采用土工合成材料加筋的水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利、水運(yùn)工程的軟土基地加固處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軟土地 基上建設(shè)河湖和渠道堤防、水閘等水工和港工建筑物時(shí)加固處理其下軟土地基的一種新型 水泥攪拌粧結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還涉及這種水泥攪拌粧結(jié)構(gòu)內(nèi)土工合成材料加筋體打設(shè)施工的建 造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥攪拌粧是通過專用機(jī)械，在地基深層就地將水泥與原位土強(qiáng)制拌和，通過水 泥水解、水化反應(yīng)所形成的具有一定強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的水泥加固土。水泥攪拌粧按施工工 藝可分為粉噴、漿噴兩種類型。由于常規(guī)水泥攪拌粧抗剪強(qiáng)度低，目前水泥攪拌粧加固軟土 地基主要利用水泥土的抗壓強(qiáng)度和較軟土更大的剛度提升地基承載能力和控制地基變形 能力，使經(jīng)過水泥攪拌粧加固處理后的軟土地基在豎向承載力和變形控制方面滿足要求。 而在軟土地基上修建水工和港工建筑物除滿足變形和承載力要求以外，還需滿足建筑物及 其地基的整體穩(wěn)定要求，以保證工程安全。由于水泥攪拌粧抗剪強(qiáng)度低，常規(guī)水泥攪拌粧處 理的軟土地基一般難以滿足其上部水工或港工建筑物的穩(wěn)定安全要求，而改用預(yù)應(yīng)管粧、 灌注粧或鋼管粧等剛性粧對(duì)其下部軟土地基進(jìn)行加固處理，大大增加了工程造價(jià)。
[0003] 在水泥攪拌粧加筋技術(shù)中，工程技術(shù)人員分別提出過采用在水泥攪拌粧中插入毛 竹或鋼筋等加筋材料進(jìn)行加筋處理，但由于這些加筋材料的特殊性，可靠的配套插筋施工 設(shè)備和工藝無法形成，僅能在水泥攪拌粧淺層按設(shè)計(jì)位置完成插筋，無法在水泥攪拌粧全 長(zhǎng)度范圍內(nèi)形成良好的加筋水泥攪拌粧，上述水泥攪拌粧加筋技術(shù)目前基本未得到普遍應(yīng) 用。
[0004] SMff工法中采用H型鋼對(duì)水泥攪拌粧進(jìn)行加強(qiáng)是當(dāng)前水泥攪拌粧加筋技術(shù)比較成 功的一種水泥攪拌粧加筋技術(shù)。但SMff工法主要用于基坑支護(hù)工程，其中利用水泥攪拌粧 作為防滲體，而插入水泥攪拌粧中的H型鋼作為基坑豎向支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)合基坑支護(hù)中的橫撐 對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，此時(shí)H型鋼不能算水泥攪拌粧的加筋材料，且SMff工法中水泥攪拌粧的H 型鋼作為基坑支護(hù)的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑和建筑物地下施工完成后將拔出，無法起到對(duì)水 泥攪拌粧全生命周期的加筋作用。且采用SMff工法中的水泥攪拌粧加強(qiáng)技術(shù)工程造價(jià)高， 該技術(shù)用于提升軟土地基上水工、港工建筑物穩(wěn)定安全性能在經(jīng)濟(jì)上不可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于：提供一種采用土工合成材料加筋的水泥攪拌粧結(jié)構(gòu)及其施工 方法；改進(jìn)傳統(tǒng)水泥攪拌粧抗剪強(qiáng)度的不足。本發(fā)明需要解決的技術(shù)關(guān)鍵在于：有效解決 傳統(tǒng)水泥攪拌粧抗剪強(qiáng)度的不足的問題，提高水泥攪拌粧加固后軟土地基的豎向承載力和 變形控制能力，改善其抗滑穩(wěn)定特性，拓展水泥攪拌粧加固軟土地基的應(yīng)用范圍，為軟土地 基上修建輸水渠道、堤防、閘壩和公路等水工和港工建筑物提供一種更經(jīng)濟(jì)的軟土地基基 礎(chǔ)處理方法。
