一种PS溶液提高灰土挤密桩强度的地基处理方法与流程

一种ps溶液提高灰土挤密桩强度的地基处理方法
技术领域
1.本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种ps溶液提高灰土挤密桩强度的地基处理方法。


背景技术：

2.传统的灰土挤密法是以振动或冲击的方法成孔，然后在孔中填入土、石灰、灰土或其他材料，并加以捣实成为桩体，按其填入的材料可为灰土挤密桩和土挤密桩。挤密桩的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒间彼此靠近，空隙减少，使土密实，地基土的强度也随之增强。挤密桩处理深度可达5～15m，由于填入桩孔的材料是素土，属就地取材的廉价材料，通常比深层处理湿陷性黄土和人工填土的造价低。
3.但是，由于挤密桩桩身的强度、桩间土的挤密粘结效果不好、颗粒间挤密效果不佳等原因，导致抗压强度损失率高。当建筑物荷载较大时，挤密桩强度有时不能达到理想的效果，且由于挤密桩耐水性不好、易腐蚀等原因，不适宜在地下水位以下地层使用该方法。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种ps溶液提高灰土挤密桩强度的地基处理方法，通过添加ps溶液能够显著增强挤密桩桩身整体强度，使其具有强度高、桩身紧实、承载力强、实用性强的优点。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种ps溶液提高挤密桩强度的地基处理方法，包括以下步骤；
7.步骤一：设计挤密桩；
8.1.挤密桩的深度h；
9.灰土挤密桩适用于处理地下水位以上的粉土、黏性土素填土、杂填土和湿陷性黄土等地基，可处理地基的厚度宜为3m～15m；
10.2.挤密桩的孔径d；
11.桩孔直径d为0.3
‑
0.6m；
12.3.挤密桩的数量n；
[0013][0014]
式中:n
‑‑
桩孔的数量；
[0015]
a
‑‑
拟处理地基的面积(m2)，a＝a
×
b其中a为地基长度，b为地基宽度(m)；
[0016]
a
e
‑‑
单根土或灰土挤密桩所承担的处理地基面积(m2)，即
[0017][0018]
式中:d
e
‑‑
单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)；
[0019]
桩孔之间的中心距离s，为桩孔直径的(2.0～3.0)倍，或按下式估算：
[0020][0021]
式中:d
‑‑
桩孔直径(m)；
[0022]
ρ
dmax
‑‑
桩间土的最大干密度(t/m3)，通过最优含水量试验求得；
[0023]
‑‑
地基处理前土的平均干密度(t/m3)，通过含水率试验求得；
‑‑
桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数，不宜小于0.93，可按照0.93进行估算；
[0024]
步骤二：ps溶液用量的计算；
[0025]
1.ps溶液浓度y的确定：y可取3％
‑
7％；
[0026]
2.选择填土；
[0027]
填土选灰土或土；灰土填料的消石灰与土的体积配合比，为2:8或3:7；土料选用粉质黏土，土料中的有机质含量不应超过5％，且不得含有冻土，渣士垃圾粒径不应超过15mm；石灰选用新鲜的消石灰或生石灰粉，粒径不应大于5mm，消石灰的质量应合格，有效cao mgo含量不得低于60％(《建筑地基技术处理规范》jgj79
‑
2012)；
[0028]
3.确定ps溶液与土的配比c1：
[0029]
选择模数为3.8～4的、浓度为3％
‑
7％的ps溶液的浓度和回填土的种类后，须通过试验确定最大压缩系数下所对应的溶液与填土或灰土的百分比c1；
[0030]
4.确定ps溶液总用量t：
