一种流态固化土承台结构及制作方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，具体涉及一种流态固化土承台结构及制作方法。

背景技术

地基处理领域中，高含水率淤泥、淤泥质土等软弱地层条件下施工是常遇见的问题，而软弱地层具有强流动性、高压缩性及低承载力等不良工程特性，施工设备机械进场容易发生倾斜、陷泥等情况，造成严重的安全事故。

目前对于软弱地层施工处理主要是逐步浅层固化推进，以形成具有一定承载能力的浅层固化层，或利用钢板铺设机械底部以提高承载能力的方法。逐步固化推进方法造价较高，施工周期长，仅在处理后的区域进行施工作业，并且承载力有效提高往往需要使用大量的固化剂，而钢板铺设具有一定的难度，操作不当极易发生危险，造成车毁人亡的后果。同时，两种处理方法均容易产生不均匀沉降和较大土体变形，存在承载力提高有限、需要持续维护施工、稳定性较差等问题，尤其在面对高含水率软弱地层的施工情况，常规固化方法并不适用。

申请号为CN202210034963.8的中国发明专利公开的一种桩承式软土路基加固结构和加固方法，通过浅层桩间土原位固化、水泥搅拌桩群作为桩承结构、三维土工格室代替二维土工格栅、淤泥固化土作为加筋垫层填充材料及路基填料等方式，提高了筋土界面摩擦力，控制了不均匀沉降程度，有效防止侧向变形，但该加固结构与加固方法应用于高含水率软弱地层的施工时，因固化后淤泥性能较差，顶部路堤层和淤泥固化垫层的承载能力较差，难以直接现场使用，且淤泥固化前需要进行降水处理以达到搅拌、摊铺所要求含水率，高含水率软弱地层的降水操作费时费力费料，顶部路堤层和淤泥固化垫层涉及的固化淤泥用量较大，极大地限制了工程进度。

因此，亟需一种应用于高含水率软弱地层的、承载力和稳定性较强、方便施工和后续维护的路基支撑结构及制造方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种流态固化土承台结构及制作方法，旨在解决现有技术中逐步固化推进方法和钢板铺设法容易产生不均匀沉降和较大土体变形，承载力提高有限，需要持续维护施工，稳定性也较差，逐步固化推进方法造价较高，施工周期长，需要大量的固化剂，钢板铺设法操作难度大，均不适用于高含水率软弱地层的施工情况的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种流态固化土承台结构，包括由上而下依次设置的：

承台，所述承台包括从上而下依次设置的上部加筋层、中部桁架结构、下部加筋层以及填充于承台内的流态固化土浇筑体，所述上部加筋层与所述下部加筋层均包括纵向连接的三维土工格室加筋垫层和土工格栅加筋垫层，所述中部桁架结构外围绕有可拆卸模板，所述中部桁架结构与所述可拆卸模板之间填充有EPS土工泡沫，所述上部加筋层的顶部设置有表层；

水泥搅拌桩群，所述水泥搅拌桩群由土壤固化剂搅拌水泥固化形成；

持力层；

其中，所述水泥搅拌桩群的上端穿过所述承台与所述持力层之间的淤泥层并连接于所述承台的底部，所述水泥搅拌桩群的下端伸入所述持力层中。

进一步的，所述三维土工格室加筋垫层由流态固化土填充三维土工格室形成，所述土工格栅加筋垫层由流态固化土填充土工格栅形成。

进一步的，所述流态固化土为水泥基材料和淤泥混合而成，所述淤泥的含水率为80～110％，水泥基材料的含量为20～30％。

进一步的，所述流态固化土的塌落度180-200mm，所述流态固化土的28d强度不小于3MPa。

进一步的，所述土壤固化剂以质量分数计包括：42.5级硅酸盐水泥65％～80％、高炉矿渣灰5～15％、粉煤灰5～15％和硅灰5～10％混合而成，所述土壤固化剂的掺量为20～30wt％。

