寶鋼技術發(fā)展中心研制的土體固結粉介紹
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結構和止水帷幕、水利工程的護堤等工程中，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結構、護堤的擋土擋水性能。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、室內試驗
針對粘土顆粒呈疏松多孔結構、缺乏有機聯系的特點，應從改善孔結構和粘結土顆粒兩方面出發(fā)，來提高加固土的強度。而普通水泥自身水化產生的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產物、石灰與土顆粒緩慢反應產生的結晶度較差的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產物，均只起到粘結土顆粒的作用，未能有效改善孔結構。本項目將數千種配比的固化粉，用于各種典型土質，進行大量土工試驗，經優(yōu)化篩選，最終研制出的土體固結粉，含有大量活性硅鋁質礦物組分，在外加劑高效激發(fā)的化學作用和超細粉磨的物理作用下，可在粘土中產生大量填充孔結構和粘結土顆粒的水化產物。土體固結粉加固土的無側限抗壓強度、三軸抗剪強度、變形模量、壓縮系數、滲透系數等土工性能指標均遠優(yōu)于普通水泥加固土的性能指標，具有顯著的優(yōu)勢。
加固土的無側限抗壓強度是設計中最常用的參數。表1列出土體固結粉加固土和425＃普通水泥加固土的無側限抗壓強度對比試驗結果。加固土試件制備方法按《地基處理技術規(guī)范》之《室內水泥土抗壓強度試驗》（DBJ 08-40-94），試件土工性能試驗方法按《土工試驗方法標準》（GBJ 123-88）。
兩種固化材料不同齡期加固土的無側限抗壓強度對照表 表1
|
齡
期
天 |
水灰比
μ=0.45 |
土體固結粉加固土無側限抗壓強度
（單位：kPa） |
425#普通水泥加固土無側限抗壓強度
(單位：kPa) | ||||||
|
摻量aw=13% |
淤泥質
粉質粘土 |
褐黃色
粉質粘土 |
砂質
粉土 |
淤泥質
粉質粘土 |
褐黃色
粉質粘土 |
砂質
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，土體固結粉加固土的無側限抗壓強度均是普通水泥加固土強度的3－5倍；土體固結粉加固土的早期強度較高，3天強度即可達到和超過水泥土28天的強度，并且后期強度增長也非常明顯；較高含水量（55％）淤泥質粉質粘土的土體固結粉加固土的無側限抗壓強度是較低含水量（45％）淤泥質粉質粘土的水泥土的無側限抗壓強度的2倍以上。因此，使用土體固結粉加固粘土，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
粉質粘土 |
褐黃色
粉質粘土 |
砂質
粉土 |
淤泥質
粉質粘土 |
褐黃色
粉質粘土 |
砂質
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不排水剪切試驗，兩種固化材料加固土的內摩擦角ju均趨近于1o～2o，而土體固結粉加固土內聚力Cu是425#普通水泥加固土內聚力Cu的3-5倍。425#普通水泥用于加固高含水量的淤泥質粉質粘土，內聚力很低，這是造成許多工程事故的一個重要原因。而土體固結粉用于加固55％含水量的淤泥質粉質粘土，其加固土的內聚力甚至大于425#普通水泥褐黃色粉質粘土加固土和砂質粉土加固土的內聚力。因此，土體固結粉可廣泛用于高含水量、地質條件差的土層，其效果比425#普通水泥理想得多。
其它土工試驗結果（變形模量、壓縮系數等）也同樣驗證了土體固結粉高性能的特點。滲透試驗結果是，對于表1和表2涉及的四種粘土的土體固結粉加固土，7天滲透系數保持在10-6-10-7cm/sec數量級，28天滲透系數保持在10-7-10-8 cm/sec數量級，90天滲透系數保持在10-8-10-9 cm/sec數量級，均低于水泥土相應的滲透系數，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公司。使用土體固結粉，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。使用土體固結粉，克服了一期工程中曾出現的流沙現象，圍護工程質量良好。
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?？偝邪尽Ｊ褂猛馏w固結粉，止水帷幕抗?jié)B性能良好。
3.4 港城路一標工程
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。使用土體固結粉，有效克服了彈簧土現象，土路基質量良好。
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工程總承包公司（滬）。使用土體固結粉，大幅度提高了旋噴樁的強度。
3.6 四三七廠軍品下水設施造船塢工程
該工程位于滬東造船廠內，為國內屈指可數的三十萬噸級特大型船塢，施工單位是三航局二公司。其中錨錠系統加固攪拌樁全部使用土體固結粉，提高了早期強度，節(jié)省了工期。
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