所屬領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種加固軟黏土地基的方法，尤其涉及一種電滲聯(lián)合堿激發(fā)加固軟黏土地基及其施工方法，主要適用于淤泥地基、吹填土地基等的處理，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

堿激發(fā)膠凝材料主要以硅鋁質(zhì)工業(yè)固體廢棄物(如粉煤灰、礦渣、鋼渣、赤泥)為原料，在常溫或稍高溫度環(huán)境下通過堿激活劑作用，由解聚到縮聚形成的一種以離子鍵和共價鍵為主，由[sio4]和[alo4]四面體結(jié)構(gòu)單元通過共用氧交替鍵合而構(gòu)成的具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚硅鋁酸鹽凝膠。該材料的獨特結(jié)構(gòu)，使其具有許多硅酸鹽水泥基材料難以達到的優(yōu)異性能，在力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性、耐化學(xué)侵蝕、耐高溫及固定重金屬等方面尤為突出，且其能耗低、排放少，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型低碳膠凝材料。但在制備過程中，為了提高硅鋁質(zhì)原料的溶出，需要摻加大量苛性堿、水玻璃等堿激發(fā)劑，這將導(dǎo)致硬化產(chǎn)物出現(xiàn)嚴(yán)重的析堿、泛堿現(xiàn)象，并對周圍環(huán)境造成一定的污染，且強堿性激發(fā)劑生成成本高，限制了其在土體固化中的應(yīng)用。

電滲法是在地基中插入陰陽電極并通以低壓直流電，通過產(chǎn)生電動效應(yīng)來提高軟黏土強度的一種軟基加固方法。電動效應(yīng)主要表現(xiàn)為電滲與電泳，在直流電場作用下，土體孔隙中帶正離子的極性水分子將從陽極流向陰極形成電滲，通過陰極管抽排水，可以加快軟土固結(jié)，而帶負電荷的土顆粒向陽極移動形成電泳，土顆粒沉積在陽極附近，使得陽極附近的土體加密，強度增加。該法施工荷載小，排水速度主要取決于電力滲透性能而非土體的水力滲透性能，可以快速排出土體中的自由水和部分弱結(jié)合水。此外，該法無需水泥、砂石等建筑材料，施工過程中無粉塵污染、無噪音，且無需大型的施工機械。但電滲法也會存在電極損耗嚴(yán)重、地基土體處理不均等缺點，而且處理周期相對較長，處理后強度提高有限。

