m2/kg后与粉状氢氧化钠和粉状偏硅酸钠混合均匀，得到单组分地聚物。其中，在单组分地聚物中，粉状氢氧化钠的质量百分比为12％，粉状偏硅酸钠的质量百分比为10％。
[0071]
(2)排水体施工：在饱和软土1中打入正方形布置的竖向排水体2。其中，竖向排水体2为直径10cm袋装砂井或塑料排水带，其水平间隔1m，竖向排水体2位置偏差小于5cm，垂直度偏差不超过1％。然后在地表铺设 0.5m中粗砂水平排水体3并压实至中密状态。
[0072]
(3)搅拌桩施工：在正方形布置的竖向排水体2中心区域，以与被加固饱和软土质量比25％的掺量将单组分地聚物搅拌到加固土层中，采用干粉喷射搅拌法使单组分地聚物与饱和软土1搅拌均匀，形成单组分地聚物搅拌桩4。
[0073]
(4)搅拌桩膨胀挤密土体和加速排水固结：单组分地聚物搅拌桩4吸收饱和软土中的水分进行水化反应，得到1.5mpa强度的结石体。其中，吸水量为单组分地聚物质量的35％。水化反应过程中体积膨胀，其膨胀力挤压周边土体，不仅使土体密实度增加，而且产生的超孔隙水压力可以加快排水及软土固结速率。
[0074]
(5)形成复合地基：结石体与周边达到一定固结度的软土形成复合地基，由于单组
分地聚物搅拌桩4吸水和膨胀双重作用，使得达到一定固结度的软土的强度提高，变形量降低，从而可与结石体共同作用。此时，铺设在地表的厚度为0.5m的、中密状态的中粗砂水平排水体3成为复合地基的褥垫层。上部荷载作用后，单组分地聚物搅拌桩4和周边软土需要变形协调，承载力更大、变形更小的单组分地聚物搅拌桩4刺入褥垫层，而承载力更小、变形更大的周边软土继续排水固结，强度进一步提高、变形进一步降低，直至二者与上部荷载达到静力平衡和变形协调状态，得到单组分地聚物加固饱和软土的复合地基。
[0075]
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。