一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，属于土木工程领域。对于含盐量在5.02-46.9%，特定盐分种类及含量的超硫酸盐渍土场地地基，取轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂的混合物作为胶结材料，控制盐渍土含水量使胶结材料与盐渍土拌合均匀形成的胶结盐渍土处于最佳含水量附近；将下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至设计深度，将胶结盐渍土逐步填入套管中并使其增密至其干密度处于最大干密度附近，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。该地下增密胶结盐渍土柱能够解决超硫酸盐渍土地区地基现有地基处理方法承载力和耐久性不足的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，属于土木工程领域。
技术介绍
我国盐湖带区域面积约占国土面积的一半，主要集中在新疆盐湖区、西藏盐湖区、青海盐湖区和内蒙古盐湖区，其中相当一部分是超硫酸盐渍土。盐湖周围的超硫酸盐渍土区域含盐量可高达46.9%，超硫酸盐渍土对以硅酸盐系列水泥制备的混凝土产生严重的化学腐蚀、物理结晶腐蚀，造成钢筋砼锈蚀，对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁。故急需开发在超硫酸盐渍土中提供高承载力和耐久性良好的地基加固方法。本专利技术提供一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。
技术实现思路
专利技术人提出一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。具体如下：针对特定离子组成及含量的盐渍土场地，将由轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂组成的混合物作为胶结材料，取适量胶结材料与盐渍土搅拌均匀形成胶结盐渍土，控制盐渍土含水量使胶结盐渍土处于最佳含水量附近；将一个下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至目标深度并保证管中干燥；将制备好的处于最佳含水量附近的胶结盐渍土填入套管中，同时采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密至其干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐步填入与增密，逐步提升套管，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。所述的矿物掺合料包括：粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石；所述的外加剂包括：柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸铝、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液。胶结材料组分与盐渍土中某些盐分之间的作用及胶结盐渍土的增密，使地下增密胶结盐渍土柱拥有较高的强度，且拥有良好的耐久性。本专利技术所述的盐渍土为含盐量在5.02-46.9%的超硫酸盐渍土，主要离子成分及含量为Ca2+：0.09～4.26%，Mg2+：0.07～1.54%，K+和Na+：2.35～22.05%，SO42-：1.89～23.05%，Cl-：0.59～4.72%，HCO3-：0.03～0.96%，CO32-：0～0.27%。所述的硫酸盐渍土为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土。本专利技术所述的胶结材料按重量份计算各组分掺量范围为：轻烧氧化镁100～600份、硫酸镁0～200份、柠檬酸0～10份、柠檬酸盐0～10份、磷酸或磷酸盐0～5份、草酸0～5份、硅酸钠0～8份、硫酸盐0～5份、乙酸0～5份、鞣酸0～8份、蔗糖0～10份、丙烯酸乳液0～8份、粉煤灰0～40份、硅灰0～60份、矿渣0～40份、煅烧煤矸石0～40份、热处理硅藻土0～40份、石英0～30份、滑石0～30份。其中，轻烧氧化镁、柠檬酸盐、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石为比表面积大于250m2/kg的粉体。本专利技术所述的轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比在30%以上；所述的硫酸镁为不同等级的工业硫酸镁；所述的柠檬酸盐包括但不限于柠檬酸钠、柠檬酸铵；所述的磷酸盐包括但不限于磷酸二氢铵、磷酸二氢钠；所述的硫酸盐包括但不限于硫酸铝、石膏；所述柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸盐、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液均为工业级。本专利技术所述胶结盐渍土中胶结材料的掺量为盐渍土干重量的5-20%。本专利技术所述的下端有临时封堵的套管是由套管、桩尖和隔水层组成。其中，套管为桩基工程中通用的套管，可根据需要为圆形或方形；桩尖可以是但并不限于普通水泥砼、碱激发水泥砼等公知材料预制而成；隔水层置于套管与桩尖之间，可以由但并不限于废弃的橡胶垫等廉价的工程材料制备，或使用现场的泥土封堵，起到隔水作用。套管、桩尖和隔水层可按公知技术制作。