固化剂处理软弱土地基的施工方法.pdf

本发明涉及一种固化剂处理软弱土地基的施工方法，先将固化剂与适当比例的水混合配制成浆液，浆液水灰比范围为0.4～1.5，用水可以是河湖水或海水，再将浆液输送至地基施工位置的搅拌机械，将浆液直接注入到高含水率软弱土中，同时利用搅拌机械直接就地搅拌至浆液与整个软弱土地基层均匀混合，固结形成固结体。采用本施工方法形成的固结体不但承载强度高，而且可经受海水或河湖水的浸泡与冲刷；可将淤泥和粉细砂在不排水条件下，原地固结；在节省运力资源，减少公路维护成本，减少开山破石对环境的破坏，加速工程建设等方面产生的社会效益更加巨大。

1.  一种固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：先将固化剂与适当比例的水混合配制成浆液，浆液水灰比范围为0.4～1.5，即浆液中水的重量与固形物的重量百分比范围为40％～150％，用水可以是河湖水或海水，再将浆液输送至地基施工位置的搅拌机械，将浆液直接注入到高含水率软弱土中，同时利用搅拌机械直接就地搅拌至浆液与整个软弱土地基层均匀混合，固结形成固结体。

2.  根据权利要求1所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：配制所述浆液还包括有外加剂，外加剂是商用水泥缓凝剂或水泥早强剂的一种或其混合物，固化剂及水与外加剂混合配制成浆液。

3.  根据权利要求1或2所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：所述软弱土为高含水率的淤泥或高含饱和水量的粉细砂；淤泥含水率范围在50～150％重量百分比，粉细砂含饱和水范围在20～40％重量百分比，粉细砂含粉粘粒土量在6～30％重量百分比。

4.  根据权利要求3所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：所述固化剂是粉剂和液剂，当软弱土为淤泥，淤泥含水率在60％-150％重量百分比范围内时，则淤泥固结体中掺加4％～8％重量百分比粉剂，1.6％～12％重量百分比的水，0.3％重量百分比的液剂，余量为淤泥。

5.  根据权利要求3所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：所述固化剂是粉剂，当软弱土为粉细砂时，则粉细砂固结体中掺加3％～8％重量百分比粉剂，1.2％～12％重量百分比的水，余量为粉细砂。

6.  根据权利要求4或5所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：选用水泥做为所述粉剂。

7.  根据权利要求3、4、5所述的固化剂处理软弱土地基的施工方法，其特征在于：当所述淤泥或粉细砂就地浅层搅拌的混合物固结至一定强度后，但又未完全固结时，把后搅拌的混合物，堆放在已放置一定时间，固结强度稍高的混合物上面，重复堆放若干层至一定高度，在有水的环境中叠筑成堤坝或围堰。

8.  如权利要求1所述的一种固化剂处理软弱土地基的施工方法的施工设备，其特征在于：施工设备是由三部分组成：制浆供浆部分、机械移动主体部分、搅拌部分；
制浆供浆部分包括粉状固化剂罐、液状固化剂罐和外加剂罐，各罐体下部分别设有自动控制定量下料装置和在线计量装置，各物料及水按比例同时进入固液混合搅拌装置内搅拌均匀制成浆液，经输送管道进入高压泥浆泵，再压入高压输浆管，输送到搅拌部分；
机械移动主体部分，带有驱动装置，可在淤泥、砂等各种软硬地面上自行移动并夹持搅拌部分，拖动高压输浆管并将浆液送至搅拌部分；
搅拌部分是一种带搅拌叶片的转动毂，浆液出口位于该装置下部，转动毂借助来自机械移动主体部分提供的液压动力转动，并在机械移动主体的摆臂带动下活动，在搅拌部分移动和转动的同时，将来自高压输浆管出口的固化剂浆液与淤泥或粉细砂混合搅拌；
制浆供浆部分的高压输浆管连接到机械移动主体部分上，高压输浆管为胶管，有若干节，每节两端设有活动接口，方便拆装，各节首尾相接，形成管路，增加或减少连接管道的数量，调节管道总长度，搅拌部分借助连接板和液压管接头安装在机械移动主体部分的摇臂上。