在本發(fā)明之前，中國專利“聯(lián)合化學(xué)溶液注入電滲法處理軟土地基及其施工方法”(zl201110083840.5)公開了一種化學(xué)溶液注入電滲法加固軟黏土地基的施工方法，在地基中插入金屬電極并分別在陰陽電極中注入硅酸鈉溶液和氯化鈣溶液，然后通以直流電，形成電滲和化學(xué)反應(yīng)，從而降低土中含水率，加速地基土固結(jié)壓密，且化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的沉淀物對土體顆粒起到一定的膠結(jié)作用。相對于普通電滲法，該法可以有效提高滲透速率、縮短工期、提高處理后土體強度，但仍然存在施工周期較長、地基土體處理不均等缺點，而且電極附近注入大量的硅酸鈉和氯化鈣溶液，增加了處理費用。中國專利“一種淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置及方法”(zl201210219013.9)公開了一種利用無砂墊層真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法處理超軟淤泥地基的裝置及方法，真空預(yù)壓在前期作用，排出土體中的大部分自由水，電滲介入后可進一步排出單純真空預(yù)壓作用無法排出的部分自由水和弱結(jié)合水，該法雖然處理效果較為理想，但施工工藝復(fù)雜且工期長。中國專利“一種化學(xué)溶液注入電滲法聯(lián)合碎石樁處理軟土地基的施工方法”(zl201110083345.4)公開了一種化學(xué)溶液注入電滲法聯(lián)合碎石樁復(fù)合地基方法，首先在軟弱土地基中打入碎石樁，然后在碎石樁內(nèi)插入金屬電極并注入化學(xué)溶液，最后通以直流電，土體中水及化學(xué)溶液形成電滲和化學(xué)反應(yīng)，軟弱土體中的水從碎石樁頂部排出，化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的沉淀物對碎石樁體和土體都起到一定的膠結(jié)作用。該方法同時在土體內(nèi)增設(shè)豎向增強體和化學(xué)電滲土體，可有效地提高復(fù)合地基處理強度，但化學(xué)反應(yīng)生成的沉淀物在碎石樁體中分布不均，且對樁體強度提高有限，在較大荷載作用下會導(dǎo)致整體沉降過大。此外，通過金屬電極注入大量硅酸鈉和氯化鈣溶液不僅增加處理成本，還會對土體環(huán)境造成一定的污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有堿激發(fā)膠凝材料固化軟黏土?xí)r消耗大量強堿性激發(fā)劑，固化成本高，對土體環(huán)境造成一定的污染；普通電滲法存在處理周期相對較長，地基土體處理不均且處理后強度增加有限等缺陷，提出一種電滲聯(lián)合堿激發(fā)加固軟黏土地基的施工方法。本發(fā)明將電滲法施工與工業(yè)廢渣攪拌樁施工結(jié)合起來，通過電滲及堿激發(fā)作用實現(xiàn)樁體及樁周土體的共同增強效果，處理后地基承載力大幅度提高，工后沉降顯著降低。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種電滲聯(lián)合堿激發(fā)加固軟黏土地基的施工方法，通過深層攪拌機械將工業(yè)廢渣混合粉料與軟黏土強制攪拌成攪拌樁，在攪拌樁樁體內(nèi)和樁體旁邊分別插入鋼花管作為陰極，在樁周土體內(nèi)插入抗氧化石墨電極作為陽極，然后通以低壓直流電，通過陰極鋼花管抽排水，樁周土快速固結(jié)壓密；同時電滲過程中陰極產(chǎn)生大量oh^-離子并聚集在陰極附近，工業(yè)廢渣混合粉料在堿激發(fā)作用下不斷生成硅酸鹽及硅鋁酸鹽凝膠，從而使得樁體強度大幅度提高。

所述的工業(yè)廢渣混合粉料是由粉煤灰、?；郀t礦渣和鋼渣經(jīng)過自然風(fēng)干、磨細活化分選后制得的高活性微粉，其原料的質(zhì)量百分比為：50％～70％低鈣粉煤灰微粉、15～25％?；郀t礦渣微粉、15～25％鋼渣微粉，細度均控制在400～600m²/kg，攪拌樁中混合粉料摻量為10％～15％。

所述的鋼花管帶有錐頭，鋼花管外徑為30～50mm，壁厚為2～4mm，在軟黏土以下部分鋼花管周身梅花形布置孔徑為5～8mm的排水孔并包裹導(dǎo)電濾布，在地基以上部分設(shè)置排氣孔。

所述的鋼花管插設(shè)深度為設(shè)計樁底以下1.5～2.0m，且露出地面0.2～0.5m。

所述的石墨電極外面涂有抗氧化劑，其直徑為20～40mm，長度與陰極鋼花管相同。

該方法采用的具體步驟如下：

1)清表回填，施工放樣，利用深層攪拌機械將工業(yè)廢渣混合粉料與原位軟黏土強制攪拌成樁；

2)利用樁機液壓在攪拌樁樁體中心和樁體旁邊分別壓入鋼花管作為陰極，并將石墨電極壓入樁周土體作為陽極，鋼花管和石墨電極采用平行錯位方式布置；

3)沿陰極布置pvc排水支管，并將其通過塑料軟管和管件接頭分別與陰極鋼花管和pvc排水總管相連接，然后將pvc排水總管與射流泵連接；

4)將石墨電極、陰極鋼花管分別通過電纜線串聯(lián)起來，并分別與直流電源的正負極連接；

5)接通直流電源，利用射流泵抽出電滲至陰極鋼花管內(nèi)的地下水，電滲施工采用間歇通電方式，每通電8～10h，間歇4～5h；

6)隨著通電時間的持續(xù)，陰極處的工業(yè)廢渣攪拌樁樁體強度逐漸提高，陽極附近的樁周土體含水量降低，土體強度不斷增加，當(dāng)電滲排水量明顯減小或者攪拌樁樁體強度達到設(shè)計值時，即可停止電滲施工，完成軟黏土地基加固；

