一种基于密度设计的流态固化土配合比设计方法与流程

1.本技术属于海洋桩基加固工程技术领域，尤其是涉及一种基于密度设计的流态固化土配合比设计方法。


背景技术：

2.海上风电桩基周围由于水流的侵蚀作用，致使桩基周围海床受到强烈的冲刷作用，形成冲刷坑，极大程度上降低了桩基承载力、增加了桩基倾覆力矩和风机水平位移，给风机基础带来极大的安全隐患。固化土防护技术由于其资源充足、价格低等特点，近年来，已经成为海上风电单桩、群桩防冲刷的主流防护手段。
3.由于海上风电桩基基础防冲刷施工的特殊性，为避免固化土密度过高，导致固化土吹填施工时，造成海床面淤泥被翻起的问题，因此固化土的密度指标已然成为固化土设计时的关键因素。海床面的淤泥密度一般介于1500-1800kg/m3之间，为保证固化土吹填施工的工程质量，需要求配制的流态固化土密度小于1500kg/m3，但现有的固化土配合比设计过程中，未从密度角度进行固化土的配合比设计，导致制备出的固化土，其密度在较大范围内波动，难以保证固化土吹填工程的施工质量。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的缺点或不足，本技术要解决的技术问题是提供一种基于密度设计的流态固化土配合比设计方法。
5.为解决上述技术问题，本技术通过以下技术方案来实现：
6.本技术提出了一种基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，包括：
7.确定流态固化土的设计密度；
8.基于流动性需求，确定流态固化土的水固比；
9.基于强度需求，确定流态固化土的水泥掺入比和固化剂掺入比；
10.获得相应的水、水泥、固化剂和湿土的掺量。
11.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，基于流态固化土的设计密度ρ
设
，水固比r，水泥掺入比r
水泥
，获得每方固化土中所述水泥的掺量m
水泥
。
12.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，
13.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，基于流态固化土的设计密度ρ
设
，水固比r，固化剂掺入比r
固化剂
，获得每方固化土中所述水泥的掺量m
固化剂
。
14.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，
15.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，基于流态固化土的设计密度ρ
设
，水固比r，固化剂掺入比r
固化剂
，水泥掺入比r
水泥
，湿土的含水率r
湿土含水
，获得每方固化土中所述湿土的掺量m
水
。
16.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，
17.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，基于流态固化土的设计密度ρ
设
，水泥的掺量m
水泥
，固化剂的掺入m
固化剂
，湿土的掺量m
湿土
，获得每方固化土中水的掺量m
水
。
18.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，m
水
＝ρ
设
×
1-m
水泥-m
固化剂-m
湿土
。
19.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，所述流态固化土的水固比在0.5-0.7之间；进一步地，所述流态固化土的水固比在0.5-0.6之间。
20.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-15％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-14％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-13％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-12％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-11％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-10％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-9％之间；进一步地，所述流态固化土的水泥掺入比在7％-8％之间。
21.可选地，上述的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，其中，所述流态固化土的固化剂掺入比在2％-5％之间；进一步地，所述流态固化土的固化剂掺入比在2％-4％之间；进一步地，所述流态固化土的固化剂掺入比在3％-4％之间。
22.与现有技术相比，本技术具有如下技术效果：
23.本技术创新性地从密度角度进行流态固化土的配合比设计，可有效保证制备出的流态固化土密度的合理性和准确性，使得制备出的流态固化土的密度低于海上吹填工程海床面淤泥的密度，进而保证流态固化土吹填工程的施工质量。
24.本技术根据流态固化土的设计密度，计算出每方固化土浆液的总质量，而后根据水固比，计算出每方固化土中干料和水的质量。由于干料中主要包含水泥、固化剂和干土三种物质，因此可根据水泥掺入比和固化剂掺入比计算出每方固化土干料中水泥、固化剂以及干土的掺量。但在固化土的施工过程中，一般用湿土进行固化土的制备，因此根据计算出的每方固化土中干土的掺量以及用于进行固化土制备的湿土的含水率，就可以计算出每方固化土中湿土的掺量。因此，每方固化土的总质量减去水泥、固化剂和湿土的掺量，即可得每方固化土中水的掺量。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1：本技术一实施例基于密度设计的流态固化土配合比设计方法的流程图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.实施例1