9.  根据权利要求8所述的固化剂处理软弱土地基的施工设备，其特征在于：所述机械移动主体部分由挖掘机或两栖挖掘机或自行式挖泥船改造而成。

固化剂处理软弱土地基的施工方法
技术领域
本发明涉及一种路基或堤坝工程地基处理的施工方法，特别是指一种用固化剂处理较浅层淤泥、粉细砂地基的施工方法。
背景技术
随着我国国民经济的迅速发展，建设用地日趋紧张，对于传统建筑施工常常要摒弃的亚资源如淤泥和粉细砂，经过采用新技术将其转变为可利用的资源，已经越来越受到工程和环保等部门的重视。
淤泥和粉细砂是建筑不良材料，前者的承载力低、沉降大，后者在动载荷下易产生液化现象，传统施工常常采用换填方式进行处理，挤淤就是工程上常用的施工方法。采用异地拉运砂石材料覆盖在淤泥或粉细砂上，利用铺摊碾压直至沉降趋于稳定。大量砂石材料的异地拉运不但会造成公路运力资源的紧张，提高公路运行维护费用，还会产生破山取石造成环境恶化的不良后果。筑路施工就地取材原则是通用设计原则，新技术使淤泥和粉细砂在原地得到应用成为可能。国外在板体稳定技术方面采用固化剂固结处理淤泥已有30多年的历史。由于气候和技术发展历史的原因，在气候较寒冷的地区如北欧常使用干粉状固化剂，而在南欧、俄罗斯、英、美、日等国更多的采用湿法施工，将粉状固化剂与水以及某些添加剂一起搅拌成水泥浆液后使用。湿法施工既使处理表层淤泥层也不会造成对施工环境的恶化，但在有更多的水的条件下，对处理淤泥和粉细砂固结所使用的固化剂有更高的要求，如通常使用的水泥和石灰作固化剂，则需掺加量提高而固化效果下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固化剂处理软弱土地基的施工方法，采用本施工方法形成的固结体不但承载强度高，而且可经受海水或河湖水的浸泡与冲刷；可将淤泥和粉细砂在不排水条件下，原地固结；与传统的挤淤施工方法相比，节省大量砂石材料，每立方米固结体仅材料费节约50-100元；在节省运力资源，减少公路维护成本，减少开山破石对环境的破坏，加速工程建设等方面产生的社会效益更加巨大。
本发明的目的是这样实现的：
一种固化剂处理软弱土地基的施工方法，先将固化剂与适当比例的水混合配制成浆液，浆液水灰比范围为0.4～1.5，即浆液中水的重量与固形物的重量百分比范围为40％～150％，用水可以是河湖水或海水，再将浆液输送至地基施工位置的搅拌机械，将浆液直接注入到高含水率软弱土中，同时利用搅拌机械直接就地搅拌至浆液与整个软弱土地基层均匀混合，固结形成固结体。
配制所述浆液还包括有外加剂，外加剂是商用水泥缓凝剂或水泥早强剂的一种或其混合物，固化剂及水与外加剂混合配制成浆液。所述软弱土为高含水率的淤泥或高含饱和水量的粉细砂；淤泥含水率范围在50～150％重量百分比，粉细砂含饱和水范围在20～40％重量百分比，粉细砂含粉粘粒土量在6～30％重量百分比。所述固化剂是粉剂和液剂，当软弱土为淤泥，淤泥含水率在60％-150％重量百分比范围内时，则淤泥固结体中掺加4％～8％重量百分比粉剂，1.6％～12％重量百分比的水，0.3％重量百分比的液剂，余量为淤泥。所述固化剂是粉剂，当软弱土为粉细砂时，则粉细砂固结体中掺加3％～8％重量百分比粉剂，1.2％～12％重量百分比的水，余量为粉细砂。选用水泥做为所述粉剂。当所述淤泥或粉细砂就地浅层搅拌的混合物固结至一定强度后，但又未完全固结时，把后搅拌的混合物，堆放在已放置一定时间，固结强度稍高的混合物上面，重复堆放若干层至一定高度，在有水的环境中叠筑成堤坝或围堰。
