專利名稱：超軟地基的高強度加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大面積超軟地基的綜合加固方法，尤其是一種利用疏浚泥漿抬高場地高程的圍海造地或低洼工地填高工程且對強度和變形要求均較高的大面積軟基加固法，具體地說是一種超軟地基的高強度加固方法。
背景技術(shù)：
目前，加固軟土地基并抬高基場地標高的工藝方法有多種如堆載預(yù)壓法、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法等等。特別是一種名曰“低位真空預(yù)壓法”的工藝，它不但克服了上述諸工法的不足，而且提供了一種對場地軟土及吹填抬高泥漿層同時處理，從而使疏浚清淤和造陸兼得的“套裁”功效成為可能，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。然而該工藝方法也有一些明顯的缺點和不足，以致于在一定程度上制約了該工藝方法的推廣和應(yīng)用，其主要缺點如下
1、軟基加固結(jié)束其泥封層的固結(jié)指標低。上述工法中的泥封層的固結(jié)主要靠蒸發(fā)下的自然固結(jié)，故加固結(jié)束后其強度不高，特別當泥封層較厚時，泥封層中的軟夾層始終存在，則導(dǎo)致泥封層的固結(jié)指標更低，為此工藝規(guī)定泥封層厚度不宜大于0. 8-1米。2、加固結(jié)束，整個場地軟地的承載力不高。為了防止發(fā)生因泥封層過厚而使軟夾層的存在，故泥封層不能太厚，這樣該工藝的預(yù)壓荷載總量不會超過IOOkPii,過低的預(yù)壓荷載將使整個場地在加固結(jié)束后承載力不
尚O上述缺點將很大程度上制約了該工藝方法的推廣和應(yīng)用。此外，在圍墾工程中，當場地標高達不到設(shè)計標高時，需要用大量的回填材料回填以達到設(shè)計標高，如果原場地周圍缺少或無相應(yīng)的回填用土、沙石料時只能使用排水能力很差，含水量極高，幾無強度的疏浚清淤塑漿作回填料，由于此類回填料的滲透系數(shù)k很小，作為泥封層時無法使用現(xiàn)有的真空電滲進行加固處理，導(dǎo)致泥封層的厚度太薄不能起到應(yīng)有的對底層軟土進行自載預(yù)壓的目的，同時泥封層的強度也無法得到保證。對于場地承載力(IOOkPa以上)及變形要求都較高的采用目前的真空預(yù)壓法、低位真空預(yù)壓法、真空電滲法等均無法滿足設(shè)計要求，而現(xiàn)有的摻入固化劑的方法只能對超軟場地作淺層加固，而對超軟深層軟土場地則無法滿足承載力尤其是變形的要求。因此目前尚無一種適用于無回填土、砂、石條件且回填泥漿的滲透系數(shù)A小于10_5 下實現(xiàn)超軟場地高強度(IOOkPa以上)固化方法可供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有超軟土地基加固方法存在的泥封層易形成夾層，泥封層厚度較小導(dǎo)致預(yù)壓荷載過小而降低軟土地基承載力的問題，發(fā)明一種能對軟土場地及吹填抬高的泥漿層同時處理且處理后場地強度高、固結(jié)周期短的超軟土地基的綜合加固方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超軟地基的高強度加固方法，其特征是它包括厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓和厚泥封層自身的快速固結(jié)，其中
