本發(fā)明屬于地基處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種爆破排水固結(jié)處理軟土地基的固化劑及處理方法。

背景技術(shù)：

軟土由于孔隙比大、含水率高、強度低，易于變形，一般難于滿足工程要求，因此在工程建設(shè)中遇到此類土時，須對其進行加固處理。

目前常用的排水加固處理軟土地基的方法有堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓處理等，這些方法通常是：先在軟土地基中設(shè)置垂直和水平排水通道，然后在需加固的軟土地址上部設(shè)置附加堆載，以增加附加壓力的形式，使土體中形成超靜孔隙水壓力，排水通道加快了孔隙水壓力消散，土中自由水由排水通道排出，減少土體的含水量。由于預(yù)壓荷載一般采用填筑土石方或采用真空預(yù)壓等方法，所需工期長、施工成本高；而且常規(guī)的超載預(yù)壓加固軟土地基的方法需要大量土石方，在土方稀缺的平原地區(qū)往往會受到限制。

化學加固法也是軟土地基加固的常用方法，采用壓力灌漿或攪拌混合料等措施，使土體顆粒膠結(jié)起來，達到加固土的目的，常用的加固材料為水泥和石灰，這兩種材料在生產(chǎn)過程中不僅消耗大量的資源和能源，還釋放大量的二氧化碳，不符合國家倡導(dǎo)的環(huán)保概念。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種爆破排水固結(jié)處理軟土地基的固化劑及處理方法，本發(fā)明利用爆破產(chǎn)生的振動、沖擊及隨著氣體膨脹產(chǎn)生的壓縮波，析出土體中的孔隙水，通過排水通道導(dǎo)出，同時摻加固化劑來進行爆破更有利于軟土地基的加固，從而大大提高施工效率和施工速度；所述固化劑采用工業(yè)廢渣配制而成，不僅有利于解決工業(yè)廢渣的問題，還減少水泥的用量，減少二氧化碳等污染物的排放，達到改善環(huán)境、節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

本發(fā)明提供的一種用于爆破排水固結(jié)處理軟土地基的固化劑，其特征在于是由以下重量百分比的物質(zhì)組成：

上述物質(zhì)混合配制的固化劑呈粉末狀，其粉末顆粒比表面積在300～600m²/kg。

本發(fā)明提供的一種爆破排水固結(jié)處理軟土地基的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)確定待加固區(qū)域的面積，并在待加固區(qū)域的軟土中設(shè)置垂直和水平排水通道，垂直排水通道平面上按網(wǎng)格布置，垂直方向貫穿軟土層，地表鋪設(shè)水平砂墊層盲溝和集水井，水平排水通道與豎向排水通道相連；

(2)利用鉆機從深至淺在待加固軟土地基內(nèi)垂直方向和水平方向分別鉆設(shè)多個爆破孔，所述水平方向的多個爆破孔分散設(shè)置在垂直排水通道之間，并在每個爆破孔中放入固化劑和炸藥包；所述固化劑是由以下重量百分比的物質(zhì)：高爐水渣30～40％、鋼渣30～40％、粉煤灰20～30％、磷石膏0～10％及電石渣0～10％混合后配制而成粉末狀固化劑；

(3)從下至上依次引爆每層爆破孔內(nèi)的炸藥包，炸藥的沖擊力使得待加固地基內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)重新排列，同時固化劑擴散到土體顆粒中，通過固化劑與軟土的反應(yīng)、相互結(jié)合，而達到加固的目的。

本發(fā)明進一步提供的技術(shù)方案：在步驟(1)埋設(shè)排水通道之前需要先對待處理區(qū)域進行分區(qū)和隔離處理，具體步驟如下：

(1)根據(jù)地勘資料，按待加固地基場地軟土的厚度劃分加固區(qū)域，并在待加固地基場地邊界以及待加固地基場地不同的分區(qū)之間設(shè)置隔振裝置；所述隔振裝置可以采用地下連續(xù)墻、隔振溝、橡膠墻等；