[0006] 完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，一種采用土工合成材料加筋的水泥攪拌粧結(jié) 構(gòu)，水泥攪拌粧是在地基深層就地將水泥與原位土強(qiáng)制拌和所形成的水泥加固土粧，其特 征在于，該水泥攪拌粧中設(shè)有土工合成材料的加筋體，形成加筋水泥攪拌粧結(jié)構(gòu)。
[0007] 以上方案中加筋結(jié)構(gòu)布置形式可以是：所述的加筋體在粧體內(nèi)相互垂直設(shè)置(如 圖1所示)，或者所述的加筋體在粧體內(nèi)平行布置(如圖2所示)。
[0008] 所述的加筋體可以采用定型生產(chǎn)的土工格柵加筋材料（目前已經(jīng)商品化，但未使 用在本領(lǐng)域)，該類土工格柵加筋材料可根據(jù)待加固地基上部建筑物或結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定所需的 抗剪強(qiáng)度通過調(diào)整縱柵距離與橫柵距離(分別為10~50mm)和材料(塑料、鋼塑、玻纖等)得 以保證，縱向拉伸屈服力與橫向拉伸屈服力分別為15~80kN/m，縱向屈服伸長(zhǎng)率、橫向屈 服伸長(zhǎng)率〈12%，且調(diào)整縱柵距離、橫柵距離和材料對(duì)定制該類土工格柵加筋材料對(duì)應(yīng)生產(chǎn) 和加工工藝簡(jiǎn)單，基本沿用傳統(tǒng)土工格柵生產(chǎn)工藝即可，因此相對(duì)其它水泥攪拌粧加筋材 料具有良好經(jīng)濟(jì)性。
[0009] 在清理整平后的軟土地基上根據(jù)測(cè)量確定的粧位采用水泥攪拌粧成粧設(shè)備按設(shè) 計(jì)要求成粧順序逐粧完成全部水泥攪拌粧施工； 完成本申請(qǐng)第二個(gè)發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述土工合成材料加筋水泥攪拌粧的施工 方法，其特征在于，步驟如下， ⑴.在清理整平后的軟土地基上根據(jù)測(cè)量確定的粧位采用水泥攪拌粧成粧設(shè)備按設(shè) 計(jì)要求成粧順序逐粧完成全部水泥攪拌粧施工； ⑵.每根水泥攪拌粧施工結(jié)束后的水泥土初凝期，將土工合成材料加筋體打入剛施工 完成的水泥攪拌粧的水泥土中； 重復(fù)步驟⑵；即以步驟⑵相同的工藝完成待加固處理軟土地基中設(shè)計(jì)的全部水泥攪拌 粧及其土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)施工； ⑶.土工合成材料加筋水泥攪拌粧施工完成，并經(jīng)過28天齡期后按規(guī)范要求對(duì)其進(jìn) 行質(zhì)量檢測(cè)。
[0010] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，有以下優(yōu)化方案： 1.所述的"將土工合成材料加筋體打入剛施工完成的水泥攪拌粧的水泥土中，可以采 用機(jī)械施工，所述的機(jī)械可以采用水泥攪拌粧施工機(jī)械；或者對(duì)水泥攪拌粧施工機(jī)械經(jīng)過 簡(jiǎn)單改造("簡(jiǎn)單改造"的具體內(nèi)容見第5條)。
[0011] 2.所述的"水泥土初凝期"，是指水泥攪拌粧施工完成的4小時(shí)內(nèi)。
[0012] 3.步驟⑵中所述的水泥攪拌粧內(nèi)土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)布置型式包括圖1所示 的加筋體在粧體內(nèi)相互垂直和圖2所示的加筋體在粧體內(nèi)平行布置等多種結(jié)構(gòu)型式，其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，采用圖1和圖2所示加筋結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)單組合即可達(dá)到不同抗剪強(qiáng)度要 求； 4.