所述的厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓步驟為首先，根據(jù)最終場地的高度，在需加固軟基場地外緣筑相應(yīng)高度的圍堰；其次，做工作面，如果吹填泥漿的厚度小于等于6米，則直接在需加固軟基場地上做工作面，如果吹填泥漿的厚度大于6米，則需先向圍堰中吹入泥漿使泥漿的上表面至圍堰的最高點的高度不大于6米，然后在吹入的泥漿上做工作面； 第三，在所述的工作面上插塑料排水板，鋪真空水平管網(wǎng)，安裝真空系統(tǒng)；第四，向安裝有真空系統(tǒng)的工作面吹厚泥封層，使厚泥封層的高度在2-6米之間；第五，啟動真空系統(tǒng)，進行抽真空，利用真空和高度為2-6米的厚泥封層的重量實現(xiàn)低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓60-90天直至軟基場地或吹入泥漿的抗壓強度達到IOO-ISOkPa的超固結(jié)狀態(tài)； 所述的厚泥封層自身的快速固結(jié)步驟為
利用泥漿快速固結(jié)機械將固化劑摻入厚泥封層中并攪拌均勻，控制固化劑的加入量， 并在攪拌過程中實現(xiàn)對厚泥封層的柱狀加固、壁狀加固、格柵狀加固或滿堂固加固，然后經(jīng) 24-72小時自然固化即得強度在IOO-ISOkPa的固化表層。所述的工作面至少由一層土工布和一層竹芭組成。所述的厚泥封層上設(shè)有覆水層，覆水層的厚度為0. 1-1米。所述的固化劑由52-56%的粉煤灰，17-22%的礦渣，5-1 的水硬性膠凝材料， 5-9%的堿性激發(fā)劑，5-6%的膨脹劑，1-2%的表面活性劑，1-2 %的減水劑，1-2%的凝固劑， 1-2%的輔助劑組成。所述的膨脹劑為UEA膨脹劑，用傳統(tǒng)混凝土中使用的UEA膨脹劑來代替泥漿固化中常用的普通膨脹劑的目的是大幅度提高加固體的密實度，從而提高加固體的強度。所述的固化劑的加入量為當厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)K 10_5 時，摻入量為厚泥封層體積的10-20%，厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)i > 10_5時， 摻入量為厚泥封層體積的5-15%。本發(fā)明的超軟土地基的綜合加固方法，主要由兩部分組成 a、厚泥封層的低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓。在被處理場地外圍筑圍堰2、吹泥漿3入圍至設(shè)定高程、在吹泥面上做工作面4、在工作面上插塑料排水板5、鋪水平管網(wǎng)6、安裝真空系統(tǒng)7、吹厚泥封層8，厚泥封層厚度2-6 米，開啟真空系統(tǒng)7抽真空，低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓開始。b、厚泥封層自身快速固結(jié)。當場地超軟土在真空負壓和厚泥封層自重壓力的共同作用下，經(jīng)60-90天的聯(lián)合預(yù)壓達到超固結(jié)(處理場地承載力大于IOOkPa)后，即可將泥漿上的快速固結(jié)施工機械依靠泥漿上的行走機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)旋噴攪拌系統(tǒng)將一定摻量的粉末狀的泥漿快速固結(jié)劑吹入泥漿并攪拌均勻，經(jīng)對-72小時后厚泥封層達到設(shè)計強度，從而完成了場地軟土和厚泥封層同時得到高強度(抗壓強度在IOO-ISOkPa之間)加固的目的。本發(fā)明的加固原理
1、本發(fā)明中采用了厚泥封層，一方面大大延長了有效抽真空時間，同時場地軟土在 SOltfa真空負壓和厚泥封層的自載預(yù)壓荷載的共同作用下，使其固結(jié)強度大大提高。2、超厚泥封層的快速固結(jié)(1)本發(fā)明采用環(huán)保材料以粉煤灰、礦渣為主要原料同時配以一定比例的堿性激發(fā)劑、 膨脹劑、表面活性化學(xué)劑、減水劑、凝固劑等混合而成的粉狀物質(zhì)作為泥漿固化劑；
