軟土地基生石膏淺層攪拌加固技術(shù)★

金 靖

(浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310014)

軟土地基生石膏淺層攪拌加固技術(shù)★

金 靖

(浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310014)

利用SEM試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)，從微觀上研究了生石膏摻量對(duì)有機(jī)質(zhì)軟土固化效果的影響，分析了固化劑中生石膏的最佳摻量，指出采用生石膏與水泥組成的新型固化劑加固軟基可提高固化土強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約水泥、降低成本的目的。

生石膏,水泥,地基,加固，淺層攪拌法

對(duì)于軟土層厚度小于3 m，且軟土層在地基表層時(shí)，同換土回填，強(qiáng)夯法、深層攪拌等方法相比，特別是運(yùn)距長(zhǎng)的項(xiàng)目，淺層攪拌法具有工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著的優(yōu)點(diǎn)。微觀試驗(yàn)研究結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)宏觀試驗(yàn)結(jié)果都顯示，在使用水泥土攪拌法處理軟土地基時(shí)，加入適量生石膏后，可以大幅增加固化土強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，還可達(dá)到節(jié)約水泥、降低成本的目的[1]。

1 工程概況

本工程總用地面積為256 350 m2，總建筑面積121 513 m2，其中地下室面積9 667 m2。由5幢4層～6層學(xué)院樓、配套建筑及相應(yīng)的室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地組成。其中室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地為16片籃球場(chǎng)、9片網(wǎng)球場(chǎng)及一個(gè)田徑場(chǎng)。場(chǎng)地地質(zhì)條件較復(fù)雜，為沖湖積平原地貌。其中場(chǎng)地北部三幢樓群及室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)區(qū)塊淺層有淤泥質(zhì)粘土，需要處理。由于工程位于市區(qū)，淤泥外運(yùn)運(yùn)距在40 km外，如采用換土回填方案，存在運(yùn)距遠(yuǎn)、費(fèi)用高、工期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，無(wú)法滿足要求，因此最終確定采用水泥生石膏新型固化劑淺層攪拌加固方案，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：便于施工；對(duì)施工機(jī)械的要求不高；固結(jié)周期短，工期保證；經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 生石膏固化試驗(yàn)

目前國(guó)內(nèi)外的固化劑研制，大都需要通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)[2-4]，才能確定一個(gè)合適的石膏摻量，花費(fèi)大量人力物力。工程利用SEM試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)從微觀上研究了生石膏摻量對(duì)于有機(jī)質(zhì)軟土的固化效果的影響，分析固化劑中生石膏最佳摻量。

2.1 土質(zhì)分析

2.1.1 淤泥質(zhì)粘土分布

根據(jù)工程勘察報(bào)告，該區(qū)塊的軟土主要為淤泥質(zhì)粘土，分布范圍見(jiàn)圖1，面積約11.2萬(wàn)m2。

2.1.2 淤泥質(zhì)粘土特征

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，淤泥質(zhì)粘土：灰色，流塑。切面光滑無(wú)光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性中等，干強(qiáng)度中等，含有機(jī)質(zhì)斑。主要分布于場(chǎng)地北部地段，層頂標(biāo)高3.90 m～6.30 m，層厚1.00 m～2.50 m。地基承載力70 kPa，需要加固處理。

土樣的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土樣的物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

人工制備有機(jī)質(zhì)軟土以便定量分析有機(jī)質(zhì)軟土的固化效果，摻入不同比例的水泥和石膏，制成固化土，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(UCS)試驗(yàn)，并利用掃描電子顯微鏡(SEM)試驗(yàn)觀察固化土中水化物的生長(zhǎng)情況。UCS試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由試驗(yàn)e,f,g可以看出，隨著生石膏摻量的增加，固化土不同齡期的強(qiáng)度均有較大的提高，對(duì)于后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)要大于前期強(qiáng)度，但當(dāng)石膏摻量繼續(xù)增加到8%時(shí)，固化土強(qiáng)度反而降低，甚至低于單摻水泥時(shí)的強(qiáng)度。

表2 不同成分固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

取放大倍數(shù)7 500倍，從試樣代表性部位攝取SEM照片，可以清晰地看到固化土內(nèi)局部產(chǎn)生的物質(zhì)，見(jiàn)圖2。

另取水泥摻量為18%，分別取不同的石膏摻量，進(jìn)行軟土固化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢?jiàn)，隨著石膏摻量的增加，固化土的強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。這說(shuō)明，石膏確實(shí)存在一個(gè)最優(yōu)摻量。從圖3可知，最優(yōu)摻量為2%。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：排除地表水→施工放樣→清除表土→鏵犁松土→運(yùn)送和攤鋪水泥生石膏固化劑→鏵犁拌和→整形→碾壓→后期養(yǎng)護(hù)。