进一步的，所述水泥搅拌桩群包括多个变截面的水泥搅拌桩和设置于所述水泥搅拌桩顶部的桩帽，所述桩帽位于所述淤泥层内，所述桩帽的顶部位于所述下部加筋层的底部。

进一步的，所述水泥搅拌桩进入所述持力层的深度≥1m，所述水泥搅拌桩的直径为500～600mm。

进一步的，所述可拆卸模板包括钢板和卡扣机构，所述钢板通过卡扣机构可拆卸安装于所述中部桁架结构和所述EPS土工泡沫的外围。

进一步地，所述钢板和卡扣机构符合现行国家标准，强度和刚度满足规范要求。

进一步的，所述EPS泡沫的厚度为200mm～400mm，抗压强度不小于150kPa，所述EPS泡沫为轻质材料。

本发明还提供了基于上述流态固化土承台结构的制作方法，其特征在于，包括：

将三维土工格室加筋垫层和土工格栅加筋垫层组装成上部加筋层和下部加筋层，使用PVC管组合中部桁架结构插入上部加筋层和下部加筋层；

将EPS土工泡沫环绕中部桁架结构四周，再利用可拆卸模板进行固定形成承台；

向淤泥层垂直插入水泥搅拌桩群，使所述水泥搅拌桩群的桩承结构的下端进入持力层；

将承台水平置于所述水泥搅拌桩群上部，向承台内分层浇筑流态固化土形成稳定的承台结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、通过在持力层上设置承台和水泥搅拌桩群，利用上、下部加筋层和中部桁架结构，配合EPS土工泡沫和可拆卸模板进行流态固化土浇筑和填充，形成承台，利用水泥搅拌桩群越过高含水率的淤泥层形成高承载力的底部承重结构，有效解决了现有软土路基加固技术无法适用于高含水率软弱地层施工的问题，提升了承载力和稳定性，无需持续维护施工，同时不处理高含水率的淤泥层，大幅度减小了固化剂用量和施工难度，降低了造价，且承台施工、搅拌桩施工和预制流态固化土施工可以同时进行，加快了施工周期。

2、采用水泥土搅拌桩实现高含水率软土地基加固处理。配合下部加筋层共同作用形成高承载力的底部承重结构，可有效控制桩与桩间土之间的沉降差异，避免整体承台结构在底部发生过大的不均匀沉降。

3、以流态固化土填充三维土工格室和土工格栅形成三维土工格室加筋垫层和土工格栅加筋垫层、填充中部桁架结构形成持力层。三维土工格室作为加筋材料施工时可张拉成网状，结合底部的土工格栅形成垫层骨架，填筑流态固化淤泥作为垫层填充材料，构成具有强大侧向限制和大刚度的垫层结构体，即上部加筋层和下部加筋层，从横向结构设计提高承载能力，均匀分散竖向荷载的分布，利用PVC管配合中部桁架结构增强上部加筋层和下部加筋层之间的土体传递能力，均匀传递土地竖向荷载，上部加筋层、下部加筋层和中部桁架结构共同作用，形成在上下两个水平面和各个侧面都具有约束性能的承台，控制路基剪切应变，防止侧向变形和横向滑移，提高承台的承载能力，进一步减小路基沉降。

4、以EPS土工泡沫作为缓冲层。承台结构承受的冲击、振动荷载难以消除，本发明通过在中部桁架结构外侧添加轻质、抗冲击的EPS土工泡沫，形成稳定的均质缓冲层，缓冲承台结构承受的冲击和振动荷载，提高了整体稳定性，扩展了承台结构承载能力的提高空间。

5、以废治废，经济环保。采用淤泥、新型水泥基固化材料、工业废渣制备的流态固化土，强度满足工程条件的同时，节约了淤泥的处置费用，且将淤泥转化为建材资源，为相关工程建设提供了巨量建材资源。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的流态固化土承台结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的三维土工格室加筋垫层结构俯视图；

图3是本发明实施例所提供的中部桁架结构侧视图；

图4是本发明实施例所提供的中部桁架结构俯视图；

图5是承台结构制作方法的施工工艺图。

其中，1、承台；11、上部加筋层；111、表层；112、三维土工格室加筋垫层；113、土工格栅加筋垫层；

12、卡扣机构；121、钢管、122、卡扣；

13、中部桁架结构；131、PVC管；132、流态固化土浇筑体；

14、EPS土工泡沫；

15、钢板；

16、下部加筋层；161、三维土工格室加筋垫层；162、土工格栅加筋垫层；

2、水泥搅拌桩群；21、水泥搅拌桩；22、桩帽；

3、淤泥层；

4、持力层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供了一种流态固化土承台结构，包括由上而下依次设置的：