(2)泥漿固化劑充分發(fā)揮了泥漿單元礦物成分中硅酸鹽礦物的活性，快速發(fā)生固化反應(yīng)，不僅在泥漿顆粒界面產(chǎn)生牢固結(jié)合，而且能和泥漿顆粒中的活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成膨化膠凝物質(zhì)，使泥漿土體自身固化后達到高強度的同時還具有良好的水穩(wěn)定性和耐久性。(3)為了克服泥漿固化劑不能直接在泥漿面上進行攪拌的施工難題，本發(fā)明采用泥漿快速固結(jié)施工機械設(shè)備(詳見申請?zhí)枮?01020M6(^63)，該設(shè)備不僅能直接在泥漿面上行走，而且能在泥漿中添加固化劑的同時直接完成攪拌工作；
(4)厚泥封層在加入固化劑并攪拌均勻后約M-72小時即可形成強度高的固化土層， 從而使場地軟土得到厚泥封層都得到有效的加固。本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明將二種現(xiàn)有的軟土地基加固方法進行了有機的結(jié)合，既發(fā)揮了厚泥封層的真空自載預(yù)壓法能實現(xiàn)深層加固的優(yōu)點，又發(fā)揮了利用固化劑實現(xiàn)泥漿快速固結(jié)(淺層加固) 的優(yōu)點，產(chǎn)生了一種能使場地從上至下都得到高強度加固的新的工法，從而達到了 1+1>2 的功效。本發(fā)明的軟土場地和厚泥封層能同時達到高強度(即承載能力在IOO-ISOkI^i 間，甚至可達200kPa或以上)。2、本發(fā)明由于解決了低位真空預(yù)壓法泥封層強度低的弊病，故可進一步將泥封層的厚度由0. 8-1. 0米增加到2-6米，使自載預(yù)壓荷載可達到60-120kPa。3、本發(fā)明的總預(yù)壓荷載可達140_180kPa，故場地軟土的承載力將在巨大的預(yù)壓荷載下達到超固結(jié)，即承載能力達到100-180 kPa。4、由于厚泥封在滲入固化劑并經(jīng)均勻攪拌后，其強度同時能達到140_200kPa以上，從而使整個場地都得到有效加固。5、本發(fā)明解決了真空預(yù)壓法、低位真空預(yù)壓法對超軟場地加固后承載力不高的弊病，也改變了低位真空預(yù)壓法泥封層軟夾層的存在使低位真空預(yù)壓法強度不高的難題。6、本發(fā)明采用UEA膨脹劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)固化劑中的膨脹劑，能使被加固的固化土的強度(在其它條件相同時)有較大幅度的提高，從而使得厚泥封層的加固強度也得以提高。一般的膨脹劑在摻入固化土后，其產(chǎn)生的體積膨脹在粉煤灰、礦渣等的約束下，其膨脹能將轉(zhuǎn)化為一定量的壓應(yīng)力場，最終導(dǎo)致固化土的密實度的提高，而UEA膨脹劑除了以上作用下還能使固化土密實度進一步提高，原因是UEA膨脹劑是用特制硫酸鋁鹽熟料或硫酸鋁熟料加入明礬石、石膏等共同研磨而成的粉狀物，當它和固化劑的其它成份混合在一起后和泥漿均勻攪拌，經(jīng)反應(yīng)將生成的鈣礬石能有效地填充、堵塞固化土中的細小孔縫從而使固化土的密實度進一步提高，即提高了加固強度。


圖1是本發(fā)明的加固場地結(jié)構(gòu)示意圖之一。圖2是本發(fā)明的加固場地結(jié)構(gòu)示意圖之二。圖3是本發(fā)明的泥漿快速固結(jié)施工機械的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的厚泥封層固結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1、2、3、4 所示。一種超軟地基的高強度加固方法，整個方法分為上下兩部分，即下部場地軟土是在低位真空預(yù)壓和厚泥封層巨大的自重壓力共同作用下的綜合方法，其承載力可達 100-180kPa，同時上部通過向厚泥封層中摻入含有UEA膨脹劑的固化劑后其強度也達到高強度(泥封層交工面上承載力也達100-180kPa)，其中厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓的具體步驟為
