本發(fā)明涉及路面基礎(chǔ)修建、修復
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：由于路基填料的不均勻性及局部填料（或地基）含水量過大，在路基路面自重及行車荷載作用下易產(chǎn)生不均勻沉降，將嚴重影響道路的使用性能及行車安全。不均勻沉降也成為公路工程的質(zhì)量通病之一。國內(nèi)外常用的有關(guān)路基不均勻沉降處理方法主要有注漿法、灰土（水泥土）擠密樁法和傳統(tǒng)生石灰樁法等。注漿法需要將水泥配制成水泥漿液，利用水作為載體輸送到土體內(nèi)。注漿法的水泥漿液水灰比一般為0.8～1.0，而水泥膠凝所需的水膠比為0.33～0.35，將造成很高的泌水率（大于25%）。注漿后水泥膠凝泌出的水將滯留并滲入土體內(nèi)，造成土體含水量增大，并進一步產(chǎn)生附加沉降，只有當水泥漿加固體達到設(shè)計強度且土體中的超孔隙水壓力消散后，加固后的路基才能穩(wěn)定。由于灰土（水泥土）擠密樁法的成孔直徑較大（大于300mm），在瀝青路面或混凝土路面結(jié)構(gòu)層中成孔難度很大，且由于不均勻沉降區(qū)域的路基土體含水量偏高，成孔、成樁效果較差。傳統(tǒng)生石灰樁法采用塊狀生石灰添加粉煤灰或直接使用塊狀生石灰為原料，為提高樁體密實度，施工過程中需將粉煤灰預(yù)先加濕，造成了生石灰過早接觸水分，在成樁前開始消解，降低了其吸水能力，成樁體的強度低（≤0.5MPa）。直接使用生石灰材料方法，由于消解后的熟石灰只會在樁周土體接觸面形成一個低強度的外殼，而樁體內(nèi)部的氣硬性材料—熟石灰呈膏狀、無強度。生石灰樁在吸水膨脹過程中，樁頂周圍路面很容易出現(xiàn)起“蘑菇”現(xiàn)象，破壞路面結(jié)構(gòu)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種生石灰改性水泥土樁及其施工方法，本發(fā)明方法施工工藝簡單，采用常規(guī)機械即可成孔作業(yè)；加固效果好，處理后土體平均含水量下降明顯,土體的承載能力明顯提高；生態(tài)環(huán)保，成本低，施工造價為注漿法造價的50～70%。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：生石灰改性水泥土樁的施工方法，包括以下步驟：（1）以1～1.3m為間距打孔，孔直徑為140～160mm，孔深以穿透軟土層為止，孔的布置方式為相鄰各孔之間呈現(xiàn)為正方形或正三角形；（2）預(yù)拌料由粘性土、水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉和聚丙烯酸鈉組成；預(yù)拌料中各成分的組成百分比為粘性土60～75%、水泥8～25%、粉煤灰1～10%、速溶型水玻璃粉0.5～6%、聚丙烯酸鈉0.01～1%；將上述各成分按比例拌合均勻制成預(yù)拌料；（3）混合料制備：將塊狀生石灰與預(yù)拌料混合均勻制成混合料；塊狀生石灰與預(yù)拌料的質(zhì)量比為1:2～1:4；塊狀生石灰的粒徑小于5cm；（4）成樁夯實：對于步驟（1）所打孔采用隔排夯實作業(yè)，每孔每次填混合料厚度為30～50cm，夯擊8～15次，依次夯擊至距離樁頂50～100cm，用預(yù)拌料夯實封孔至樁頂；采用套管式錘擊法，錘重大于150Kg，錘直徑為110～120mm；（5）第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)，先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況，將孔內(nèi)積水排出，如果縮徑，進行擴孔處理，擴孔至直徑為140～160mm，然后進行夯實成樁作業(yè)，成樁作業(yè)同第一序孔。優(yōu)選的步驟（2）預(yù)拌料中各成分的質(zhì)量組成百分比為粘性土72～75%、水泥12～22%、粉煤灰5～10%、速溶型水玻璃粉0.5～6%、聚丙烯酸鈉0.01～0.5%。