[0031]
根据式1.4计算总的ps溶液的用量
[0032]
t＝c1·
c2·
ρ
·
v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.4)
[0033]
式中，c2为损耗系数，且c2＝1.1
‑
1.3；v为挤密桩的总体积，且其中，n为挤密桩的个数，d为挤密桩桩孔直径(m)，h为挤密桩的长度(m)；ρ为挤密桩的最大干密度；
[0034]
通过试验确定c2，可精确计算损耗，节约经济成本，同时保证后期施工质量。
[0035]
步骤三：挤密桩的施工
[0036]
1.成孔时，根据按设计要求、现场土质、成孔设备和周围环境情况，选用锤击沉管、冲击、振动沉管、或钻孔的方法；
[0037]
2.成孔时，地基土宜接近最优(或塑限)含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，应在地基处理前4
‑
6天，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸入拟处理范围内的土层中，增湿土的加水量可按下式估算:
[0038]
q＝υρ
d
(ω
op
‑
ω)k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)
[0039]
式中:q
‑‑
计算加水量(t)；
[0040]
υ
‑‑
拟加固土的总体积(m3)；
[0041]
ρ
d
‑‑
地基处理前土的平均干密度(t/m3)；
[0042]
ω
op
‑‑
土的最优含水量(％)，通过室内击实试验求得；
[0043]
ω
‑‑
地基处理前土的平均含水量(％)；
[0044]
k
‑‑
损耗系数，可取1.05～1.10；
[0045]
通过最优含水率的试验，可以使得桩间土得到最大挤密，从而经一步增强地基强度。
[0046]
3.成孔和孔内回填夯实应符合下列规定：
[0047]
(1)将按照步骤二配置好的ps溶液加入(1％质量比)的固化剂casif6、(1％质量比)的交联剂al2(sio3)，混合搅拌均匀后，再加入约10ppm的扩散剂，再次搅拌，最后加入到步骤一计算好的回填土中，均匀搅拌3
‑
5分钟，并迅速回填至桩孔内；
[0048]
(2)向孔内填料前，孔底应夯实，并应检查桩孔的直径、深度和垂直度；桩孔的垂直度允许偏差应为
±
1％；孔中心距允许偏差应为桩距的
±
5％；
[0049]
(3)经检验合格后应按设计要求，利用混凝土泵向孔内分层填入步骤四搅拌后的加入了ps溶液的回填土，并应分层夯实至设计标高，铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上的预留松动土层挖除或夯(压)密实；
[0050]
4.为保证ps溶液的最佳加固效果，应尽量避免雨期或者冬季施工，必须要在雨期或冬期施工时，应采取防雨或防冻措施防止填料受雨水淋湿或冻结；
[0051]
5.成桩后需按照《建筑地基技术处理规范》jgj79
‑
2012进行检验，若成桩效果达不到预期要求，需要重新确定ps溶液配比和计算ps溶液用量。
[0052]
所述步骤一1中：当不良地基土厚度小于15m时，挤密桩深度应穿过不良地基土底层；当不良地基土厚度大于15m时，处理深度应穿过危险滑面下2m；本发明改进后的地基处理深度适用于含水层以下的土层。
[0053]
所述步骤一3中，桩孔按等边三角形布置，当桩孔按等边三角形布置时，d
e
＝1.05s；当桩孔按正方形布置时，d
e
＝1.13s；s为桩孔之间的中心距离(m)。
[0054]