先根據(jù)最終場地的高度在軟基上筑圍堰2，如果吹填泥漿的厚度小于等于6米，如圖1 所示，則可直接在軟基上鋪設(shè)工作面(至少由一層土工布和一層竹芭組成)，如果吹填泥漿的厚度大于6米，則可先向圍堰中吹泥漿3，使泥漿表面至圍堰最高點的高度小于6米，然后在吹入的泥漿面上鋪設(shè)工作面4 (至少由一層土工布和一層竹芭組成)，如圖2所示，鋪設(shè)工作面4包括在工作面4上插塑料排水板5和鋪水平真空管網(wǎng)6，工作面鋪設(shè)結(jié)束后再安裝真空系統(tǒng)7，水平真空管網(wǎng)6包括水平干管和支管，塑料排水板5與支管相連，支管與干管相連，干管和集水井相連，集水井和真空系統(tǒng)7中的真空泵相連。真空系統(tǒng)7安裝結(jié)束后即可向圍堰中吹填厚泥封層8，控制厚泥封層的高度不超過6米。啟動真空系統(tǒng)7，由真空系統(tǒng)7、泥漿3及厚泥封層8 (圖2)或由真空系統(tǒng)7及厚泥封層8 (圖1)組成的“真空預(yù)壓系統(tǒng)”開始抽真空，低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓開始，保持60-90天，即可使場地軟基1或厚泥封層 8以下的吹泥漿3在真空負壓和厚泥封層8的自載預(yù)壓荷載的共同作用下達到IOO-ISOkPa 的超固結(jié)要求，低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓結(jié)束。即可進入下一步的厚泥封層的快速固結(jié)施工。此外，具體實施時，為保證厚泥封層在整個低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓過程中始終保持流動狀態(tài)，可在厚泥封層吹填結(jié)束后再在其上注入0. 1-1. 0米(最佳為0. 5米)深的覆水 10。厚泥封層自身的快速固結(jié)的具體步驟為
1、配制厚泥封層泥漿固化劑，固化劑的配方如下(重量百分比)粉煤灰52-56%礦渣17-22%水硬性膠凝材料5-12%堿性激發(fā)劑5-9%UEA膨脹劑5-6%表面活性劑1-2%減水劑1-2 %凝固劑1-2%輔助劑1-2%固化劑的具體制備方法和所選用的具體材料可參見中國專利20101(^684322所公開
的內(nèi)容，本發(fā)明為提高固化泥漿的密實度進而提高其強度，用UEA膨脹劑替代上述專利中的膨脹劑，取得了意想不到的效果。 將上述固化劑加水制成灰漿，灰漿的水灰比為W/C，W為水的重量，C為固化劑的重量。根據(jù)工程輸送距離一般取固化劑灰漿的水灰比w/c=0. 5-2。輸送距離越遠，水灰比的取值越大，可根據(jù)輸送設(shè)備的最大與最小距離等分取值。固化劑的摻入量由厚泥封層的含水率及滲透系數(shù)k決定
厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)i ( 10_5時摻入量為厚泥封層體積的10-20%， 厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)i > 10_5時，摻入量為厚泥封層體積的5-15%。2、根據(jù)固化劑的摻入量和水灰比W/C的值，參照泥漿快速固結(jié)施工設(shè)備(可采用中國專利ZL201020M60263所公開的施工設(shè)備，如圖3所示)使用說明書確定設(shè)備的工作參數(shù)，如推進器的行走速度、攪拌器提升速度、漿液的輸送流量等。3、泥漿快速固結(jié)施工設(shè)備進場后，選擇施工行進方向，發(fā)動機倉4'開始工作，在操縱控制室設(shè)備好各設(shè)備的工作參數(shù)并啟動，即浮體式螺桿推進器2'的行走速度，攪拌器 6'的提升速度和漿液電子流量控制器的監(jiān)控流量，打開固結(jié)劑高壓輸送泵、開啟攪拌器電動機10'及分配閥，設(shè)備即開始自動對厚泥封層8進行固結(jié)施工，攪拌頭厚泥封層底部邊攪拌邊噴散固化劑邊向上運動在厚泥封層中形成固結(jié)柱(固結(jié)柱的高度最好不要超過厚泥封層的高度)，根據(jù)固結(jié)柱排列形式的不同最終在場地上形成柱狀加固、壁狀加固、格柵狀加固或滿堂固四種形式之一或其組合的結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。