步驟（5）中第二序孔指與第一序孔相隔一排的孔。步驟（1）中孔的布置方式為相鄰孔之間呈現(xiàn)為正方形或正三角形。速溶型水玻璃粉為五水偏硅酸鈉粉末。本發(fā)明所用水泥為常規(guī)型水泥。本發(fā)明生石灰改性水泥土樁成樁原理：對于路基(或地基）土體含水量偏大而造成不均勻沉降病害的治理最有效的方法是提高土體密實度、降低含水量。本發(fā)明生石灰改性水泥土樁是將水泥、土、粉煤灰、添加劑（速溶型水玻璃粉和聚丙烯酸鈉）預(yù)拌后再添加塊狀生石灰拌合均勻?；旌狭现兴?、粉煤灰等吸附在土顆粒表面，形成保護層，將CaO與土顆粒中的H2O隔離。CaO經(jīng)過夯擊擠入土體內(nèi)后吸收樁周圍水分。由于鉆孔直徑?。?40～160mm），夯填過程中混合料在重錘的錘擊下，生石灰塊被擊成碎塊并被包裹在混合料中，CaO碎塊消解由樁周向中心逐步進行。水泥與土的膠凝固結(jié)反應(yīng)，提供了生石灰改性水泥土樁的早期強度。CaO碎塊分散并被包裹于混合料及樁周土體中，CaO吸水形成的Ca（OH）2與土、粉煤灰、添加劑等相互之間發(fā)生膠凝固結(jié)反應(yīng)，此反應(yīng)滯后于水泥與土的膠凝固結(jié)反應(yīng)。由于Ca（OH）2屬于氣硬性材料，只有Ca2+接觸到CO32-、SO42-、PO43-、AlO33-、SiO32-等酸根離子時，才能膠凝固結(jié)。當Ca2+接觸不到上述酸根離子時，Ca（OH）2不膠凝固結(jié)。由于生石灰碎塊分散于混合料和樁周土體中，Ca2+與酸根離子接觸面積大，膠凝反應(yīng)比較完全，樁體后期強度能夠繼續(xù)增長。生石灰改性水泥土樁在成孔后，采用隔排或隔行成樁工藝作業(yè)，其目的是空孔可以作為夯實及生石灰吸水膨脹應(yīng)力釋放孔。當生石灰吸水膨脹擠密樁周土體時，空孔可以釋放應(yīng)力，減小向上的膨脹壓力?？紫端當U散時，能夠及時排出并能就近匯集到空孔內(nèi)，再將空孔內(nèi)的水導出，可以提高生石灰改性水泥土樁降低土體含水量的功效。具體施工方法為：（1）樁間距、樁長確定：樁間距一般取值1～1.3m，孔深以穿透高含水量的軟弱土層為宜。樁的布置排列方式為正方形或正三角形，指的是相鄰樁之間呈現(xiàn)為正方形或正三角形。施工前先放樣布置樁位。放樣完畢后，從平面整體看，樁位也會呈現(xiàn)出排、列。（2）成孔：采用常規(guī)鉆具成孔，直徑為140～160mm。（3）混合料拌合：混合料成分為粘性土、水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃、聚丙烯酸鈉和生石灰塊，混合料拌合分兩步實施。預(yù)拌料拌合：將粘性土、水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉這五種組份按表中配比預(yù)拌合均勻，制成預(yù)拌料。預(yù)拌料的含水量接近于最佳含水量，簡易控制辦法為：手握成團、落地即散。組份粘性土水泥粉煤灰粉狀水玻璃聚丙烯酸鈉最低含量（wt%）60810.50.01最高含量（wt%）75251061再將塊狀生石灰與預(yù)拌料按質(zhì)量比1:2～1:4拌和均勻成混合料備用。（4）成樁夯實機械：采用套管式錘擊法，錘重>150kg，夯錘的外直徑為110～120mm。（5）成樁夯實：采用隔排夯實作業(yè)方式，其余孔作為應(yīng)力釋放兼排水孔。夯實成樁時，每次填混合料厚度為30～50cm，然后重錘夯擊8～15次。填料時，重錘提出孔外。依次夯擊到距離樁頂50～100cm，用預(yù)拌料夯實封孔到樁頂。（6）排水孔導水：第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)，先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況。將孔內(nèi)積水排出，如果縮徑，進行擴孔處理。