一种固化剂处理软弱土地基的施工方法的施工设备，施工设备是由三部分组成：制浆供浆部分、机械移动主体部分、搅拌部分；
制浆供浆部分包括粉状固化剂罐、液状固化剂罐和外加剂罐，各罐体下部分别设有自动控制定量下料装置和在线计量装置，各物料及水按比例同时进入固液混合搅拌装置内搅拌均匀制成浆液，经输送管道进入高压泥浆泵，再压入高压输浆管，输送到搅拌部分；
机械移动主体部分，带有驱动装置，可在淤泥、砂等各种软硬地面上自行移动并夹持搅拌部分，拖动高压输浆管并将浆液送至搅拌部分；
搅拌部分是一种带搅拌叶片的转动毂，浆液出口位于该装置下部，转动毂借助来自机械移动主体部分提供的液压动力转动，并在机械移动主体的摆臂带动下活动，在搅拌部分移动和转动的同时，将来自高压输浆管出口的固化剂浆液与淤泥或粉细砂混合搅拌；
制浆供浆部分的高压输浆管连接到机械移动主体部分上，高压输浆管为胶管，有若干节，每节两端设有活动接口，方便拆装，各节首尾相接，形成管路，增加或减少连接管道的数量，调节管道总长度，搅拌部分借助连接板和液压管接头安装在机械移动主体部分的摇臂上。
所述机械移动主体部分由挖掘机或两栖挖掘机或自行式挖泥船改造而成。
本发明有以下优点和积极效果：
在研究国内外该领域现有技术的基础上，整合优化现有资源，形成适合国内淤泥和粉细砂地基处理的施工方法及使用的成套施工设备，采用已申请发明专利(CN 101081718A)的固化剂，构成淤泥和粉细砂应用板体稳定技术的施工方法，施工效率高，处理的固结体形成的板体层强度高，水稳性好，经济实用。在无排水降水条件下，无需特意养护而形成板体结构路基。
湿法施工，原地淤泥或粉细砂含水量高，所供固化剂制备的浆液水固比高，就地搅拌固结，浅层板体稳定，稳定深度在0-6米范围内，板体稳定路基强度高，耐水浸泡性好。淤泥固结体14天强度可达0.2-0.6Mpa；在不排水情况下，粉细砂固结体14天强度可达1-6MPa。叠筑所成堤坝或围堰可耐一般海水或江河水的冲刷和浸泡。
适应较特殊环境条件下的超软粘土的固结强化。板体稳定施工方法可以用于原地筑路基、筑堤坝、筑围堰、筑池塘、筑河道及软基表层硬化等。本发明施工方法的板体稳定技术与深层搅拌桩技术不同之处在于，前者处理层较浅，适用于表面层处理，后者更适用于较深层处理。
附图说明
图1为本发明的设备系统连接关系简图。
图2为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细说明本发明。
所述固化剂为现有技术，如公开号CN101081718A，专利名称《一种淤泥固化剂及其应用》的专利文件公开的固化剂，“所述固化剂包括如下重量份数配比的粉剂和液剂原料组成，所述的粉剂包括如下重量配比的组分组成：水泥熟料30～60重量份，炉渣或矿渣30～60重量份，石灰3～8重量份，石膏1～7重量份，其它硫酸盐1～7重量份；所述的液剂包括如下重量配比的组分组成：聚丙烯酰胺5～30重量份，聚合氯化铝0～20重量份，甘露醇0～30重量份，木质素磺酸盐20～80重量份，木质素磺酸盐与铁、铬离子络合物0～30重量份，烷基酚聚氧乙烯醚0.2～2重量份，丹宁酸0～10重量份，腐殖酸盐0～10重量份，α-烯烃磺酸盐0.2～2.5重量份”。