(2)根據(jù)勘測以及試驗得到的土層參數(shù)、地質(zhì)條件、炮孔大小、單個炸藥包中的炸藥密度、炸藥爆速、爆炸產(chǎn)生的沖擊波波速來計算出每個爆破孔內(nèi)炸藥包爆炸后對周圍土體的損傷區(qū)半徑r2，并根據(jù)損傷區(qū)半徑r2確定豎向排水通道的間距，其豎向排水通道之間的間距大于或等于兩倍的損傷區(qū)半徑r2；其中損傷區(qū)半徑r2是由公式①計算得到：

公式①中的各個參數(shù)分別表示為：ρm為土體密度，d0為沖擊波波速，ρe為炸藥密度，de為炸藥爆速，為土體摩擦角，c為土體粘聚力，r0為炮孔半徑；

(3)根據(jù)待加固地基場地分區(qū)中軟土的厚度準備好豎向排水通道，并確保豎向排水通道的深度能穿透待加固軟土地基的深度。

本發(fā)明進一步提供的技術(shù)方案：所述步驟(2)中爆破孔鉆設(shè)分層進行，同一平面上的爆破孔按梅花形布置，其孔間距為1～8m；每鉆設(shè)一個爆破孔便在該爆破孔內(nèi)埋設(shè)固化劑和炸藥包，每層爆破孔內(nèi)的固化劑和炸藥包埋設(shè)好之后，便從其中一側(cè)開始逐個引爆每個爆破孔內(nèi)的炸藥包。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述步驟(2)中每個爆破孔內(nèi)固化劑的添加量占該爆破孔中炸藥包爆炸擴腔區(qū)域土體量的4～15％。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述固化劑中高爐水渣主要化學成分為cao、sio2和al2o3，鋼渣的主要化學成分為cao和sio2，粉煤灰主要化學成分為sio2和al2o3；所述每種物質(zhì)的粉末顆粒比表面積分別控制在300～600m²/kg。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述每個爆破孔中炸藥包為條形藥包，每個炸藥包爆炸擴腔區(qū)域為圓形區(qū)域，其擴腔區(qū)域半徑r1按照公式②進行計算：

公式②中的各個參數(shù)分別表示為：σ0為炮孔孔壁初始應(yīng)力，ρm為土體密度，d0為沖擊波波速，r2為每個爆破孔內(nèi)炸藥包爆炸后對周圍土體的損傷區(qū)半徑，可以由上述公式①計算得到。

上述公式中涉及到的參數(shù)有土體性質(zhì)參數(shù)(ρm、c、)、炸藥性質(zhì)參數(shù)(ρe、de)、炸藥與土體相互作用參數(shù)(d0、r0)，土體性質(zhì)參數(shù)可根據(jù)地質(zhì)勘查報告選取；對于炸藥性質(zhì)參數(shù)，可根據(jù)炸藥種類選取；炸藥與土體相互作用參數(shù)可根據(jù)相關(guān)規(guī)范取值。