然后進行夯實成樁作業(yè)。成樁作業(yè)同第一序孔。第二序孔與第一序孔相隔一排，依次類推至待作業(yè)區(qū)域完成。本發(fā)明生石灰改性水泥土樁施工方法的特點：（1）施工工藝簡單：成孔直徑?。―=140～160mm），采用常規(guī)鉆具即可成孔作業(yè)，夯實設(shè)備采用直徑為D=110～120mm的套管式重錘（錘重>150kg）。（2）加固效果好：樁體材料中塊狀生石灰吸水、膨脹擠密效果好，對周圍土體的有效擠密影響范圍為80～120cm，處理后土體平均含水量下降3～8%，樁間土密實度提高2～5%，成樁直徑可達到260～350mm，且在被加固土體的含水量越高，成樁直徑越大；樁體強度28天強度可達到3～5MPa，在施工完成后2天內(nèi)可以鋪設(shè)路面。（3）生態(tài)環(huán)保，成本低：在施工過程及施工完成后不會對周邊環(huán)境造成污染，具有環(huán)保、無公害的特點。施工造價為注漿法造價的50～70%。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明方法施工工藝簡單，采用常規(guī)機械即可成孔作業(yè)；加固效果好，處理后土體平均含水量下降明顯,土體的承載能力明顯提高；生態(tài)環(huán)保，成本低，施工造價為注漿法造價的50～70%。具體實施方式實施例1某山區(qū)高速公路路基（填方高度為5.2m），由于局部排水不暢，導致雨水滲入路基至下部地基土體，導致路面局部沉降8.5cm。沉降面積為115m2經(jīng)鉆孔從上往下揭露：①路面結(jié)構(gòu)層0.8m；②中風化碎石填料層，層厚2.2m；③粉質(zhì)粘土填筑層，層厚2.2m、含水量為22～28%；④原地基粉質(zhì)粘土層，層厚1.3m，含水量,19%；⑤粉質(zhì)粘土層，層厚3.2m，含水量,13%；⑥風化巖。根據(jù)鉆探資料分析，采用生石灰改性水泥土樁對該段區(qū)域進行加固處理。1）樁長為7m，穿過④粉質(zhì)粘土層；樁間距為1.2m，相鄰孔之間呈現(xiàn)為正三角形。2）鉆孔：成孔直徑為140mm，路面以下3m深度采用潛孔鉆機開孔，軟土層采用30型地質(zhì)鉆機成孔。3）預(yù)拌料混合：按照粉質(zhì)粘土、P.O.32.5水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉=10:2:1:0.5：0.01的質(zhì)量比，人工拌合均勻備用。含水量接近于最佳含水量，簡易控制辦法：手握成團、落地即散。4）混合料拌合：采用塊狀生石灰：預(yù)拌料=1:2的比例（質(zhì)量比）配比拌合均勻。5）夯實機械：采用30型地質(zhì)鉆機，套管錘總重300kg，錘頭安裝錐形尖。6）成樁夯實：采用隔排夯實作業(yè)方式。夯實成樁時，每次填料厚度為30cm，然后重錘夯擊10次。填料時，重錘提出孔外。依次夯擊到距離樁頂100cm，用預(yù)拌料夯實封孔到樁頂。7）排水孔導水：第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)。先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況。采用套管將孔內(nèi)積水泥漿掏出，同時也進行擴孔處理，至到孔底。然后進行夯實成樁作業(yè)，成樁作業(yè)同第一序孔。8）加固后土體含水量抽測：在相鄰樁的幾何中心，對含水量高的土層進行鉆孔取樣驗證。取樣結(jié)果顯示，土體平均含水量為16%，大幅降低。9）沉降觀測：施工完畢2天后重新鋪設(shè)路面，經(jīng)過長期觀測，路基保持穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。實施例2某山區(qū)高速公路斜坡地基段路基（橫斷面最大填方高度為10.6m），在通車兩年后發(fā)生不均勻沉降，并在行車道處出現(xiàn)長度為112m的縱向裂縫，原先采用注漿法進行過加固處理，沒有成功。