3.2 施工技術(shù)措施

3.2.1 施工準(zhǔn)備

1) 用挖機(jī)預(yù)先挖好排水溝，排除地表水，自然干燥。2)用推土機(jī)清除原地面的植被、表層腐殖土，并推到指定棄土堆。3)采用LSX-1-65深耕單鏵犁和挖掘機(jī)翻松淤泥質(zhì)粘土，翻松深度65 cm～75 cm，通常情況翻松深度越深越好。

3.2.2 攤鋪水泥生石膏固化劑

1)按照試驗(yàn)結(jié)果，采用水泥12%、生石膏2%的配合比。根據(jù)軟土層厚度、面積、容重計(jì)算每平方米加固處理所需的水泥和生石膏用量，推算出每車(chē)水泥生石膏固化劑的攤鋪面積。然后計(jì)算每車(chē)固化劑的攤鋪范圍，并用石灰線標(biāo)明。2)固化劑運(yùn)送到制定攤鋪范圍后采用人工將固化劑均勻攤鋪，要求表面沒(méi)有空缺。核實(shí)固化劑的送鋪厚度，校核固化劑用量。3)采用鏵犁進(jìn)行拌和。鏵犁的行走方向是自兩邊向中間，由低向高向中部拌和，犁頭方向向高處傾斜。拌和時(shí)，應(yīng)盡量做到拌和均勻，拌和深度必須同松土厚度一致，專(zhuān)人隨機(jī)檢查。

3.2.3 整形碾壓和養(yǎng)護(hù)

1)推土機(jī)推平整形，壓路機(jī)碾壓。碾壓宜慢速，不宜超過(guò)4 km/h，碾壓方向由兩邊到中間，再由中間到兩邊；壓實(shí)度檢測(cè)要求嚴(yán)格按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率進(jìn)行驗(yàn)收。如有“彈簧土”現(xiàn)象，必須予以換填。2)做好后期養(yǎng)護(hù)工作，防止重載車(chē)輛對(duì)加固土層的破壞，水泥生石灰固化劑的固化效果溫度較高時(shí)更佳。

4 注意事項(xiàng)

1)做好水泥生石膏配比試驗(yàn)。影響固化土強(qiáng)度的因素主要有水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、摻量，生石膏來(lái)源、摻量及土體的性質(zhì)等[5]。因此，在用生石膏加固軟土地基施工前，必須做好生石膏加固土的配比試驗(yàn)。對(duì)不同的土質(zhì)，根據(jù)不同的固化強(qiáng)度要求，找到相應(yīng)的水泥和生石膏最優(yōu)摻量。 2)施工時(shí)期應(yīng)避開(kāi)氣溫較低的季節(jié)，以免對(duì)固化周期造成影響，施工期間最低溫度不得低于5 ℃。施工應(yīng)避開(kāi)大風(fēng)天氣，以免造成揚(yáng)塵，產(chǎn)生空氣污染。

5 結(jié)語(yǔ)

與換土回填相比，采用淺層攪拌法處理地基工程節(jié)約費(fèi)用約1 000萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

與單純用水泥加固地基相比,用生石膏與水泥組成的新型固化劑加固軟土地基可大幅度提高固化土強(qiáng)度,可有效降低水泥用量和固化劑總用量。因此,用生石膏與水泥配合加固軟土地基能夠帶來(lái)較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。

試驗(yàn)表明，生石膏與水泥的比例存在最佳值，最優(yōu)摻量為2%，如固化劑中的生石膏比例過(guò)大,反而會(huì)降低加固土強(qiáng)度。

[1] 黃 雨,周子舟,柏 炯,等.石膏添加劑對(duì)水泥土攪拌法加固軟土地基效果影響的微觀試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào), 2010(32):1179-1183.

[2] HUGHES P, GLENDINNING S. Deep dry mix ground improvement of a soft peaty clay using blast furnace slag and red gypsum [J].Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology,2004(37):205-216.

[3] AZUMA K,OHISHI K,ISHII T,et al.Application of FGC deep mixing to the brace excavation[C]//Proceedings of soft ground engineering in coastal areas.Leiden,2003:223-232.

[4] 周積元,胡鳴嗥.水泥土的微觀結(jié)構(gòu)及其水化產(chǎn)物[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998,26(S1):6-10.

[5] 劉 毅,黃 新.利用磷石膏加固軟土地基的工程實(shí)例[J].建筑技術(shù),2002,33(3):171-173.

Experimental study on improving soft soil by gypsum★

JIN Jing

(ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014,China)

The paper adopts SEM experiment and the strength tests, researches the influence of the gypsum volume on the consolidation effect of the organic soft-soil, analyzes the optimal mixture volume of the gypsum in the consolidation agent, and points out the new consolidation agent with the gypsum and cement can improve the strength of the consolidation soil to enhance the soft foundation, so it saves cement and reduce the cost.

gypsum, cement, foundation, consolidation, shallow mixing method

1009-6825(2014)11-0071-03

2014-01-26★：浙江省教育廳科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：Y201226234)

金 靖(1980- )，男，碩士，工程師

TU447

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