7)清理施工場地，拆除排水管道和電纜線，拔出抗氧化石墨電極和鋼花管以供重復(fù)使用。

有益效果：將電滲法與工業(yè)廢渣攪拌樁結(jié)合起來，通過電滲及堿激發(fā)作用實現(xiàn)了樁體及樁周土體的共同增強效果，大幅度提高了軟黏土地基強度。與常規(guī)攪拌樁技術(shù)相比，本發(fā)明的樁體固化劑采用價格低廉的工業(yè)廢渣混合料，并利用電滲過程中陰極產(chǎn)生的大量oh^-離子實現(xiàn)堿激發(fā)作用，無需外摻高成本的堿性激發(fā)劑，即可得到承載性能與耐久性能較高的樁體，同時，電滲和電泳作用還有效提高了陽極附近的樁周土體強度。本發(fā)明不僅施工工藝簡單，可操作性強，地基加固效果顯著，而且節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟性明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置示意圖。

圖2為本發(fā)明的施工布置平面示意圖。

圖中：1為鋼花管，2為排水孔，3為導(dǎo)電濾布，4為排氣孔，5為石墨電極，6為工業(yè)廢渣攪拌樁樁體，7為回填土，8為樁周土體，9為pvc排水支管，10為塑料軟管，11為管件接頭，12為pvc排水總管，13為射流泵，14為電纜線，15為直流電源。

具體實施方式

通過深層攪拌機械將工業(yè)廢渣混合粉料與軟黏土強制攪拌成樁，在攪拌樁樁體內(nèi)和樁體旁邊分別插入鋼花管作為陰極，在樁周土體內(nèi)插入抗氧化石墨電極作為陽極，然后通以低壓直流電。在直流電場作用下，土體孔隙中帶正離子的極性水分子由陽極向陰極附近流動形成電滲，通過陰極鋼花管抽排水，樁周土快速固結(jié)壓密；帶負電荷的土顆粒向陽極移動形成電泳，土顆粒沉積在陽極附近，使樁周土體加密，強度顯著提高。與此同時，電滲過程中陰極產(chǎn)生大量oh^-離子并聚集在陰極附近，致使攪拌樁樁體內(nèi)ph值大幅度增加而呈強堿性，工業(yè)廢渣混合粉料在堿激發(fā)作用下不斷生成硅酸鹽及硅鋁酸鹽凝膠，從而使得樁體強度大幅度提高。

本發(fā)明的工業(yè)廢渣混合粉料是由粉煤灰、?；郀t礦渣和鋼渣經(jīng)過自然風(fēng)干、磨細活化分選后制得的高活性微粉，其原料配方(質(zhì)量百分比)：50％～70％低鈣粉煤灰微粉、15～25％粒化高爐礦渣微粉、15～25％鋼渣微粉，細度均控制在400～600m²/kg，工業(yè)廢渣攪拌樁中混合粉料摻量為10％～15％。

本發(fā)明的陰極采用帶有錐頭的鋼花管，其外徑為30～50mm，壁厚2～4mm，在軟黏土以下部分鋼花管周身梅花形布置孔徑為5～8mm的排水孔并包裹導(dǎo)電濾布，在地基以上部分設(shè)置若干排氣孔，以排出電極周圍電解產(chǎn)生的氣體，增加電滲效率。鋼花管插設(shè)深度為設(shè)計樁底以下1.5～2.0m，且露出地面0.2～0.5m。為了減少電滲過程中陽極腐蝕和電能損耗，本發(fā)明的陽極采用外面涂有抗氧化劑的圓形石墨電極，其直徑為20～40mm，長度與陰極鋼花管相同。