沉降面積為772m2經(jīng)鉆孔從上往下揭露：①路面結(jié)構(gòu)層0.8m；②中風化碎石填料層，層厚1.2m；③粉質(zhì)粘土填筑層，層厚2.2～5.3m、含水量為24～28%，路基外側(cè)鉆孔有滯留水；④原地基粉質(zhì)粘土層，層厚3.3m，含水量,13～15%；⑤風化巖。根據(jù)鉆探資料分析，采用生石灰改性水泥土樁聯(lián)合微型鋼管樁對該段區(qū)域進行加固處理。1）在路基攔水帶處設(shè)置一排微型鋼管，樁長為10m，穿過④粉質(zhì)粘土層，樁間距為1m；內(nèi)部區(qū)域采用生石灰改性水泥土樁，樁長6～10m，樁間距為1.2m，相鄰孔之間呈現(xiàn)為正三角形。2）鉆孔：成孔直徑為140mm，路面以下3m深度采用潛孔鉆機開孔，軟土層采用30型地質(zhì)鉆機成孔。3）首先實施與微型鋼管樁相鄰的生石灰改性樁，然后施工微型鋼管樁。4）預(yù)拌料混合：按照粉質(zhì)粘土、P.O.32.5水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉=10:2:1:0.5：0.01的質(zhì)量比，人工拌合均勻備用。含水量接近于最佳含水量，簡易控制辦法：手握成團、落地即散。5）混合料拌合：采用塊狀生石灰：預(yù)拌料=1:2的比例（質(zhì)量比）配比拌合均勻。6）夯實機械：采用30型地質(zhì)鉆機，套管錘總重300kg，錘頭安裝錐形尖。7）成樁夯實：采用隔排夯實作業(yè)方式。夯實成樁時，每次填料厚度為30cm，然后重錘夯擊13次。填料時，重錘提出孔外。依次夯擊到距離樁頂100cm，用預(yù)拌料夯實封孔到樁頂。8）排水孔導水：第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)。先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況。采用套管將孔內(nèi)積水泥漿掏出，同時也進行擴孔處理，至到孔底。然后進行夯實成樁作業(yè)，成樁作業(yè)同第一序孔。9）加固后土體含水量抽測：在相鄰樁的幾何中心，進行鉆孔取樣驗證。取樣結(jié)果顯示，土體內(nèi)的滯留水消失，含水量為15～18%，大幅降低。10）沉降觀測：施工完畢3天后重新鋪設(shè)路面，經(jīng)過一年的觀測，路基保持穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。實施例3某山區(qū)高速公路路基（填方高度為5.2m），由于局部排水不暢，導致雨水滲入路基至下部地基土體，導致路面局部沉降8.5cm。沉降面積為115m2經(jīng)鉆孔從上往下揭露：①路面結(jié)構(gòu)層0.8m；②中風化碎石填料層，層厚2.2m；③粉質(zhì)粘土填筑層，層厚2.2m、含水量為22～28%；④原地基粉質(zhì)粘土層，層厚1.3m，含水量,19%；⑤粉質(zhì)粘土層，層厚3.2m，含水量,13%；⑥風化巖。根據(jù)鉆探資料分析，采用生石灰改性水泥土樁對該段區(qū)域進行加固處理。1）樁長為7m，穿過④粉質(zhì)粘土層；樁間距為1m，相鄰孔之間呈現(xiàn)為正方形。2）鉆孔：成孔直徑為160mm，路面以下3m深度采用潛孔鉆機開孔，軟土層采用30型地質(zhì)鉆機成孔。3）預(yù)拌料混合：按照粉質(zhì)粘土、P.O.32.5水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉質(zhì)量百分含量分別為72%，22%，5%，0.5%，0.5%，人工拌合均勻備用。含水量接近于最佳含水量，簡易控制辦法：手握成團、落地即散。4）混合料拌合：采用塊狀生石灰：預(yù)拌料=1:4的比例（質(zhì)量比）配比拌合均勻。5）夯實機械：采用30型地質(zhì)鉆機，套管錘總重300kg，錘頭安裝錐形尖。