寶鋼技術(shù)發(fā)展中心研制的土體固結(jié)粉介紹

1、引言

    在多層住宅的地基加固、深基坑的臨時(shí)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(qiáng)制攪拌，形成有一定強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度。因此，有必要研制出一種加固土強(qiáng)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(yàn)

    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(diǎn)，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(qiáng)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(xiàng)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(yàn)，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(qiáng)度、三軸抗剪強(qiáng)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(qiáng)度是設(shè)計(jì)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(qiáng)度對比試驗(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)》（DBJ 08-40-94），試件土工性能試驗(yàn)方法按《土工試驗(yàn)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(qiáng)度對照表    表1

    

    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(qiáng)度均是普通水泥加固土強(qiáng)度的3－5倍；土體固結(jié)粉加固土的早期強(qiáng)度較高，3天強(qiáng)度即可達(dá)到和超過水泥土28天的強(qiáng)度，并且后期強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度的2倍以上。因此，使用土體固結(jié)粉加固粘土，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、適用于加固高含水量土體的特點(diǎn)。

    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(qiáng)度對比試驗(yàn)結(jié)果。

 

      兩種固化材料不同齡期的加固土三軸抗剪強(qiáng)度對照表    表2

    

    由表2可知，由于試驗(yàn)采用不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，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(gè)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(yàn)結(jié)果（變形模量、壓縮系數(shù)等）也同樣驗(yàn)證了土體固結(jié)粉高性能的特點(diǎn)。滲透試驗(yàn)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^-7

cm/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(shí)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。基坑面積2989m2，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?？偝邪?。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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度，節(jié)省了工期。