本發(fā)明技術(shù)方案的施工方法，其主要技術(shù)步驟為：

(1)清表回填，施工放樣，利用深層攪拌機械將工業(yè)廢渣混合粉料與原位軟黏土強制攪拌成樁；

(2)利用樁機液壓在攪拌樁樁體中心和樁體旁邊分別壓入鋼花管作為陰極，并將石墨電極壓入樁周土體作為陽極，鋼花管和石墨電極采用平行錯位方式布置；

(3)沿陰極布置pvc排水支管，并將其通過塑料軟管和管件接頭分別與陰極鋼花管和pvc排水總管相連接，然后將pvc排水總管與射流泵連接；

(4)將石墨電極、陰極鋼花管分別通過電纜線串聯(lián)起來，并分別與直流電源的正負極連接；

(5)接通直流電源，利用射流泵抽出電滲至陰極鋼花管內(nèi)的地下水，電滲施工采用間歇通電方式，每通電8～10h，間歇4～5h；

(6)隨著通電時間的持續(xù)，陰極處的工業(yè)廢渣攪拌樁樁體強度逐漸提高，陽極附近的樁周土體含水量降低，土體強度不斷增加，當(dāng)電滲排水量明顯減小或者攪拌樁樁身強度達到設(shè)計值時，即可停止電滲施工，完成軟黏土地基加固；

(7)清理施工場地，拆除排水管道和電纜線，拔出抗氧化石墨電極和鋼花管以供重復(fù)使用。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式為限，而是由權(quán)利要求加以限定。

如圖1和2所示，陰極采用帶有錐頭的鋼花管1，其外徑為30～50mm，壁厚2～4mm，在軟黏土以下部分鋼花管1周身梅花形布置孔徑為5～8mm的排水孔2并包裹導(dǎo)電濾布3，在地基以上部分設(shè)置若干排氣孔4，以排出電極周圍電解產(chǎn)生的氣體，增加電滲效率。鋼花管1插設(shè)深度為設(shè)計樁底以下1.5～2.0m，且露出地面0.2～0.5m。為了減少電滲過程中陽極腐蝕和電能損耗，陽極采用外面涂有抗氧化劑的圓形石墨電極5，其直徑為20～40mm，長度與陰極鋼花管1相同。

本發(fā)明所述的工業(yè)廢渣混合粉料是由粉煤灰、?；郀t礦渣和鋼渣經(jīng)過自然風(fēng)干、磨細活化分選后制得的高活性微粉，其原料配方(質(zhì)量百分比)：50％～70％低鈣粉煤灰微粉、15～25％粒化高爐礦渣微粉、15～25％鋼渣微粉，細度均控制在400～600m²/kg，工業(yè)廢渣攪拌樁6中混合粉料摻量為10％～15％。

實施時，先清理地表及回填土方7，然后施工放樣，利用深層攪拌機械將預(yù)先配制好的工業(yè)廢渣混合粉料與原位軟黏土強制攪拌成樁；利用樁機液壓在攪拌樁樁體6中心和樁體6旁邊振動沉入帶有錐頭的鋼花管1作為陰極，并將抗氧化石墨電極5振動壓入樁周土體8作為陽極，鋼花管1和石墨電極5采用平行錯位方式布置，陰陽電極間距為1.2～1.8m；沿陰極布置pvc排水支管9，并將其通過塑料軟管10和管件接頭11分別與陰極鋼花管1和pvc排水總管12相連接，然后將pvc排水總管12與射流泵13連接；將石墨電極5、陰極鋼花管1分別通過電纜線14串聯(lián)起來，并分別與直流電源15的正負極連接；接通直流電源15，通以80v左右的直流電壓，并利用射流泵13抽出電滲到陰極鋼花管1附近的地下水，電滲施工時采用間歇通電方式，每通電8～10h，間歇4～5h；隨著通電時間的持續(xù)，陰極處的工業(yè)廢渣攪拌樁樁體6強度逐漸提高，陽極附近的樁周土體8含水量降低，土體強度不斷增加，當(dāng)電滲排水量明顯減小或者攪拌樁樁體6強度達到設(shè)計值時，即可停止電滲施工，完成軟黏土地基加固過程；清理施工場地，拆除pvc排水支管9、pvc排水總管12和電纜線14，拔出抗氧化石墨電極5和鋼花管1以供重復(fù)使用。

以上僅為本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。