一种配合SMW工法的软土固化剂及使用方法

技术领域

本发明涉及软土固化技术领域，特别是涉及一种配合SMW工法的软土固化剂及使用方法。

背景技术

SMW(Soil Mixing Wall)工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。

目前适配于SMW工法的主要材料多为普通水泥材料作为固结土体材料，利用水泥制浆，然后借助搅拌钻头，钻头处喷出水泥浆与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板，至水泥结硬形成地下墙体，后期将H型钢拔出，灌入水泥浆填充缝隙形成固结体。连续墙形貌如图1所示。

水泥作为混凝土主要原材料，主要胶结砂石骨料，其利用在地基搅拌桩主要是因为其是大宗物料，来源广泛，是其功能延伸，并不能有效作为软土地质的加固材料，且多数案例中水泥搅拌桩出现不成桩，不能有效构成地连墙，导致施工返工。为了有效成桩需要进行高掺量的水泥注入，造成了资源浪费。同时，水泥材料在混凝土制备过程中遇到含泥量较大的砂石骨料时，凝结时间明显延长且强度劣化明显，由此也说明水泥材料对于微细粒颗粒胶结效果十分低效，在胶结软土过程中，软土多数为微细粒颗粒，水泥水化过程明显缓慢，水泥材料成桩周期长，严重耽误施工进度，多数施工需要60d才可以成桩。另外，地下工程存在动水层，纯水泥材料为无机材料，无法形成有效的黏聚作用，浆液进入地下后，容易被地下水冲散稀释导致材料稳定性变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种配合SMW工法的软土固化剂及使用方法。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

一种配合SMW工法的软土固化剂，包括以下质量比的原料：42.5等级水泥40％～60％，高炉矿渣粉20％～40％，粉煤灰10％～20％，石膏5％～20％，硅酸钠2％～5％，硼酸1‰～2‰，木质素磺酸钠0.5‰～1‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰～1‰。

其中，所述42.5等级水泥包括普通硅酸盐42.5型和复合硅酸盐42.5型。

其中，所述高炉矿渣粉为水淬急冷所制而成，经过粉磨后，要求其比表面积＞450m2/kg,28d活性指数＞95％。

其中，所述石膏为二水石膏或无水石膏、或者采用电厂低温烘干后的脱硫石膏，或者钛石膏及磷石膏；需粉磨至比表面积＞350m2/kg，含水率小于1％。

其中，所述粉煤灰为二级粉煤灰，细度(45μm方孔筛筛余)≤30％。

其中，所述硅酸钠模数为2.6，为白色粉末，速溶于水。

其中，所述硼酸为工业级，化学式为H3BO3，有效含量≥98％，白色粉末。

其中，所述木质素磺酸钠为市售棕褐色粉末，木质素磺化改性而成，其减水率达25％以上。

其中，所述羟丙基甲基纤维素为类白色颗粒状粉末，属于非离子型纤维素混合醚中的一种。

本发明所述配合SMW工法的软土固化剂的使用方法：材料掺入量为12％-20％，水灰比0.8-1.5，浆液拌合土体后,终凝时间22h～33h，28d抗压强度＞1.5MPa。

与现有技术相比，本发明的配合SMW工法的软土固化剂及使用方法至少具有以下有益效果：

本发明的配合SMW工法的软土固化剂利用有机高分子外加剂改性软土固化材料，采用地聚物材料固化原理，替代目前水泥材料，更具有经济性、环保性、低碳性。

本发明材料中具有大比例的工业固废，如粉煤灰，矿渣粉及脱硫石膏的加入，有效节省了水泥的用量，符合绿色低碳等环保导向。本发明利用木质素磺酸钠，羟丙基甲基纤维素等大分子有机材料作为增稠稳定剂，能够有效改性无机材料，使得材料的浆液保水性更好，不易被水冲散，使得浆液可以与土体充分结合形成有效加固。本发明利用矿粉及粉煤灰等高铝质物料，能够形成地聚物反应原理，使得软土固结体强度增高，有利于软土成桩和工型钢插拔。本发明利用硼酸和硅酸钠作为整个体系的反应调节机制，可以根据现场施工要求调整凝固时间。