承台1，承台1包括从上而下依次设置的上部加筋层11、中部桁架结构13以及下部加筋层16，上部加筋层11与下部加筋层16均包括纵向连接的三维土工格室加筋垫层和土工格栅加筋垫层，中部桁架结构13内填充有流态固化土，中部桁架结构13外围绕有可拆卸模板，中部桁架结构13与可拆卸模板之间填充有EPS土工泡沫14，上部加筋层11设置有由流态固化土浇筑而成的表层111；

水泥搅拌桩群2，水泥搅拌桩群2由土壤固化剂搅拌水泥固化形成；

持力层4；

其中，水泥搅拌桩群2的上端穿过承台1与持力层4之间的原生环境淤泥层3并连接于承台1的底部，水泥搅拌桩群2的下端伸入持力层4中。

如图1所示，承台1为现场模板搭建后浇筑流态固化土所成，包括上部加筋层11、中部桁架结构13、下部加筋层16、EPS土工泡沫14、可拆卸钢板15以及设置于可拆卸钢板15外的和卡扣机构12。如图2所示，下部加筋层16中先铺设土工格栅，再于土工格栅上水平铺设三维土工格室形成结构体，底部插入下部加筋层16中，EPS土工泡沫14围绕中部桁架结构13形成全断面的缓冲层，可拆卸钢板15围绕EPS土工泡沫14形成全断面围挡，形成浇筑用模具。上部加筋层11铺设方式与下部加筋层16一致，铺设至中部桁架结构13顶面并固定，使上部加筋层11、中部桁架结构13和下部加筋层16形成稳定整体，再向该稳定整体内分层浇筑填充流态固化土形成承台1，其成形顺序为下部加筋层16中的三维土工格室加筋垫层161、土工格栅加筋垫层162、流态固化土浇筑体132以及上部加筋层11中的三维土工格室加筋垫层112和土工格栅加筋垫层113。其中，中部桁架结构13可采用PVC管桁架结构，PVC管131规格尺寸为50～110mm，也可采用其他能够满足地基施工要求的骨架。

作为加筋垫层的一种具体形成方式，三维土工格室加筋垫层161和112由流态固化土填充三维土工格室形成，土工格栅加筋垫层162和113由流态固化土填充土工格栅形成。

作为流态固化土的一种制作方式，流态固化土为水泥基材料和淤泥混合而成，淤泥的含水率为80～110％，水泥基材料的含量为20～30％。

为了流态固化土浇筑填充形成的流态固化土浇筑体132强度满足路基的强度要求，流态固化土的塌落度180-200mm，流态固化土的28d强度不小于3MPa。

为了保证水泥搅拌桩群2的工程性能满足底部承载要求，土壤固化剂以质量分数计包括：42.5级硅酸盐水泥65％～80％、高炉矿渣灰5～15％、粉煤灰5～15％和硅灰5～10％混合而成，土壤固化剂的掺量为20～30wt％。

作为水泥搅拌桩群2的一种结构实施方式，水泥搅拌桩群2包括多个变截面的水泥搅拌桩21和设置于水泥搅拌桩21顶部的桩帽22，桩帽22位于淤泥层3内，桩帽22的顶部位于下部加筋层16的底部。为了保证水泥搅拌桩群2的加固强度满足设计要求，且原生环境中淤泥层3含水率高、工程性质较差，水泥搅拌桩21采用变截面桩形式提高淤泥层3间承载力，水泥搅拌桩21应接近下部加筋层16的底部，其中，变截面桩的上部尺寸逐步扩大，最顶面面积不小于承台1底面的1/8。

为了保证水泥搅拌桩21施工完成后实现稳定支撑，水泥搅拌桩21进入持力层4的深度≥1m，水泥搅拌桩21的直径为500～600mm。

作为可拆卸模板的一种具体结构，可拆卸模板包括可拆卸钢板15和卡扣机构12，可拆卸钢板15通过卡扣机构12可拆卸安装于中部桁架结构13和EPS土工泡沫14的外围。

其中，卡扣机构12包括设置于可拆卸钢板15外的钢管121和卡扣122，可拆卸钢板15、钢管121和卡扣122具有的强度和刚度满足浇筑时的性能规范要求，符合现行国家标准。在施工时，钢管121和卡扣122安装完成后检查可拆卸钢板15和EPS土工泡沫14的贴合情况，采用钢板15填塞空隙。流态固化土浇筑时应注意可拆卸钢板15和EPS土工泡沫14的变形情况，浇筑速度控制在3m