所述的固化剂也可为本行业常用的其它多种固化剂，根据不同的土质情况选择合适的固化剂种类。粉剂按重量份可以由以下材料之一或其组合组成：水泥1-99、石灰1-65、矿渣30-95、粉煤灰10-55、石膏1-10、无水硫酸钠0.3-3，硫酸盐0-3、氢氧化钠0.3-2、碳酸钠0.3-2、硝酸盐0.1-5等。氢氧化钠、碳酸钠、硝酸盐为碱激发素，粉剂采用磨细混合或混合磨细方法，细度达到250-700m2/kg。液剂按重量百分比可以由以下材料组合组成：木钙、萘系和蒽醌系磺酸盐及其复合物3％-35％、聚丙烯酰胺1％-10％、聚合氯化铝1％-12％、甘露醇1％-15％、醇醚0％-2％、酚醚0％-2％、α-烯烃磺酸盐0％-4％、硅油0％-2％、甜菜碱0.1％-5％、烷基氧化胺0.1％-4％等，余量为水。醇醚、酚醚、α-烯烃磺酸盐、硅油、甜菜碱、烷基氧化胺为表面活性剂。
所述粉剂为粉状固化剂，粉剂一般为无机固化剂；液剂为液状固化剂，液剂一般为有机固化剂。所述的外加剂是公知技术，掺加剂量也是公知技术，参照国标及行业标准。
一种固化剂处理软弱土地基的施工方法，先将固化剂与适当比例的水混合配制成浆液，浆液水灰比范围为0.4～1.5，即浆液中水的重量与固形物的重量百分比范围为40％～150％，用水可以是河湖水或海水，再将浆液输送至地基施工位置的搅拌机械，将浆液直接注入到高含水率软弱土中，同时利用搅拌机械直接就地搅拌至浆液与整个软弱土地基层均匀混合，固结形成固结体。
配制所述浆液还包括有外加剂，外加剂是商用水泥缓凝剂或水泥早强剂的一种或其混合物，固化剂及水与外加剂混合配制成浆液。所述软弱土为高含水率的淤泥或高含饱和水量的粉细砂；淤泥含水率范围在50～150％重量百分比，粉细砂含饱和水范围在20～40％重量百分比，粉细砂含粉粘粒土量在6～30％重量百分比。所述固化剂是粉剂和液剂，当软弱土为淤泥，淤泥含水率在60％-150％重量百分比范围内时，则淤泥固结体中掺加4％～8％重量百分比粉剂，1.6％～12％重量百分比的水，0.3％重量百分比的液剂，余量为淤泥。所述固化剂是粉剂，当软弱土为粉细砂时，则粉细砂固结体中掺加3％～8％重量百分比粉剂，1.2％～12％重量百分比的水，余量为粉细砂。选用水泥做为所述粉剂。当所述淤泥或粉细砂就地浅层搅拌的混合物固结至一定强度后，但又未完全固结时，把后搅拌的混合物，堆放在已放置一定时间，固结强度稍高的混合物上面，重复堆放若干层至一定高度，在有水的环境中叠筑成堤坝或围堰。
一种固化剂处理软弱土地基的施工方法的施工设备，施工设备是由三部分组成：制浆供浆部分、机械移动主体部分、搅拌部分；
制浆供浆部分包括粉状固化剂罐、液状固化剂罐和外加剂罐，各罐体下部分别设有自动控制定量下料装置和在线计量装置，各物料及水按比例同时进入固液混合搅拌装置内搅拌均匀制成浆液，经输送管道进入高压泥浆泵，再压入高压输浆管，输送到搅拌部分；
机械移动主体部分，带有驱动装置，可在淤泥、砂等各种软硬地面上自行移动并夹持搅拌部分，拖动高压输浆管并将浆液送至搅拌部分；
搅拌部分是一种带搅拌叶片的转动毂，浆液出口位于该装置下部，转动毂借助来自机械移动主体部分提供的液压动力转动，并在机械移动主体的摆臂带动下活动，在搅拌部分移动和转动的同时，将来自高压输浆管出口的固化剂浆液与淤泥或粉细砂混合搅拌；
制浆供浆部分的高压输浆管连接到机械移动主体部分上，高压输浆管为胶管，有若干节，每节两端设有活动接口，方便拆装，各节首尾相接，形成管路，增加或减少连接管道的数量，调节管道总长度，搅拌部分借助连接板和液压管接头安装在机械移动主体部分的摇臂上。
所述机械移动主体部分由挖掘机或两栖挖掘机或自行式挖泥船改造而成。