采用本发明的软土固化剂，7d-14d即可成桩，完全可以达到设计强度要求。

下面结合附图对本发明的配合SMW工法的软土固化剂及使用方法作进一步说明。

附图说明

图1为连续墙形貌示意图。

图2为GHJ-3与纯水泥材料的对比实验图。

具体实施方式

实施例1

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥45％，高炉矿渣粉29.8％，粉煤灰10％，石膏12％，硅酸钠3％，硼酸1‰，木质素磺酸钠0.5‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰。

该注浆材料掺量为12％，水灰比为0.8，该材料标记为GHJ-1。

实施例2

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥46.5％，高炉矿渣粉25％，粉煤灰10.2％，石膏15％，硅酸钠3％，硼酸1‰，木质素磺酸钠1‰，羟丙基甲基纤维素1‰。

该材料掺量为13％，水灰比为1.0，该材料标记为GHJ-2。

实施例3

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥40％，高炉矿渣粉30％，粉煤灰10％，石膏16.6％，硅酸钠3％，硼酸2‰，木质素磺酸钠1‰，羟丙基甲基纤维素1‰。

该材料掺量为14％，水灰比为1.5，该材料标记为GHJ-3。

实施例4

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥42％，高炉矿渣粉35.1％，粉煤灰10％，石膏10.6％，硅酸钠2％，硼酸1.5‰，木质素磺酸钠0.5‰，羟丙基甲基纤维素1‰。

该材料掺量为15％，水灰比为0.9，该材料标记为GHJ-4。

实施例5

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥55％，高炉矿渣粉22.7％，粉煤灰10％，石膏10％，硅酸钠2％，硼酸1.5‰，木质素磺酸钠1‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰。

该材料掺量为16％，水灰比为1.5，该材料标记为GHJ-5。

实施例6

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥50％，高炉矿渣粉22.6％，粉煤灰15.1％，石膏10％，硅酸钠2％，硼酸2‰，木质素磺酸钠0.5‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰。

该材料掺量为17％，水灰比为1.0，该材料标记为GHJ-6。

实施例7

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥40％，高炉矿渣粉20％，粉煤灰14.7％，石膏20％，硅酸钠5％，硼酸2‰，木质素磺酸钠0.5‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰。

该材料掺量为18％，水灰比为0.8，该材料标记为GHJ-7。

实施例8

一种配合SMW工法的软土固化剂，由以下质量百分比原料组成：42.5等级水泥45％，高炉矿渣粉21.1％，粉煤灰14.7％，石膏15％，硅酸钠4％，硼酸1‰，木质素磺酸钠0.5‰，羟丙基甲基纤维素0.5‰。

该材料掺量为20％，水灰比为1.0，该材料标记为GHJ-8。

为明确本发明中产品性能及效果，设置常用的PO42.5水泥组作为对比，材料掺量为20％，水灰比为1.0，该材料标记为SN-1。

按照上述九种实施例产品GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3、GHJ-4、GHJ-5、GHJ-6、GHJ-7、GHJ-8和对比实验组SN-1，按照JGJ/T233-2011《水泥土配合比设计规程》将九种产品对应其具体掺量和相应水灰比，结合某地区不同含水率的淤泥土，分别混合成水泥土70.7mm×70.7mm×70.7mm试块测试7d、28d强度对比；参考《GB/T 1346—2011》标准，利用ISO维卡仪对初拌土体进行凝结时间对比，结果如表1。

表1

图2为GHJ-3与纯水泥材料的对比实验图，其中左侧为GHJ-3，实验将0.5mL浆液相同高度落入玻璃板(玻璃板上方附有一层水膜模拟地下水活动)，通过摊开面积明显观测出GHJ-3浆液团聚性较好，不易分散。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。