寶鋼技術(shù)發(fā)展中心研制的土體固結(jié)粉介紹
2009-02-13 00:00
1、引言
在多層住宅的地基加固、深基坑的臨時性圍護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕、水利工程的護(hù)堤等工程中，常用攪拌樁、旋噴樁的施工方法，將普通水泥與粘土強制攪拌，形成有一定強度的柱體，以提高地基的承載力和圍護(hù)結(jié)構(gòu)、護(hù)堤的擋土擋水性能。在道路工程的基層和底基層中，往往在粘土中拌和加入石灰，以提高土路基的承載力。但是，現(xiàn)有的普通水泥、石灰等固化材料加固粘土的強度偏低，尤其在沿江、沿湖、沿海和暗浜較多的軟土地基地區(qū)，土體的含水量很高，傳統(tǒng)的固化材料加固土體的效果不理想，是造成諸如住宅樓沉降過大、基坑開挖邊坡塌方等許多工程事故的主要原因之一。此外，旋噴樁、SMW工法等施工工藝的水灰比大（1:1~1.5:1），將天然土的含水量提高至70％以上，削弱了加固土的強度。因此，有必要研制出一種加固土強度高、適用于加固高含水量粘土的新型土體固化材料。
2、室內(nèi)試驗
針對粘土顆粒呈疏松多孔結(jié)構(gòu)、缺乏有機(jī)聯(lián)系的特點，應(yīng)從改善孔結(jié)構(gòu)和粘結(jié)土顆粒兩方面出發(fā)，來提高加固土的強度。而普通水泥自身水化產(chǎn)生的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物、石灰與土顆粒緩慢反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)晶度較差的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物，均只起到粘結(jié)土顆粒的作用，未能有效改善孔結(jié)構(gòu)。本項目將數(shù)千種配比的固化粉，用于各種典型土質(zhì)，進(jìn)行大量土工試驗，經(jīng)優(yōu)化篩選，最終研制出的土體固結(jié)粉，含有大量活性硅鋁質(zhì)礦物組分，在外加劑高效激發(fā)的化學(xué)作用和超細(xì)粉磨的物理作用下，可在粘土中產(chǎn)生大量填充孔結(jié)構(gòu)和粘結(jié)土顆粒的水化產(chǎn)物。土體固結(jié)粉加固土的無側(cè)限抗壓強度、三軸抗剪強度、變形模量、壓縮系數(shù)、滲透系數(shù)等土工性能指標(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于普通水泥加固土的性能指標(biāo)，具有顯著的優(yōu)勢。
加固土的無側(cè)限抗壓強度是設(shè)計中最常用的參數(shù)。表1列出土體固結(jié)粉加固土和425＃普通水泥加固土的無側(cè)限抗壓強度對比試驗結(jié)果。加固土試件制備方法按《地基處理技術(shù)規(guī)范》之《室內(nèi)水泥土抗壓強度試驗》（DBJ 08-40-94），試件土工性能試驗方法按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 123-88）。
兩種固化材料不同齡期加固土的無側(cè)限抗壓強度對照表 表1
|
齡
期
天 |
水灰比
μ=0.45 |
土體固結(jié)粉加固土無側(cè)限抗壓強度
（單位：kPa） |
425#普通水泥加固土無側(cè)限抗壓強度
(單位：kPa) | ||||||
|
摻量aw=13% |
淤泥質(zhì)
粉質(zhì)粘土 |
褐黃色
粉質(zhì)粘土 |
砂質(zhì)
粉土 |
淤泥質(zhì)
粉質(zhì)粘土 |
褐黃色
粉質(zhì)粘土 |
砂質(zhì)
粉土 | |||
|
含水量 |
45% |
55% |
35% |
35% |
45% |
55% |
35% |
35% | |
|
3 |
試
驗
值 |
1021.6 |
830.5 |
1450.7 |
1975.6 |
327.5 |
203.9 |
430.3 |
372.3 |
|
7 |
1808.4 |
1066.8 |
2228.5 |
2787.9 |
509.2 |
292.8 |
691.8 |
547.3 | |
|
14 |
2739.2 |
1654.2 |
3364.7 |
4012.2 |
752.8 |
521.7 |
949.3 |
1098.9 | |
|
28 |
3690.9 |
2264.7 |
4233.2 |
5229.9 |
1072.8 |
685.3 |
1376.7 |
1478.7 | |
|
60 |
4023.9 |
2709.6 |
4606.1 |
5473.2 |
1172.0 |
851.3 |
1541.4 |
1540.1 | |
|
90 |
4537.3 |
3240.8 |
5013.2 |
5715.7 |
1360.5 |
895.6 |
1590.2 |
1714.4 | |
|
420 |
6737.7 |
3325.2 |
8898.3 |
8443.4 |
2185.2 |
1335.0 |
3343.9 |
2669.2 | |