所述步骤一中3中：地基处理面积a和b的确定，当采用整片处理时，应大于基础或建筑物底层平面的面积，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，且不应小于2m；当采用局部处理时，对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边不应小于基础底面宽度的25％，且不应小于0.5m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基础底面宽度的75％，且不应小于1.0m。
[0055]
所述步骤二.1中：选取5％的ps溶液，性价比较高。实施例的试验发现5％浓度的ps溶液，加固效果较理想，用料较少。ps溶液为一种以硅酸钾为主要添加剂的无机、绿色环保材料，对环境无污染，且价钱便宜，经济效益高。
[0056]
所述步骤二.3中：该试验类似与最优含水量试验，将水换成ps溶液。通过试验确定最优溶液配比，从而使得后期施工时，可以使得填土(灰土)得到最大程度的挤密。由于挤密桩中土壤的孔隙被ps溶液填充，孔隙比减小，提高了挤密桩抗剪强度和抗压强度，进而提高处理地基的整体强度。
[0057]
所述步骤三3中：给灰土或土添加溶液时，应分批次搅拌后回填，在ps溶液凝固前回填至孔内，并进行夯实。
[0058]
本发明的有益效果：
[0059]
1、通过在挤密桩中添加了ps溶液，提高了挤密桩抗剪强度和抗压强度，进而提高处理地基的整体强度。
[0060]
2、由于ps溶液加固后耐老化能力提高，在300h内，强度不但没有降低，还会有增大现象，而且随着ps浓度增多，其耐老化能力越强。
[0061]
3、由于挤密桩中土壤的孔隙被ps溶液填充，孔隙比减小，土壤的渗透性降低，从而使得挤密桩在长期浸水情况下依旧能保持较高强度，因此可适用于地下水以下的地层的加固。
[0062]
4、ps溶液为一种无机、绿色环保材料，对环境无污染，且价钱便宜，经济效益高。
[0063]
综上所述，本发明具有强度高、桩身紧实、承载力强、实用性强的优点。
附图说明
[0064]
图1为未加ps溶液重塑土的sem图(5微米、10微米、50微米)。
[0065]
图2为加5％浓度ps溶液重塑土的sem图(5微米、10微米、50微米)。
[0066]
图3为加5％浓度ps溶液重塑土充分浸湿后的sem图(5微米、10微米、50微米)。
[0067]
图4为干密度、ps溶液浓度与抗压强度的关系。
[0068]
图5为常含水率时不同ps浓度下垂直压力和抗剪强度的关系。
[0069]
图6为饱和状态时不同ps浓度下垂直压力和抗剪强度的关系。
[0070]
图7为ps溶液质量浓度与强度损失率的关系。
[0071]
图8为常含水率时不同ps溶液质量浓度下动三轴图。
[0072]
图9为饱和状态时不同ps溶液质量浓度下动三轴图。
[0073]
图10为本发明的施工流程图。
具体实施方式
[0074]
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0075]
本发明以人工重塑土为例进行了试验。试验选用粘土矿物为高岭土、蒙脱石和伊利石。在确认粘土矿物成分后，对其进行粉碎与研磨，保证其粒径小于0.02mm的颗粒占总量的70～80％。其基本物理性质见表1。
[0076]
随着ps溶液的添加，挤密桩的抗老化能力在300小时内的辐射下强度不仅没有降低，而且会增加。随着质量浓度的提高，添加ps溶液的挤密桩的抗老化能力愈来愈强。渗透系数虽然减少，但并不明显，如表2所示。ps溶液的质量浓度的差异可能在渗透性上存在一些差异，但是挤密桩的抗压强度损失率非常小，部分试验还会出现了抗压强度增强的情况。
[0077]
将各个实施例中挤密桩进行取样并进行sem实验。sem实验是在扫描电子显微镜上进行的。首先将试样粘在显微镜的样品架上，对其喷些金属材料喷金使其导电。测试的条件为22kv，土样是由低倍镜到高倍镜进行观察然后对比两组样品处理前后的样貌变化。此次实验选定的显微镜的倍数为5μm、10μm和50μm，选用的是未加固土和5％溶液浓度加固，见图1，图2，图3。