步驟(2)中所述的水泥攪拌粧內(nèi)加筋材料為土工合成材料定制產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)型式為 圖3和圖4所示類土工格柵，該類土工格柵加筋材料可根據(jù)待加固地基上部建筑物或結(jié)構(gòu) 物穩(wěn)定所需的抗剪強(qiáng)度通過調(diào)整縱、橫柵距離（10~50mm)和材料(塑料、鋼塑、玻纖等）得 以保證，縱、橫向拉伸屈服力15~80kN/m，縱、橫向屈服伸長(zhǎng)率〈12%，且調(diào)整縱、橫柵距離 和材料對(duì)定制該類土工格柵加筋材料對(duì)應(yīng)生產(chǎn)和加工工藝簡(jiǎn)單，基本沿用傳統(tǒng)土工格柵生 產(chǎn)工藝即可，因此相對(duì)其它水泥攪拌粧加筋材料具有良好經(jīng)濟(jì)性； 本技術(shù)采用類土工格柵材料作為水泥攪拌粧加筋材料并采用經(jīng)過簡(jiǎn)單改造的水泥攪 拌粧施工機(jī)械以打設(shè)塑料排水板相同工藝進(jìn)行打設(shè)，可以準(zhǔn)確且方便地按設(shè)計(jì)的加筋結(jié)構(gòu) 型式在全粧長(zhǎng)范圍內(nèi)打設(shè)加筋材料，完成的加筋水泥攪拌粧加筋效果均勻性好，更好地保 證全粧長(zhǎng)范圍內(nèi)加筋質(zhì)量，且采用類土工格柵材料對(duì)水泥攪拌粧進(jìn)行加筋處理，加筋材料 與水泥土的結(jié)合將更好，有利于保障加筋質(zhì)量，更好滿足提升水泥攪拌粧抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之 功效，也可起到改善水泥攪拌粧承載和剛度特性的功效； 5.步驟⑵中所述的水泥攪拌粧內(nèi)加筋材料的打設(shè)施工設(shè)備為水泥攪拌粧成粧設(shè)備， 僅對(duì)水泥攪拌粧施工機(jī)械的扭力電機(jī)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)錘擊電機(jī)，同時(shí)將攪拌頭替換成壓載頭即 可土工合成材料加筋體打設(shè)設(shè)備，設(shè)備門架、行走系統(tǒng)等水泥攪拌粧成粧設(shè)備的主要均不 需要進(jìn)行任何改變，可以大大減少施工銜接難度，確保水泥攪拌粧施工完成并在水泥攪拌 粧成粧施工結(jié)束后4小時(shí)(水泥土初凝期）內(nèi)完成粧內(nèi)土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)施工，使加筋 材料與水泥土結(jié)合更好，保障加筋質(zhì)量，同時(shí)由于采用同一套設(shè)備完成水泥攪拌粧成粧和 打設(shè)加筋材料施工，其經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。
[0013] 6.在步驟A之前，可以增加有前期必需的準(zhǔn)備步驟a、步驟b: a. 根據(jù)軟土地基上部待建建筑或結(jié)構(gòu)對(duì)地基特性要求，設(shè)計(jì)水泥攪拌粧加固處理方 案，包括粧距、粧的布置方式，粧徑，摻灰(水泥）量，粧體加筋強(qiáng)度指標(biāo)等； b. 清理并整平待加固軟土地基后根據(jù)設(shè)計(jì)方案測(cè)量放點(diǎn)確定待加固軟土地基中各水 泥攪拌粧粧點(diǎn)位置。
[0014] 7.在步驟(3)之后，可以增加有以下步驟： ⑷.經(jīng)過質(zhì)量檢測(cè)合格后對(duì)土工合成材料加筋水泥攪拌粧處理過的地基進(jìn)行清理整 平，為后續(xù)工程建設(shè)提供滿足設(shè)計(jì)要求的地基基礎(chǔ)。
[0015] 換言之，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的采用土工合成材料加筋的水泥攪拌 粧及其施工方法的技術(shù)方案為：根據(jù)軟土地基上部待建建筑或結(jié)構(gòu)對(duì)地基特性要求，設(shè)計(jì) 水泥攪拌粧加固處理方案；清理并整平待加固軟土地基后根據(jù)設(shè)計(jì)方案測(cè)量放點(diǎn)確定待加 固軟土地基中各水泥攪拌粧粧點(diǎn)位置；在清理整平后的軟土地基上根據(jù)測(cè)量確定的粧位采 用水泥攪拌粧成粧設(shè)備按設(shè)計(jì)要求成粧順序逐粧完成全部水泥攪拌粧施工；土工合成材料 加筋水泥攪拌粧施工完成并經(jīng)過28天齡期后按規(guī)范要求對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。本發(fā)明采用 目前在土木工程中廣泛應(yīng)用的土工合成材料作為加筋材料，材料生產(chǎn)工藝成熟，經(jīng)濟(jì)性能 良好，加