一种软土浅层持力硬壳层施工方法

1.本发明涉及一种软土浅层持力硬壳层施工方法，属于土木水利交通等工程领域中特殊土改良与处治问题。
2.

背景技术：

3.随着大量土木水利交通工程日益增加，遇到的软土问题愈发普遍和复杂。现有处理方法未考虑长期作用下外界水分渗入软土导致处理效果下降，工程性质变差，影响工程正常运行甚至造成安全事故。若能采用技术方法，在软土浅层一定厚度内形成“强疏水 高强度”的持力硬壳层，则相当于在软土表面铺设一层类似竹筏的材料，既能同时隔绝降雨入渗和地下水位的影响，又能长期发挥其承载能力，减少其它建筑材料的使用，节约工程成本，满足工程施工需要，应用前景广阔。
4.

技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对传统软土地基处理施工复杂、材料繁多、成本较高等问题，而提出的一种软土浅层持力硬壳层施工方法。该方法利用生石灰与软土中水分发生化学反应，快速吸收部分水分，生成强度较高的钙质结合体，提升软土的力学性能；同时利用疏水性气相纳米二氧化硅（简称疏水二氧化硅）的强烈疏水性来阻止外部水分进入软土，提升软土的抗渗性能。最终形成具有“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层。
6.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据工程实际需求确定软土处理范围，重点确定软土处理厚度；（2）根据软土的最优含水率和基于工程需求击实度所对应的临界含水率，参照生石灰处治软土标准和工程需求确定生石灰剂量；生石灰剂量是以能够使软土的含水率降低到最优含水率或基于工程需求击实度所对应的临界含水率；（3）将疏水二氧化硅与生石灰按比例混合均匀，疏水二氧化硅含量不低于0.8% ；（4）采用浅层搅拌 匀速喷洒施工工艺，将疏水二氧化硅与生石灰混合物置于软土浅层中，让生石灰充分发生化学反应，疏水二氧化硅均匀分散于软土浅层中；（5）待软土中水分显著减小并满足工程要求后，在软土表层均匀铺洒一层细砂层，形成“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层。
7.进一步地，所述步骤（1）中，软土处理厚度根据实际工程需求确定，处理后形成的持力硬壳层能满足现行地基处理规范之规定。
8.进一步地，所述步骤（2）中，生石采用ⅲ级及以上标准，生石灰常用剂量为4~10%。
9.进一步地，所述步骤（3）中，所述疏水二氧化硅采用硅烷偶联剂进行表面活性剂处理，处理后的疏水二氧化硅颗粒表观接触角≥90o；颗粒比表面积≥200m2/g，质量密度≥2g/
cm3，颗粒晶型为球形。
10.进一步地，所述步骤（5）中，水分显著减小的主要表现为软土表面无水聚集，软土表现出可塑形态，通过取样来测定其含水率、液塑限及开展力学及渗透试验等来确定是持力硬壳层否满足工程需求。
11.进一步地，所述步骤（5）中，细砂层厚度不小于2cm。
12.相对于现有技术具有如下有益效果：1）所选材料简单，价格低廉，生态环保；2）持力硬壳层的抗渗性和强度能保持长期稳定，适应性强；3）持力硬壳层施工方法和施工设备均为常规，不影响现场施工进度，降低施工成本。
13.附图说明
14.图1是软土浅层持力硬壳层施工流程；图2是软土浅层持力硬壳层结构图；图中：1、天然软土层，2、持力硬壳层，3、细砂层。
具体实施方式
15.生石灰与软土中水分发生化学反应生成强度较高的钙质结合体；疏水性气相纳米二氧化硅的强烈疏水性能阻止外部水分进入软土，最终形成具有“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层，如附图2所示，底部为天然软土层1、中间为持力硬壳层2，顶部为细砂层3。
16.根据以上原理，本发明根据附图1所示方法流程设计了如下实施步骤：（1）根据工程实际需求确定软土处理范围，重点确定软土处理厚度；（2）根据软土的最优含水率和基于工程需求击实度所对应的临界含水率，参照生石灰处治软土标准和工程需求确定生石灰剂量。
17.（3）将疏水性气相纳米二氧化硅与生石灰按一定比例混合均匀，疏水二氧化硅含量不低于0.8%；（4）采用“浅层搅拌 匀速喷洒”施工工艺，将“疏水二氧化硅 生石灰”混合物置于软土浅层中，让生石灰充分发生化学反应，疏水二氧化硅均匀分散于软土浅层中；（5）待改良后软土水分显著减小性能满足工程需求后，在软土表层均匀铺洒一定厚度细砂层，形成“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层。
18.所述步骤（1）中，软土应符合现行《土的工程分类标准》国家标准。软土处理厚度根据实际工程需求灵活确定，要求处理后形成的持力硬壳层能满足现行地基处理规范之规定。