29.某海上桩基基坑流态固化土吹填工程，其海床面淤泥的密度为1500kg/m3，用于基坑固化回填的湿土含水率为60％，为满足流态固化土吹填工程的施工需求，需配制坍落度不低于180mm、28d无侧限抗压强度不低于400kpa、密度不大于1450kg/m3的流态固化土，
30.可参见图1所示，具体地配制方法如下：
31.第一步：确定需配制的流态固化土的密度，由于流态固化土的密度需低于海床面淤泥的密度，故设计该流态固化土的密度为1450kg/m3；
32.第二步：根据流态固化土的坍落度指标，进行不同水固比条件下流态固化土的适配，根据适配的流态固化土坍落度测定结果，设定该流态固化土的水固比为0.6；
33.第三步：根据流态固化土的28d无侧限抗压强度指标，进行不同水泥掺量和固化剂掺量下流态固化土的适配，根据强度测定结果，设定该流态固化土的水泥掺入比为8％，固化剂掺入比为2％；
34.第四步：进行每方流态固化土中水泥掺量的计算，根据公式(1)计算出每方流态固化土中水泥的掺量为72.5kg；
35.第五步：进行每方流态固化土中固化剂掺量的计算，根据公式(2)计算出每方流态固化土中固化剂的掺量为18.1kg；
36.第六步：进行每方流态固化土中湿土掺量的计算，根据公式(3)计算出每方流态固化土中湿土的掺量为1305kg；
37.第七步，进行每方流态固化土中水掺量的计算，根据公式(4)m
水
＝ρ
设
×
1-m
水泥-m
固化剂-m
湿土
计算出每方流态固化土中水的掺量为54.4kg。
38.因此，该工程需求下，按本实施例公开的配合比设计方法，每方流态固化土的配合比为水泥：固化剂：湿土：水的掺量分别为72.5：18.1：1305：54.4kg。
39.实施例2
40.某海上桩基基坑流态固化土吹填工程，其海床面淤泥的密度为1550kg/m3，用于基坑固化回填的湿土含水率为80％，为满足流态固化土吹填工程的施工需求，需配制坍落度不低于200mm、28d无侧限抗压强度不低于400kpa、密度不大于1500kg/m3的流态固化土。
41.可参见图1所示，具体地配制方法如下：
42.第一步：确定需配制的流态固化土的密度，由于流态固化土的密度需低于海床面淤泥的密度，故设计该流态固化土的密度为1500kg/m3；
43.第二步：根据流态固化土的坍落度指标，进行不同水固比条件下流态固化土的适配，根据适配的流态固化土坍落度测定结果，设定该流态固化土的水固比为0.7；
44.第三步：根据流态固化土的28d无侧限抗压强度指标，进行不同水泥掺量和固化剂掺量下流态固化土的适配，根据强度测定结果，设定该流态固化土的水泥掺入比为10％，固化剂掺入比为4％；
45.第四步：进行每方流态固化土中水泥掺量的计算，根据公式(1)计算出每方流态固化土中水泥的掺量为88.2kg；
46.第五步：进行每方流态固化土中固化剂掺量的计算，根据公式(2)计算出每方流态固化土中固化剂的掺量为35.3kg；
47.第六步：进行每方流态固化土中湿土掺量的计算，根据公式(3)计算出每方流态固化土中湿土的掺量为1365.9kg；
48.第七步，进行每方流态固化土中水掺量的计算，根据公式(4)m
水
＝ρ
设
×
1-m
水泥-m
固化剂-m
湿土
计算出每方流态固化土中水的掺量为10.6kg。
49.因此，该工程需求下，按本发明公开的配合比设计方法，每方流态固化土的配合比为水泥：固化剂：湿土：水的掺量为88.2：35.3：1365.9：10.6kg。
50.实施例3
51.某海上桩基基坑流态固化土吹填工程，其海床面淤泥的密度为1600kg/m3，用于基坑固化回填的湿土含水率为40％，为满足流态固化土吹填工程的施工需求，需配制坍落度不低于170mm、28d无侧限抗压强度不低于400kpa、密度不大于1550kg/m3的流态固化土。
52.可参见图1所示，具体地配制方法如下：
53.第一步：确定需配制的流态固化土的密度，由于流态固化土的密度需低于海床面淤泥的密度，故设计该流态固化土的密度为1550kg/m3；
54.第二步：根据流态固化土的坍落度指标，进行不同水固比条件下流态固化土的适配，根据适配的流态固化土坍落度测定结果，设定该流态固化土的水固比为0.5；
55.第三步：根据流态固化土的28d无侧限抗压强度指标，进行不同水泥掺量和固化剂掺量下流态固化土的适配，根据强度测定结果，设定该流态固化土的水泥掺入比为7％，固化剂掺入比为3％；
56.第四步：进行每方流态固化土中水泥掺量的计算，根据公式(1)计算出每方流态固化土中水泥的掺量为72.3kg；
57.第五步：进行每方流态固化土中固化剂掺量的计算，根据公式(2)计算出每方流态固化土中固化剂的掺量为31kg；
58.第六步：进行每方流态固化土中湿土掺量的计算，根据公式(3)计算出每方流态固化土中湿土的掺量为1302kg；
59.第七步，进行每方流态固化土中水掺量的计算，根据公式(4)m
水
＝ρ
设
×
1-m
水泥-m
固化钢-m
湿土
计算出每方流态固化土中水的掺量为144.7kg。
60.因此，该工程需求下，按本发明公开的配合比设计方法，每方流态固化土的配合比为水泥：固化剂:湿土：水的掺量为72.3：31：1302：144.7kg。
61.经测定，3个实施例所配制的流态固化土性能如表1所示。
62.表1不同实施例的流态固化土性能对比表
[0063][0064]
由表1可知，本技术公开的基于密度设计的流态固化土配合比设计方法，密度设计精度高，密度的实测值与设计值间的误差小，能够充分保证所制备的流态固化土满足工程需求。
[0065]
本技术创新性地从密度角度进行流态固化土的配合比设计，可有效保证制备出的流态固化土密度的合理性和准确性，使得制备出的流态固化土的密度低于海上吹填工程海床面淤泥的密度，进而保证流态固化土吹填工程的施工质量。因此，本技术具有广阔的市场应用前景。
[0066]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本技术进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本技术的权利要求范围内。