为了实现对承台1承受冲击和振动荷载的缓冲功能，EPS泡沫的厚度为200mm～400mm，抗压强度不小于150kPa，EPS泡沫为轻质材料。

在实际施工中，为了增加承台1的侧向缓冲性能，承台1底部的下部加强筋16的铺设面在中部桁架结构13两侧各预留部分空间，在侧边的预留空间上浇筑坡体或做其他侧向缓冲辅助操作，作为进一步提高整体承台结构承载力的方式，扩展承台结构承载能力的提高空间。

本发明还提供了基于上述流态固化土承台1结构的制作方法，包括：

向淤泥层3垂直插入水泥搅拌桩群2，使水泥搅拌桩群2的下端进入持力层4；

将三维土工格室和土工格栅组合加筋垫层，铺设下部加筋层16；

将PVC管131组装成中部桁架结构13，并穿插于下部加筋层16；

将上部加筋层11水平置于中部桁架结构13的上部；

将EPS土工泡沫14竖直围绕于上述整体结构；

将可拆卸模板竖直围绕于EPS土工泡沫14四周；

将钢管121水平置于可拆卸模板四周，用卡扣122拧紧；

将上述所有结构组合成一个整体，即承台1结构模板；

向淤泥层3内垂直插入水泥搅拌桩群2，使所述水泥搅拌桩群2下端进入持力层4；

将承台1结构模板水平置于水泥搅拌桩群2上部；

于所述承台1结构模板分层浇筑流态固化淤泥，形成整体流态固化土结合土工材料的承台1结构。

作为流态固化土结合土工材料的承台1结构的一种具体制作方法，如图5所示，包括下列步骤：

步骤一、清理场地，组装加筋层。

清理、平整安装场地，去除场地内的杂物，在地面上分别依次水平铺设土工格栅和三维土工格室，利用捆扎方法将两者结合成一个整体，确保土工格栅和格室间连接牢靠。

步骤二、组装PVC管桁架结构。

PVC管桁架结构的组装分两步进行，第一步采用热熔连接方式将多个PVC管131进行紧密连接，每根斜杆件的PVC管131中间和两端进行热熔，竖直杆件的PVC管131仅两端进行热熔，自上而下依次进行热熔连接，直至图3和图4所示的桁架完成。第二步是热熔连接完成的桁架采用起吊机吊起插入加筋层内，并进行插打，保证桁架与加筋层的紧密连接，随后以同样方式插入上部加筋层11。

步骤三、安装EPS缓冲层和可拆卸模板

对于组装完成后的桁架和加筋层结构，在四周环绕EPS土工泡沫14，准确计算出所需要的EPS的尺寸大小，测量缺口宽度，接缝处可采用胶带等连接方式以保证止水效果。EPS缓冲层合龙完成后，在顶部和底部采用细绳等工具进行外圈临时锁定。随后将钢板15同样环绕四周，注意贴合紧密程度，接口处尺寸大小进行严格控制，合拢后使用钢管121进行外圈锁定，钢管121连接以EPS土工泡沫14的变形为标准，控制变形在10～30mm之间，确保模板的正常工作。

步骤四、在设计区域内进行变截面搅拌桩施工

搅拌桩采用正方形均匀布置，采用搅拌机具加送料器械进行加固。固化剂采用42.5级硅酸盐水泥和工业废渣组成的干粉，水泥用量为270kg/m

水泥搅拌桩群2施工，采用“四喷四搅”工艺，具体步骤包括桩点布置、下沉喷浆、搅拌提升、桩身质量检测。养护时间不少于3d。

步骤五、承台结构的放置及流态固化土浇筑

水泥搅拌桩21强度满足设计要求后吊装承台1结构并采用钢管121插入限位的方式进行固定，检测倾斜情况，保证结构水平铺设于搅拌桩群上。流态固化土的初凝和终凝时间分别为6h、12h，上层浇筑作业应在下层终凝后进行，分层回填高度控制在2～3m。防止肥槽回填流态固化土漏浆、跑浆，影响结构施工。预拌流态固化土在安全区域进行搅拌，原土准备过程中土量测算和土质检测以及拌合后的固化土内确保不存在垃圾和杂质，浇筑过程中严格控制流态固化土的流动度。连续浇筑时按每100m

步骤六、承台结构的养护和验收

浇筑完成后可用稻草或塑料薄膜覆盖养护，养护时间不少于7d。养护期内注意补充洒水，养护完成后对承台结构的承载能力进行测试和验收。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。