4、厚泥封層泥漿固化施工結(jié)束后，經(jīng)M-72小時，場地(厚泥封層)即可達到設(shè)計的強度。至此，整體超軟土地基的綜合加固結(jié)束。本實施例中的泥漿快速固結(jié)施工設(shè)備如圖3所示，它設(shè)有泥漿面上的行走系統(tǒng)、 高壓原料輸送系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)旋噴攪拌系統(tǒng)、雙動力驅(qū)動系統(tǒng)，而高壓原料輸送系統(tǒng)將連接旋轉(zhuǎn)旋噴攪拌系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)將固結(jié)劑和厚泥封層泥漿進行充分混合攪拌，在雙動力驅(qū)動系統(tǒng)的作用下，泥漿上的行走系統(tǒng)根據(jù)施工流程(可自行設(shè)定)在泥面上連續(xù)作業(yè)，最終實現(xiàn)厚泥封層泥漿的快速固結(jié)處理；其中的泥漿面行走系統(tǒng)采用浮力和牽引相結(jié)合的浮體式螺桿推進器，推進器的滾筒結(jié)構(gòu)可降低和泥漿面的接地比壓，而其螺桿螺紋采用反旋轉(zhuǎn)阿基米德螺線，可降低和泥漿的粘結(jié)力，增大推進器驅(qū)動推力，提高設(shè)備的抗滑轉(zhuǎn)性能，行走系統(tǒng)的動力配有兩套液壓行走馬達。固結(jié)劑漿液采用高壓柱塞泵輸送，攪拌設(shè)備上安裝高壓旋噴分配閥，分配閥再將固結(jié)劑漿液分配至每一個旋噴頭，在高壓的作用下將固結(jié)劑漿液噴射到攪拌泥漿中，分配閥上安裝增壓泵和電子流量控制器，用以控制和調(diào)整固結(jié)劑漿液的輸送流量，而固結(jié)劑的摻入比例則由浮體式螺桿推進器的行走速度和攪拌器的提升速度加以控制。旋轉(zhuǎn)旋噴攪拌系統(tǒng)采用慢速機械旋轉(zhuǎn)和高壓旋噴攪拌，攪拌設(shè)備采用門架式結(jié)構(gòu)多頭攪拌器，攪拌器在液壓缸的推動作用下可自由傾斜，自由提升，可使攪拌器處于最佳的攪拌角度，攪拌器鉸頭采用可以使泥漿在鉸頭范圍內(nèi)上下翻滾拌和的Φ80螺栓結(jié)構(gòu)；攪拌軸采用中空結(jié)構(gòu)以作為固化劑漿液的輸送通道，攪拌頭上安裝高壓旋噴分配閥，在高壓作用下實現(xiàn)固結(jié)劑漿液的自由旋噴，以達到快速攪拌均勻的效果。厚泥封層在固化劑的作用下快速形成加固柱。圖2中1'為工作平臺，2'為浮體式螺桿推進器，3'為行走驅(qū)動馬達，4'為發(fā)動機倉，5'為操縱控制室，6'為攪拌器，7'為高壓噴頭，8'為攪拌器支架，9'為攪拌器上下調(diào)整鏈條，10'為攪拌器電動馬達，1Γ為攪拌器導(dǎo)向梁，12'為攪拌器軸，13'為攪拌軸導(dǎo)向器，14'為支架調(diào)節(jié)器。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種超軟地基的高強度加固方法，其特征是它包括厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓和厚泥封層自身的快速固結(jié)，其中 所述的厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓步驟為首先，根據(jù)最終場地的高度，在需加固軟基場地外緣筑相應(yīng)高度的圍堰；其次，做工作面，如果吹填泥漿的厚度小于等于6米，則直接在需加固軟基場地上做工作面，如果吹填泥漿的厚度大于6米，則需先向圍堰中吹入泥漿使泥漿的上表面至圍堰的最高點的高度不大于6米，然后在吹入的泥漿上做工作面； 