一种固化软土拓宽路基的固化剂的制备方法

文献发布时间：2023-06-19 09:47:53

技术领域

本发明属于公路路基用固化剂技术领域，具体涉及一种固化软土拓宽路基的固化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国交通事业的蓬勃发展，公路交通量逐年递增，一些公路的交通路已逐渐接近饱和交通量。对此，为满足日益增长的交通需求和社会发展的需要，公路改扩建及涉及的路基拓宽工程越来越多，这些公路改扩建项目对提高道路等级和改善路网结构具有较高的技术经济价值。然而，我国大部分地区的普遍存在大量的软土，这些软土区域的地质条件极为复杂，其颗粒含量较细，含水量高、渗透系数小、压缩性高、沉降量大、排水固结稳定性差，软土厚度最高可达30～40m左右。在这类地层上进行路基拓宽时，由于新、老路基的力学性质差异性较大，旧路基在运营多年后经过一定的压密其压缩性得到降低、沉降变形相对稳定，而新路路基的沉降固结时间较短，加之新路路堤后期的自密沉降量通常大于旧路路堤，致使在新老路基的横断面处发生较大的不均匀变形或沉降，这种过大的差异沉降会损害公路的使用性能，进而影响公路的正常运行。工程实践表明，路基拓宽的技术难题主要是减小新老路基之间的差异沉降，并保证新老路基的有效衔接，避免道路通车后路面出现纵、横向裂缝等病害。因此如何控制扩宽路基的不均匀沉降，是设计和施工关注的重点之一。

针对我国大量软土地基不均匀沉降问题，目前主要采用排水固结法、新旧路堤结合处开挖台阶、铺设土工合成材料加筋层以及采用轻质材料填筑路堤等工程技术措施。其中，排水固结法技术主要是通过在地基中打入竖向排水板或袋装砂井，并在地表施加堆载，使得软土地基中的孔隙水在超静孔隙水压力下沿着竖向排水通道，排出到地表，从而使得地基逐渐得到加固和密实；新旧路堤结合处开挖台阶是在旧路路堤填料范围内开挖台阶，该法施工简单，可在一定程度上增强新旧路堤结合处的连接强度；铺设土工合成材料加筋垫层、加筋土路堤是在新路堤填料范围内铺设土工格栅、钢筋网片等材料，以增强填料的整体性和强度；轻质路堤填筑是采用轻质材料作为路堤填料，该法可在很大程度上减轻新填筑路堤的重量，减小新填路堤对旧路堤基础的附加应力，减小路基的固结沉降。

实践证明，上述措施在适宜的工程条件下均取得了较好的加固效果，但仍存一定的不足，如排水固结法的主要缺点是工期太长，由于软土的渗透性极小而导致固结效果差，从而使得加固时间太长，工期延长；新旧路堤结合处开挖台阶法在旧路路堤开挖台阶过程中会形成潜在滑动面，在路基下卧层地质条件较差工况下，并不能有效减少新路基的总沉降量和工后沉降量，而且其成本相对较高；局部加筋处理对新旧路堤差异变形的控制效果有限，常常只能延缓裂缝发展的速率，而不能从根本上阻断裂缝，且该方法施工复杂；轻质路堤填筑费用较高，接触部位存在明显接触面，难以解决路基基础不均匀固结引起的沉降不均匀问题等。

目前，粉喷桩法是大多数设计、施工单位常采用的一种软土地基处理的技术方案，一般是在两侧加宽段采用该法来加固地基，但采用水泥作为固化剂对软土地基的加固效果不明显。为提高固化剂加固软土的强度，一种高效的固化剂对拓宽路基工程显得尤为重要。例如中国专利文献CN107761496A公开了一种粉喷桩加固厚海淤泥拓宽路基的固化剂，按重量份数计，包括如下各组分：高钙粉煤灰25～55；改性超细粒化高炉矿渣微粉40～70；亲水性纤维1～10；早强剂0～3；其通过在固化剂中掺入改性超细粒化高炉矿渣微粉，利用矿渣微粉的吸附能力和与软土拌合的胶结作用，有效提高加固土的强度。此外，由于地区的差异，软土地基的天然含水量存在不同，往往某一配比的固化剂只对某一天然含水量的软土地基具有较好的固化效果，对其他含水量的软土固化效果较差，一种针对不同含水量软土的固化剂配比对工程具有重要的意义。

发明内容

为有效解决目前现有技术中存在的上述问题和不足之处，本发明提供一种固化软土拓宽路基的固化剂的制备方法，不仅能够有效固化不同含水量的软土，而且充分利用工业废料，制备工艺简单，容易实施，能够有效控制地基拓宽工程中的地基沉降。