由表1可知，從3天齡期到420天齡期，對于各種典型土質(zhì)，土體固結(jié)粉加固土的無側(cè)限抗壓強度均是普通水泥加固土強度的3－5倍；土體固結(jié)粉加固土的早期強度較高，3天強度即可達(dá)到和超過水泥土28天的強度，并且后期強度增長也非常明顯；較高含水量（55％）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的土體固結(jié)粉加固土的無側(cè)限抗壓強度是較低含水量（45％）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的水泥土的無側(cè)限抗壓強度的2倍以上。因此，使用土體固結(jié)粉加固粘土，具有早強、高強、適用于加固高含水量土體的特點。
表2列出土體固結(jié)粉加固土和425＃普通水泥加固土的三軸抗剪強度對比試驗結(jié)果。
兩種固化材料不同齡期的加固土三軸抗剪強度對照表 表2
|
齡
期天 |
水灰比
μ=0.45 |
土體固結(jié)粉加固土三軸抗剪強度
（單位：kPa） |
425#普通水泥加固土三軸抗剪強度
(單位：kPa) | ||||||
|
摻量aw=13% |
淤泥質(zhì)
粉質(zhì)粘土 |
褐黃色
粉質(zhì)粘土 |
砂質(zhì)
粉土 |
淤泥質(zhì)
粉質(zhì)粘土 |
褐黃色
粉質(zhì)粘土 |
砂質(zhì)
粉土 | |||
|
含水量 |
45% |
55% |
35% |
35% |
45% |
55% |
35% |
35% | |
|
14 |
Cu |
1120 |
1050 |
1500 |
1800 |
290 |
180 |
500 |
550 |
|
ju |
1o |
1.5o |
2o |
1o |
0.5o |
1o |
1o |
0.5o | |
|
28
|
Cu |
1200 |
1100 |
2150 |
2300 |
300 |
180 |
650 |
700 |
|
ju |
1o |
1o |
3o |
1o |
0.5o |
0.5o |
1o |
0.5o | |
|
90 |
Cu |
1400 |
1200 |
2500 |
2800 |
320 |
210 |
800 |
800 |
|
ju |
2o |
1o |
3o |
3o |
1o |
0.5o |
1o |
1o | |
由表2可知，由于試驗采用不固結(jié)不排水剪切試驗，兩種固化材料加固土的內(nèi)摩擦角ju均趨近于1o～2o，而土體固結(jié)粉加固土內(nèi)聚力Cu是425#普通水泥加固土內(nèi)聚力Cu的3-5倍。425#普通水泥用于加固高含水量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，內(nèi)聚力很低，這是造成許多工程事故的一個重要原因。而土體固結(jié)粉用于加固55％含水量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其加固土的內(nèi)聚力甚至大于425#普通水泥褐黃色粉質(zhì)粘土加固土和砂質(zhì)粉土加固土的內(nèi)聚力。因此，土體固結(jié)粉可廣泛用于高含水量、地質(zhì)條件差的土層，其效果比425#普通水泥理想得多。
其它土工試驗結(jié)果（變形模量、壓縮系數(shù)等）也同樣驗證了土體固結(jié)粉高性能的特點。滲透試驗結(jié)果是，對于表1和表2涉及的四種粘土的土體固結(jié)粉加固土，7天滲透系數(shù)保持在10-6-10-7cm/sec數(shù)量級，28天滲透系數(shù)保持在10-7-10-8 cm/sec數(shù)量級，90天滲透系數(shù)保持在10-8-10-9 cm/sec數(shù)量級，均低于水泥土相應(yīng)的滲透系數(shù)，說明該新型粘土固化劑加固土的抗?jié)B性能良好。
3、工程實例
3.1上海市委黨校擴(kuò)建工程
位于徐匯區(qū)虹漕南路，基坑面積2770m2，周長283m，基坑開挖深度6.40m, 選用攪拌樁組成空格重力壩。施工單位是上海市基礎(chǔ)公司。使用土體固結(jié)粉，攪拌樁擋土止水性能良好。
3.2曹楊商場二期工程
位于曹楊路、蘭溪路，基坑長約73ｍ，寬約35ｍ，基坑開挖深度3.60-5.90ｍ。選用深層攪拌樁重力壩擋土止水。施工單位是上海市建五公司。使用土體固結(jié)粉，克服了一期工程中曾出現(xiàn)的流沙現(xiàn)象，圍護(hù)工程質(zhì)量良好。
3.3 旺角廣場工程
位于黃浦區(qū)寧海東路，東鄰延安東路隧道?；用娣e2989m2，周長205m，基坑開挖深度8.8m。 圍護(hù)體系由鉆孔灌注樁擋土、深層攪拌樁作止水帷幕。施工單位是浙江東海總承包公司。使用土體固結(jié)粉，止水帷幕抗?jié)B性能良好。
3.4 港城路一標(biāo)工程
位于外高橋草高路至巴斯夫廠區(qū)，全長1.6Kｍ，道路實施寬度18ｍ。選用粉噴樁加固土路基。施工單位是上海凌橋工程公司。使用土體固結(jié)粉，有效克服了彈簧土現(xiàn)象，土路基質(zhì)量良好。
3.5 外環(huán)線越江隧道工程
該工程是亞洲第一、世界第三的隧道工程，暗埋段位于寶山區(qū)吳凇口，選用旋噴樁作迎江面止水帷幕及基坑底加固。施工單位是中國京冶建設(shè)工程總承包公司（滬）。使用土體固結(jié)粉，大幅度提高了旋噴樁的強度。
3.6 四三七廠軍品下水設(shè)施造船塢工程
該工程位于滬東造船廠內(nèi)，為國內(nèi)屈指可數(shù)的三十萬噸級特大型船塢，施工單位是三航局二公司。其中錨錠系統(tǒng)加固攪拌樁全部使用土體固結(jié)粉，提高了早期強度，節(jié)省了工期。
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