19.所述步骤（2）中，软土最优含水率和基于工程需求击实度所对应的临界含水率的确定，需满足现行《公路土工试验规程》之相关规定。
20.所述步骤（2）中，生石灰应符合现行《公路路面基层施工技术规范》规定的ⅲ级及以上要求。生石灰剂量是以能够使软土的含水率降低到最优含水率或基于工程需求击实度所对应的临界含水率，常用剂量为4~10%，具体剂量宜通过处治后土体的力学性能试验来确
定，处治后土体性能应满足工程需求。
21.所述步骤（3）中，疏水二氧化硅主要参数：颗粒平均粒径≤20nm；采用硅烷偶联剂等表面活性剂处理后的颗粒表观接触角≥90o，且越大越好；颗粒比表面积≥200m2/g，质量密度≥2g/cm3，颗粒晶型为球形。
22.所述步骤（5）中，水分显著减小的主要表现为软土表面无水聚集，软土表现出可塑形态。可通过取样来测定其含水率、液塑限及开展力学及渗透试验等来确定是持力硬壳层否满足工程需求。试验方法可参照现行《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》和《公路土工试验规程》等标准。
23.所述步骤（5）中，铺洒一定厚度细砂层的目的在于保护表层软土的稳定形态，避免外界因素的干扰，同时也可提升表层软土的力学性质。厚度可根据工程需求灵活确定，一般不小于2cm。
24.表1为经过处理前后软土基本参数对比：表1 处治前后软土基本参数对比可见经处理后的软土可形成一层具有“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层。
25.以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据工程实际需求确定软土处理范围，重点确定软土处理厚度；（2）根据软土的最优含水率和基于工程需求击实度所对应的临界含水率，参照生石灰处治软土标准和工程需求确定生石灰剂量；生石灰剂量是以能够使软土的含水率降低到最优含水率或基于工程需求击实度所对应的临界含水率；（3）将疏水二氧化硅与生石灰按比例混合均匀，疏水二氧化硅含量不低于0.8% ；（4）采用浅层搅拌 匀速喷洒施工工艺，将疏水二氧化硅与生石灰混合物置于软土浅层中，让生石灰充分发生化学反应，疏水二氧化硅均匀分散于软土浅层中；（5）待软土中水分显著减小并满足工程要求后，在软土表层均匀铺洒一层细砂层，形成“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层。2.根据权利要求1所述的一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于：所述步骤（1）中，软土处理厚度根据实际工程需求确定，处理后形成的持力硬壳层能满足现行地基处理规范之规定。3.根据权利要求1所述的一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中，生石采用ⅲ级及以上标准，生石灰常用剂量为4~10%。4.根据权利要求1所述的一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述疏水二氧化硅采用硅烷偶联剂进行表面活性剂处理，处理后的疏水二氧化硅颗粒表观接触角≥90
o
；颗粒比表面积≥200m2/g，质量密度≥2g/cm3，颗粒晶型为球形。5.根据权利要求1所述的一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于：所述步骤（5）中，水分显著减小的主要表现为软土表面无水聚集，软土表现出可塑形态，通过取样来测定其含水率、液塑限及开展力学及渗透试验等来确定是持力硬壳层否满足工程需求。6.根据权利要求1所述的一种软土浅层持力硬壳层施工方法，其特征在于：所述步骤（5）中，细砂层厚度不小于2cm。

技术总结
本发明公开了一种软土浅层持力硬壳层施工方法，属于土木水利交通等工程领域中特殊土改良与处治问题。采用疏水性气相纳米二氧化硅和生石灰按一定比例均匀混合后，采用“浅层搅拌 匀速喷洒”的方式将其掺入软土中以达到改良效果。生石灰与软土中水分发生化学反应，生成强度较高的钙质结合体。同时疏水性气相纳米二氧化硅分散在软土中，能有效阻止外部水分渗入土体。最终形成“强疏水 高强度”的软土浅层持力硬壳层，大大改善了软土的工程性质。本发明所选材料及制备过程简单，整个施工过程无需特殊环境，施工操作简便，处理后效果良好，可满足软土地区工程要求。足软土地区工程要求。足软土地区工程要求。


技术研发人员：吴珺华 叶云雪 周光权 付芳远 李嘉豪 许婧楠
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/7/12