本专利技术所述的采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密，其采用的方式可以是但并不限于下列3种：①采用一定重量和底面积的重锤将填入套管的胶结盐渍土夯实；②采用静压设备将填入套管的胶结盐渍土压密；③采用反螺旋压入设备将填入套管的胶结盐渍土压密。本专利技术所述的一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法，其特征为：根据设计对柱体承载力的需要，通过控制重锤的夯击能、静压设备的压力、反螺旋压入设备的压力，可形成与套管直径相等的增密胶结盐渍土柱、扩大直径的不同形状的增密胶结盐渍土柱。结合实验室试验数据和本专利技术提供的地下增密胶结盐渍土柱的现场试验结果，本专利技术给出地下增密胶结盐渍土柱的适用盐渍土最佳含盐量范围及胶结材料各组分最优掺量范围。本专利技术所述的地下增密胶结盐渍土柱适用超硫酸盐渍土的最佳含盐量范围为15.32-37.42%，相应的胶结材料按重量份计算各组分最优掺量范围为：轻烧氧化镁250～500份、硫酸镁0～150份、柠檬酸0～8份、柠檬酸盐0～8份、磷酸或磷酸盐0～3份、草酸0～3份、硅酸钠0～5份、硫酸盐0～3份、乙酸0～3份、鞣酸0～5份、蔗糖0～8份、丙烯酸乳液0～5份、粉煤灰0～30份、硅灰0～40份、矿渣0～30份、煅烧煤矸石0～30份、热处理硅藻土0～30份、石英0～20份、滑石0～20份。本专利技术所述胶结盐渍土处于最佳含水量附近和处于最大干密度附近是指胶结盐渍土的含水量ω、干密度ρ与根据《土工试验方法标准》（GBT50123-1999）中击实试验所得最佳含水量ω0、最大干密度ρ0之间满足以下关系：|ω0-ω|≤10%；0.6ρ0≤ρ≤ρ0。参照《土工试验方法标准》（GBT50123-1999），进行如下试验。取适量胶结材料与天然含水量的盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，制备边长为50mm的胶结盐渍土立方体试块；控制上述胶结盐渍土含水量为最佳含水量，制备边长为50mm的增密胶结盐渍土立方体试块（试块的干密度为最大干密度）；将等量硅酸盐水泥替换上述胶结材料与盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，控制其含水量为最佳含水量，制备边长为50mm的增密胶结盐渍土立方体试块（试块的干密度为最大干密度）。试块脱模后，分别进行清水养护、盐渍土养护（与本专利技术所述的盐渍土环境相同），于不同的龄期进行无侧限抗压强度试验，试验结果如表1所示。表1不同胶结盐渍土试块在不同龄期、不同养护环境下的抗压强度说明：A为最佳含水量的增密胶结盐渍土试块强度；B为天然含水量盐渍土制备的胶结盐渍土试块强度；C为等量硅酸盐水泥掺量且处于最佳含水量的增密胶结盐渍土试块强度。从表1中试验数据可知：胶结材料组分与盐渍土中的某些盐分之间的作用使得胶结盐渍土在盐渍土环境中发展并保持强度，且拥有良好的耐久性；增密的胶结盐渍土相对于天然含水量的胶结盐渍土由于密本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出了一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方法。其特征在于：对于含盐量在5.02～46.9%，主要离子成分及含盐量为Ca2+：0.09～4.26%，Mg2+：0.07～1.54%，K+和Na+：2.35～22.05%，SO42?：1.89～23.05%，Cl?：0.59～4.72%，HCO3?：0.03～0.96%，CO32?：0～0.27%的超硫酸盐渍土场地；取适量轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂的混合物作为胶结材料和盐渍土拌合均匀形成胶结盐渍土，控制盐渍土含水量，使胶结盐渍土处于最佳含水量附近；将一下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至设计深度并保证管中干燥，将制备好的胶结盐渍土填入套管中，同时采用一定的方式使胶结盐渍土增密至其干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐步填入与增密，逐步提升套管，且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。所述的硫酸盐渍土为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土；所述的矿物掺合料包括：粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石；所述的外加剂包括：柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸铝、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液。所述胶结材料的组成及按重量份计算各组分的掺量范围如下：轻烧氧化镁100～600份、硫酸镁0～200份、柠檬酸0～10份、柠檬酸盐0～10份、磷酸或磷酸盐0～5份、草酸0～5份、硅酸钠0～8份、硫酸盐0～5份、乙酸0～5份、鞣酸0～8份、蔗糖0～10份、丙烯酸乳液0～8份、粉煤灰0～40份、硅灰0～60份、矿渣0～40份、煅烧煤矸石0～40份、热处理硅藻土0～40份、石英0～30份、滑石0～30份，其中轻烧氧化镁、柠檬酸盐、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、蔗糖、粉煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石为比表面积大于250m2/kg的粉体。...