[0078]
图1中是没有添加ps溶液的粘土试样，可以发现该土样的孔隙结构比较疏松，土样颗粒之间没有明显的连接，而且土颗粒的团粒尺寸比较小。图2是添加了浓度为5％的ps溶液的土样，土样的孔隙比未加ps溶液的孔隙要紧密了一些，而且土颗粒之间有了一些连接。小的土颗粒联结成了大一些的土颗粒，强度较未添加ps溶液的土样提高较明显。图3是用添加浓度为5％ps溶液充分浸润土样，可以发现该土样孔隙结构相当紧密，土颗粒联结比较紧密，一些中等颗粒联结成大颗粒，从而提高了土体的强度。
[0079]
图4中未添加ps溶液的挤密桩的抗压强度为0.33～1.88mpa，而添加ps溶液后的挤
密桩的抗压强度为0.42～2.52mpa，强度得到明显提高，可以得出：挤密桩施工中添加ps溶液对于强度提高可以得到比较理想的结果。添加5％ps溶液的挤密桩抗压强度为0.51～2.38mpa，所以，挤密桩在添加ps溶液浓度为5％的强度提升比添加ps溶液浓度为3％时的效果要好，略低于添加7％溶液的效果。对于挤密桩的加固，ps溶液浓度添加的不同，得到的抗压强度也不同，随着添加ps溶液浓度的升高，挤密桩的抗压强度也越来越高。但是添加7％的效果不明显，所以考虑到经济性，选用的5％加固效果最好。
[0080]
图5、图6为挤密桩土样在常含水率和饱和含水率下的直剪试验。试验结果见。未加固的土样抗剪强度为0.04mpa～0.24mpa，而加固后的抗剪强度为0.08mpa～0.29mpa，可见加固效果明显。但随密度、土质、ps材料浓度不同其提高幅度有所变化。添加ps浓度为7％的挤密桩土样抗剪强度为0.08mpa～0.29mpa，加固效果要优于添加3％ps浓度的挤密桩土样和5％ps浓度的挤密桩土样。但是在添加ps浓度为5％的挤密桩土样的抗剪强度为0.15mpa～0.27mpa，相比于浓度为7％的情况下差异不大。所以，考虑到经济的情况下，选用添加浓度为5％的ps溶液加固效果最理想，经济效益较高。而饱和状态下添加5％ps浓度的挤密桩土样抗剪强度为0.075mpa～0.46mpa。在饱和状态情况下，土样的初始抗剪强度较常含水率情况下有所下降，但是整体趋势和加固效果和常含水率条件下基本一致。
[0081]
图7是抗老化试验结果。当老化时间增加，添加ps溶液的挤密桩土样的强度有增大的变化，随着ps溶液浓度的增大，强度损失越小。这表明在挤密桩中添加ps溶液的方案具有更长的使用寿命和更好的抗老化技能。
[0082]
图8、图9为挤密桩土样在常含水率和饱和含水率下的动三轴试验。试验结果表明，选用浓度为7％的ps溶液加固的抗剪强度是浓度3％、5％、7％三者最高的，但是和直剪试验一样，添加7％ps溶液比添加5％ps溶液的增益效果不明显。试样在饱和状态的情况下，增长趋势和加固效果较常含水率情况下基本一致。所以，综合考虑的情况下，选用浓度为5％的ps溶液加固挤密桩效果明显，经济效益最高，在预算充足的情况下可考虑选用7％的ps溶液加固挤密桩。
[0083]
主要结论如下：
[0084]
(1)ps溶液可以起到增强土粒间的胶结性，提高土颗粒与土颗粒的连接的作用。
[0085]
(2)浓度为5％的ps溶液可以改善土颗粒边缘部分的结构性和稳定性，并且对粘性黄土原孔隙的结构改变不大，颗粒片状化的情况不太明显。
[0086]
(3)浓度为5％的ps溶液可以增强土颗粒的结构性和稳定性，增强黏土颗粒间的胶结作用，颗粒片状化的情况比浓度为3％明显，而且对粘性黄土的原孔隙结构改变相比未加固的土样有显著提高。
[0087]
(4)综合挤密桩加固的原则，宜选用添加浓度为5％的ps溶液增加挤密桩承载力，再预算资金充足的情况下，可考虑选用7％的ps溶液加固挤密桩。
[0088]
表1重塑土的基本物理力学性质指标