本发明施工方法根据使用的机械移动主体不同而异。采用挖掘机配装搅拌单元的施工方法，施工区域在挖掘机侧面，挖掘机前进方向与施工区域平行，施工区域宽度一般在3-9米，施工区域长度按台班和设计要求而定，在刚施工完毕的区域铺摊砂石料或山皮土作为堆载层，推平碾压后作为下一步的施工平台，逐条施工，逐块推进。刚搅拌施工完毕的区域承载力太低时，有必要延缓铺摊堆载层，延缓时间与施工顺序安排要匹配。采用两栖挖掘机和自行式挖泥船配装搅拌单元的施工方法。施工区域与行进方向相反，施工区域宽度为3一15米，搅拌施工深度一般不超过5米。搅拌施工条块与区域要有搭接，以使板体稳定施工质量得以保证。本发明施工方法可在浅水条件下施工，搅拌施工后的淤泥或粉细砂固结体可在水中养护，固结体成型后可用于叠坝、围堰、筑堤、筑路基、筑池塘、造岛造地等。在真空预压等工程施工中，吹淤落淤后的表层硬化的等待时间过长。采用本发明施工，短时间内在表面形成硬壳层，及时铺设施工设备，可大大缩短施工周期。不仅如此，本发明在常规工程施工比较困难的领域中将大有作为。
由固液混合搅拌装置将来自粉状固化剂罐、液态固化剂罐和外加剂罐的材料与适当比例的水混合，制成浆液，高压泥浆泵将浆液通过高压输浆管输送到数百米之外的施工地，供搅拌部分使用。
机械移动主体部分典型的常用机械是普通挖掘机、两栖挖掘机、自行式挖泥船。
实施例1
唐山曹妃甸钢厂北路二标段，路基为粉细砂，粉细砂中含粉粘粒9％左右，粉细砂含饱和水量30％左右，周围环境导致路基排水困难，局部路基表面积水，施工时日均温度为10摄氏度左右。进口挖掘机配装进口的搅拌头装置，采用国产制浆供浆系统，浆液水灰比为0.5，固化剂浆液输送距离为300米以上，设计要求固结深度0.8米。粉细砂固结体中按重量百分比掺加7％粉剂、3.5％水、0.07％商售混凝土缓凝剂。其中粉剂是由以下成分组成，矿渣70份，粉煤灰20份，石膏5份，无水硫酸钠3份，碳酸钠2份。搅拌施工速度为每小时80立方米，搅拌施工后在8小时内铺摊30厘米山皮土，用推土机推平碾压。14天以后钻芯取样，检测无侧限抗压强度为1.1-6.9MPa，弯沉值检测结果为15.68-24.55×0.01mm，满足设计院提出的无侧限抗压强度大于0.8MPa，弯沉值小于33.7×0.01mm的设计要求。
实施例2
唐山曹妃甸北环路零公里处，路基为浅海滩淤泥，淤泥层厚度为1.5米左右，淤泥含水率90％左右，原始淤泥表面承载力不足0.01Mpa，该区域属潮间带，涨潮时海水深30厘米，落潮时露出水面，施工时环境日均温度12摄氏度左右；进口挖掘机配装国产搅拌头装置，采用国产制浆供浆系统，浆液水灰比为0.45，固化剂浆液输送距离为80米；淤泥固结深度1.5米。粉剂为水泥，淤泥固结体中按重量百分比掺加4％粉剂、1.8％水、0.3％液剂、0.03％商售混凝土缓凝剂。其中液剂是按重量百分比由以下成分组成，木钙25％，聚合氯化铝7％，聚丙烯酰胺5％，酚醚1.5％，α-烯烃磺酸钠1.5％，余量为水。搅拌施工速度为每小时150立方米，施工区域不铺摊不碾压。14天以后钻芯取样，检测无侧限抗压强度为0.18-0.62Mpa，粘聚力由4Kpa提高至60-99Kpa，摩擦角由2度提高至21-26度，压缩模量由1.5Mpa提高至23-33Mpa，满足设计院提出的无侧限抗压强度大于0.2Mpa的设计要求。
实施例3