第三，在所述的工作面上插塑料排水板，鋪真空水平管網(wǎng)，安裝真空系統(tǒng)；第四，向安裝有真空系統(tǒng)的工作面吹厚泥封層，使厚泥封層的高度在2-6米之間；第五，啟動真空系統(tǒng)，進行抽真空，利用真空和高度為2-6米的厚泥封層的重量實現(xiàn)低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓60-90天直至軟基場地或吹入泥漿的抗壓強度達到IOO-ISOkPa的超固結(jié)狀態(tài)； 所述的厚泥封層自身的快速固結(jié)步驟為利用泥漿快速固結(jié)機械將固化劑摻入厚泥封層中并攪拌均勻，控制固化劑的加入量， 并在攪拌過程中實現(xiàn)對厚泥封層的柱狀加固、壁狀加固、格柵狀加固或滿堂固加固，然后經(jīng) 24-72小時自然固化即得強度在IOO-ISOkPa的固化表層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超軟地基的高強度加固方法，其特征是所述的工作面至少由一層土工布和一層竹芭組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超軟地基的高強度加固方法，其特征是所述的厚泥封層上設(shè)有覆水層，覆水層的厚度為0.1-1米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超軟地基的高強度加固方法，其特征是所述的固化劑由 52-56%的粉煤灰，17-22%的礦渣，5-1 的水硬性膠凝材料，5_9%的堿性激發(fā)劑，5-6%的膨脹劑，1-2%的表面活性劑，1-2 %的減水劑，1-2%的凝固劑，1-2%的輔助劑組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超軟地基的高強度加固方法，其特征是所述的膨脹劑為UEA 膨脹劑，以大幅度提高加固體的密實度，從而提高加固體的強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超軟地基的高強度加固方法，其特征是所述的固化劑的加入量為當厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)K 10_5時，摻入量為厚泥封層體積的10-20%，厚泥封層的含水率為60-150%，滲透系數(shù)i > 10_5時，摻入量為厚泥封層體積的 5-15%ο
全文摘要
一種超軟地基的高強度加固方法，其特征是它包括厚泥封層低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓和厚泥封層自身的快速固結(jié)，其中所述的聯(lián)合預(yù)壓步驟為首先，在需加固場地外緣筑圍堰；其次，必要時向圍堰中吹入泥漿至設(shè)定的高度；第三，在場地軟基或吹入泥漿上做工作面；第四，在工作面上插塑料排水板，鋪真空水平管網(wǎng)，安裝真空系統(tǒng)；第五，向安裝有真空系統(tǒng)的工作面吹厚泥封層，厚泥封層的高度為2-6米；第六，啟動真空系統(tǒng)，進行抽真空，利用真空負壓和厚泥封層的自重壓力實現(xiàn)低位真空自載聯(lián)合預(yù)壓60-90天；所述的厚泥封層自身的快速固結(jié)步驟為利用泥漿快速固結(jié)機械將固化劑摻入厚泥封層中并攪拌均勻，經(jīng)24-72小時即得高強度固化表層。本發(fā)明具有方法簡單，場地和厚泥封層同時達到強度高的優(yōu)點。
文檔編號E02D3/12GK102296590SQ20111015316
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者俞元洪, 張志鐵, 陳富強 申請人:寧波高新區(qū)圍海工程技術(shù)開發(fā)有限公司