6）成樁夯實：采用隔排夯實作業(yè)方式。夯實成樁時，每次填料厚度為50cm，然后重錘夯擊10次。填料時，重錘提出孔外。依次夯擊到距離樁頂100cm，用預(yù)拌料夯實封孔到樁頂。7）排水孔導水：第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)。先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況。采用套管將孔內(nèi)積水泥漿掏出，同時也進行擴孔處理，至到孔底。然后進行夯實成樁作業(yè)，成樁作業(yè)同第一序孔。8）加固后土體含水量抽測：在相鄰樁的幾何中心，對含水量高的土層進行鉆孔取樣驗證。取樣結(jié)果顯示，土體平均含水量為17%，大幅降低。9）沉降觀測：施工完畢2天后重新鋪設(shè)路面，經(jīng)過長期觀測，路基保持穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。實施例4某山區(qū)高速公路路基（填方高度為5.2m），由于局部排水不暢，導致雨水滲入路基至下部地基土體，導致路面局部沉降8.5cm。沉降面積為115m2經(jīng)鉆孔從上往下揭露：①路面結(jié)構(gòu)層0.8m；②中風化碎石填料層，層厚2.2m；③粉質(zhì)粘土填筑層，層厚2.2m、含水量為22～28%；④原地基粉質(zhì)粘土層，層厚1.3m，含水量,19%；⑤粉質(zhì)粘土層，層厚3.2m，含水量,13%；⑥風化巖。根據(jù)鉆探資料分析，采用生石灰改性水泥土樁對該段區(qū)域進行加固處理。1）樁長為7m，穿過④粉質(zhì)粘土層；樁間距為1.3m，相鄰孔之間呈現(xiàn)為正方形。2）鉆孔：成孔直徑為160mm，路面以下3m深度采用潛孔鉆機開孔，軟土層采用30型地質(zhì)鉆機成孔。3）預(yù)拌料混合：按照粉質(zhì)粘土、P.O.32.5水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉質(zhì)量百分含量分別為75%，12%，10%，2.8%，0.2%，人工拌合均勻備用。含水量接近于最佳含水量，簡易控制辦法：手握成團、落地即散。4）混合料拌合：采用塊狀生石灰：預(yù)拌料=1:3的比例（質(zhì)量比）配比拌合均勻。5）夯實機械：采用30型地質(zhì)鉆機，套管錘總重300kg，錘頭安裝錐形尖。6）成樁夯實：采用隔排夯實作業(yè)方式。夯實成樁時，每次填料厚度為50cm，然后重錘夯擊10次。填料時，重錘提出孔外。依次夯擊到距離樁頂100cm，用預(yù)拌料夯實封孔到樁頂。7）排水孔導水：第一序孔成樁完畢后，開始第二序孔的成樁作業(yè)。先檢查第二序孔內(nèi)的積水和縮徑狀況。采用套管將孔內(nèi)積水泥漿掏出，同時也進行擴孔處理，至到孔底。然后進行夯實成樁作業(yè)，成樁作業(yè)同第一序孔。8）加固后土體含水量抽測：在相鄰樁的幾何中心，對含水量高的土層進行鉆孔取樣驗證。取樣結(jié)果顯示，土體平均含水量為17%，大幅降低。9）沉降觀測：施工完畢2天后重新鋪設(shè)路面，經(jīng)過長期觀測，路基保持穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。實施例5-8預(yù)拌料中粉質(zhì)粘土、P.O.32.5水泥、粉煤灰、速溶型水玻璃粉、聚丙烯酸鈉質(zhì)量百分含量見下表1，其他參數(shù)同實施例2。表1粉質(zhì)粘土水泥粉煤灰速溶型水玻璃粉聚丙烯酸鈉實施例560%25%9%5.5%0.5%實施例675%8%10%6%1%實施例769%24%1%5.2%0.8%實施例870%17%8%4.99%0.01%加固后土體含水量抽測：在相鄰樁的幾何中心，進行鉆孔取樣驗證。取樣結(jié)果顯示土體內(nèi)的滯留水消失，含水量見下表2。表2實施例5實施例6實施例7實施例8含水量16181718當前第1頁1 2 3