唐山曹妃甸钢厂北路，路基为粉细砂，粉细砂中含粉粘粒18％左右，粉细砂含饱和水量30％左右，局部路面积水，施工时日均温度为10摄氏度左右。进口挖掘机配装进口的搅拌头装置，国产制浆供浆系统，浆液水灰比为0.5，固化剂浆液输送距离为200米，设计固结深度0.8米，粉细砂固结体中按重量百分比掺加7％粉剂、3.5％水、0.07％商售混凝土缓凝剂。其中粉剂是由以下成分组成，矿渣60份，水泥33份，石膏3份，无水硫酸钠2份，碳酸钠2份。施工速度每小时80立方米，搅拌施工后在8小时内铺摊30厘米山皮土，用推土机推平碾压。7天以后钻芯取样，检测无侧限抗压强度为0.72-2.3MPa，弯沉值检测结果为10-19×0.01mm。
实施例4
唐山曹妃甸钢厂北路，路基为粉细砂，细砂中含粉粘粒25％左右，含水量35％左右，施工时环境日均温度为15℃左右；进口挖掘机配装国产搅拌头装置，国产制浆供浆系统，浆液水灰比0.5，输送距离100米；设计要求固结深度为0.8米，粉细砂固结体中按重量百分比掺加6％粉剂、3.0％水、0.06％商售混凝土缓凝剂。其中粉剂是由以下成分组成，水泥94份，无水硫酸钠2份，石膏2份，亚硝酸钠1份。搅拌施工速度每小时100立方米，施工区域搅拌结束后不铺摊不碾压；14天后钻芯取样，检测无侧限抗压强度为0.7-2.3Mpa。
实施例5
唐山曹妃甸北环路西侧，固结淤泥装袋浸水。淤泥含水量95％左右，试验环境日平均温度在18℃左右，袋装淤泥容积0.02立方米，浆液水灰比0.45。粉剂为水泥，淤泥固结体中按重量百分比掺加4％粉剂、1.8％水、0.3％液剂、0.04％商售混凝土缓凝剂。其中液剂是按重量百分比由以下成分组成，木钙25％，聚次甲基蒽磺酸钠5％，聚丙烯酰胺5％，甘露醇3％，甜菜碱1％，醇醚1％，余量为水。装袋淤泥堆放高度0.8米；浸海水14天以后，底袋固结淤泥取样检测无侧限抗压强度为0.24-0.45Mpa。
实施例6
唐山曹妃甸北环路西侧，固结淤泥堆载浸水，淤泥含水量95％左右，试验环境日平均温度在18℃左右，浆液水灰比0.45。粉剂为水泥，淤泥固结体中按重量百分比掺加5％粉剂、2.25％水、0.3％液剂、0.05％商售混凝土缓凝剂。其中液剂是按重量百分比由以下成分组成，木钙25％，聚丙烯酰胺5％，酚醚1％，烷基氧化胺1.5％，硅油0.5％，余量为水。淤泥搅拌层深度为0.5米，3天后将固结淤泥叠放高度0.8米，固结淤泥始终暴露浸泡在海水中，固结淤泥搅拌后堆放第二天已固结硬化成型，在海水的浸泡和冲刷过程中稳定性良好。
实施例7
在天津滨海新区海边进行淤泥固结处理实验，淤泥含水率为80％，浆液水灰比0.45。淤泥固结体中按重量百分比掺加7％粉剂、3.15％水、0.3％液剂。其中粉剂为水泥，液剂是按重量百分比由以下成分组成，木钙25％，聚丙烯酰胺6％，酚醚1％，α-烯烃磺酸钠0.5％，硅油0.5％，余量为水。固结体在室温下放置2天，浸水5天后测定其无侧限抗压强度为0.52Mpa。采用同等量的该淤泥固化剂进行固结处理，同时掺入外加剂，是一种水泥缓凝剂，用量为1％，放置条件同上，7日后测定其无侧限抗压强度为0.59Mpa。
实施例8
取宁波东钱湖淤泥进行淤泥固结处理实验，湖淤泥含水率为100％，浆液水灰比0.45。淤泥固结体中按重量百分比掺加7％粉剂、3.15％水、0.3％液剂、0.07％商售混凝土缓凝剂。其中粉剂为水泥，液剂是按重量百分比由以下成分组成，木钙25％，聚合氯化铝7％，聚丙烯酰胺5％，酚醚1％，α-烯烃磺酸钠1.5％，硅油0.5％，余量为水。固结体在室温放置两天，浸水5天后测定其无侧限抗压强度为0.52Mpa。