【技术特征摘要】
1.本发明提出了一种用于超硫酸盐渍土的地下增密胶结盐渍土柱及其施工方
法。其特征在于：对于含盐量在5.02～46.9%，主要离子成分及含盐量为Ca2+：
0.09～4.26%，Mg2+：0.07～1.54%，K+和Na+：2.35～22.05%，SO42-：1.89～23.05%，
Cl-：0.59～4.72%，HCO3-：0.03～0.96%，CO32-：0～0.27%的超硫酸盐渍土场地；
取适量轻烧氧化镁、硫酸镁、矿物掺合料、外加剂的混合物作为胶结材料和盐渍
土拌合均匀形成胶结盐渍土，控制盐渍土含水量，使胶结盐渍土处于最佳含水量
附近；将一下端有临时封堵的套管植入盐渍土地基至设计深度并保证管中干燥，
将制备好的胶结盐渍土填入套管中，同时采用一定的方式使胶结盐渍土增密至其
干密度处于最大干密度附近；随着胶结盐渍土的逐步填入与增密，逐步提升套管，
且套管下端始终被胶结盐渍土封闭，最终形成一地下增密胶结盐渍土柱。所述的
硫酸盐渍土为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土；所述的矿物掺合料包括：粉煤灰、硅
灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石；所述的外加剂包括：柠檬
酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、草酸、硅酸钠、硫酸铝、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙
烯酸乳液。所述胶结材料的组成及按重量份计算各组分的掺量范围如下：轻烧氧
化镁100～600份、硫酸镁0～200份、柠檬酸0～10份、柠檬酸盐0～10份、磷酸
或磷酸盐0～5份、草酸0～5份、硅酸钠0～8份、硫酸盐0～5份、乙酸0～5份、
鞣酸0～8份、蔗糖0～10份、丙烯酸乳液0～8份、粉煤灰0～40份、硅灰0～60份、
矿渣0～40份、煅烧煤矸石0～40份、热处理硅藻土0～40份、石英0～30份、滑
石0～30份，其中轻烧氧化镁、柠檬酸盐、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、蔗糖、粉
煤灰、硅灰、矿渣、煅烧煤矸石、热处理硅藻土、石英、滑石为比表面积大于
250m2/kg的粉体。
2.根据权利要求1所述的轻烧氧化镁中活性氧化镁的质量百分比在30%以上；
所述硫酸镁为不同等级的工业硫酸镁；所述的柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸或磷酸盐、
草酸、硅酸钠、硫酸盐、乙酸、鞣酸、蔗糖、丙烯酸乳液均为工业级，其中柠檬
酸盐包括但不限于柠檬酸钠、柠檬酸铵，磷酸盐包括但不限于磷酸二氢铵、磷酸
二氢钠，硫酸盐包括但不限于硫酸铝、石膏。
3.根据权利要求1所述的胶结盐渍土，其中胶结材料的掺量为盐渍土干重量的
5～20%。
4.根据权利要求1所述的有临时封堵的套管是由套管、隔水层和桩尖组成，套
管、隔水层、桩尖按公知技术制作。
5.根据权利要求1所述的采用一定的方式使填入套管的胶结盐渍土增密，其中
采用的方式可以是但并不限于如下3种：①采用一定重量和底面积的重锤将填入
套管的胶结盐渍土夯实；②采用静压设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世洋，刘庆伟，于浩，李建猛，黄新，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：