本发明的目的是通过采用如下的技术方案来实现的。

本发明所述的一种固化软土拓宽路基的固化剂的制备方法，其特征在于，所述固化剂由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰32％～50％、膨润土5％～25％、水泥5％～15％、重质碳酸钙10％～15％、亲水性纤维1％～10％、早强剂0～3％；根据软土的天然含水量称取各原材料，先将所述高钙粉煤灰、水泥、重质碳酸钙以及亲水性纤维加入搅拌设备中拌和均匀，然后再加入所述膨润土和早强剂继续搅拌均匀，即可得到本发明所述的固化剂。

优选地，当软土的天然含水量w为50％≤w＜60％时，所述固化剂由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰45％～48％、膨润土16％～20％、水泥15％～17％、重质碳酸钙10％～12％、亲水性纤维8％～10％、早强剂1％～3％；更优选地，由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰46％、膨润土20％、水泥15％、重质碳酸钙10％、亲水性纤维8％、早强剂1％；

当软土的天然含水量w为60％≤w＜70％时，所述固化剂由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰48％～50％、膨润土12％～15％、水泥12％～15％、重质碳酸钙12％～15％、亲水性纤维7％～9％、早强剂1％～3％；更优选地，由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰50％、膨润土12％、水泥12％、重质碳酸钙15％、亲水性纤维9％、早强剂2％；

当软土的天然含水量w为70％≤w＜80％时，所述固化剂由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰38％～40％、膨润土16％～21％、水泥12％～15％、重质碳酸钙15％～17％、亲水性纤维7％～9％、早强剂1％～3％；更优选地，所述固化剂由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰40％、膨润土21％、水泥12％、重质碳酸钙15％、亲水性纤维9％、早强剂3％；

所述膨润土为活性白土、有机膨润土、天然漂白土以及膨润土矿中的一种或两种；

所述水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥中的一种或几种，避免使用火山灰质硅酸盐水泥；优选地，所述的水泥强度等级采用52.5R；

所述亲水性纤维包括棉纤维、麻纤维以及粘胶纤维中的一种或几种；

所述早强剂为氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂和有机物早强剂中的一种或两种以上的组合物；所述氯盐早强剂包括氯化钙、氯化钠、氯化铝；所述硫酸盐早强剂包括硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙；所述硝酸盐早强剂包括亚硝酸钙-硝酸钙、硝酸钙-尿素、亚硝酸钙-硝酸钙-尿素、亚硝酸钙-硝酸钙-氯化钙以及亚硝酸钙-硝酸钙-氯化钙-尿酸；所述有机物早强剂包括三乙醇胺、甲酸钙、乙酸钙。

优选地，本发明所述的一种固化软土拓宽路基的固化剂的制备方法，其特征在于，根据软土的天然含水量称取各原材料，先将所述高钙粉煤灰、水泥、重质碳酸钙以及亲水性纤维加入搅拌设备中拌和均匀，然后再加入所述膨润土和早强剂继续搅拌均匀，即可得到本发明所述的固化剂。

本发明所述的固化剂与需要固化的软土，按照固化剂：软土＝1:(9～11)的比例进行充分搅拌，即可达到固化软土的目的。

本发明的配方中，高钙粉煤灰和水泥的掺入，可有效增强与软土拌和后颗粒之间的胶结作用，极大地提高了软土的强度，能够提高拌和物的后期强度增进率；膨润土具有较强的吸附性和膨胀性，可有效增强土体颗粒之间的吸附能力；早强剂的掺入，可加速水泥水化速度，增强拌合物早期强度，而且具有一定减水增强功能。

与现有的其他固化剂相比，本发明的固化软土拓宽路基的固化剂具有如下有益效果：

本发明中采用膨润土、水泥、重质碳酸钙，市场化水平更高来源广泛，利于在工程应用在更大地域范围上推广；根据软土的天然含水量不同，选择不同的固化剂配比，明显提高软土地基承载力、减少地基的沉降量及提高路基稳定性；该固化剂不仅适用于软土地基条件的公路拓宽工程，而且还可应用于铁路、工业与民用建筑和水利港口等行业的软土地基处理，具有广泛的适用性。本发明的制备工艺简单，原材料易获取，成本较低，处理后的软土强度高，且合理利用了工业废料，具有较高的应用价值。

具体实施方式

本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。

实施例1

实施例1中软土的天然含水量为50％，一种固化软土拓宽路基的固化剂，由包括如下质量分数的原料制成：高钙粉煤灰46％、膨润土(有机膨润土)20％、强度等级52.5R的硅酸盐水泥15％、重质碳酸钙10％、亲水性纤维(麻纤维)8％、早强剂(硫酸钙)1％。