上述計算公式是根據(jù)2003年1月第25卷第1期巖土工程學報中公開的論文“條形裝藥爆破成腔半徑的彈塑性估算(林大能，羅艾民，胡偉)”得到，在該論文中指出炸藥在土中爆炸時，由于爆炸氣體產(chǎn)物突然膨脹，會在周圍截止中產(chǎn)生沖擊波和應(yīng)力波，當爆炸沖擊波或應(yīng)力波波陣面的壓力大于土體強度時，土體中固體顆粒產(chǎn)生與沖擊波傳播方向相同的位移，土體中的氣體被壓縮逸出，水分被擠出，在藥包周圍形成一個空腔，這種技術(shù)可以稱為爆炸擠壓成腔。爆炸擠壓成腔是指利用炸藥爆炸的能量在地下土層中形成可利用的地下空間。在地下開掘一定尺寸的裝藥空間，將炸藥按一定形狀布置在裝藥空間內(nèi)，爆炸后利用沖擊波的強動作用和高壓爆生氣體的高速膨脹作用壓縮周圍一定區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)，形成一定形狀和規(guī)格的爆炸擴腔區(qū)，該擴腔區(qū)即為本發(fā)明中炸藥包爆炸后所影響區(qū)域；文獻中假設(shè)在爆炸沖擊波作用下，首先在炮孔周圍的土介質(zhì)中形成塑性區(qū)(即本發(fā)明中的損傷區(qū))，其半徑為r2，并給出了r2計算公式的推導(dǎo)過程；在該公開文獻中公開了爆炸擴腔區(qū)半徑r1與塑性區(qū)半徑r2之間關(guān)系的公式，即上述公式②，并進一步公開了該公式的推導(dǎo)過程。該文獻還通過現(xiàn)場爆破試驗得出的相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)對該公式進行論證，其試驗結(jié)果和計算結(jié)果較好的吻合性，證明了該估算公式是合理的。

除了上述方法，還可以通過多次試驗來確定炸藥包爆炸后對土體損傷區(qū)的面積，從而來確定的炸藥包的埋設(shè)間距和垂直排水通道的布設(shè)間距，確保每個炸藥包爆炸時不會對相鄰垂直排水通道進行破壞，并保證整個待加固區(qū)域都能得到很好的處理。

本發(fā)明首先利用鉆機在待加固軟土地基鉆孔，并放置固化劑、炸藥包，當引爆炸藥后，炸藥的沖擊力使得待加固地基內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)重新排列，同時固化劑擴散到土體顆粒中間，通過兩者間的反應(yīng)、相互結(jié)合，從而達到加固的目的。

本發(fā)明所述的固化劑是多種工業(yè)廢渣組成的混合物，其中高爐水渣主要化學成分為cao、sio2和al2o3，鋼渣化學成分包括cao和sio2，粉煤灰化學成分包括sio2和al2o3，均為易在ca(oh)2作用下水化產(chǎn)生膠結(jié)性水化物的工業(yè)廢渣；磷石膏與固化劑中和土中含鋁成分水化生成膨脹性水化物，可填充孔隙使軟土結(jié)構(gòu)密實；電石渣作為補充高堿性廢渣，對加固軟土結(jié)構(gòu)起到輔助作用。本發(fā)明制備的固化劑不僅有利于解決工業(yè)廢渣的問題，還減少水泥的用量，減少二氧化碳等污染物的排放，達到改善環(huán)境、節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

本發(fā)明利用爆破產(chǎn)生的振動、沖擊及隨著氣體膨脹產(chǎn)生的壓縮波，析出土體中的孔隙水，通過排水通道導(dǎo)出，同時摻加固化劑來進行爆破更有利于軟土地基的加固，從而大大提高施工效率和施工速度。本發(fā)明不僅適用于淺部土體，對于深厚軟土也適用，由于在軟基中鉆鑿深孔容易實現(xiàn)，炸藥可以安放于所需位置和所需深度，對工期緊、處理深度較深的工程，就有很好的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是爆炸作用下的影響區(qū)域劃分圖；

圖2是待加固地基場地分區(qū)圖；

圖3是加固區(qū)內(nèi)爆炸孔和排水通道的剖面布置圖；

圖4是加固區(qū)內(nèi)爆炸孔和排水通道的平面布置圖。

圖中：1—爆炸孔，2—擴腔區(qū)，3—損傷區(qū)，4—振動區(qū)，5—柔性隔振裝置，6—剛性隔振裝置，7—水平排水通道，8—豎向排水通道，9—待加固軟土地基。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明中用于爆破排水固結(jié)處理軟土地基的固化劑，是由以下重量百分比的物質(zhì)組成：高爐水渣30～40％，鋼渣30～40％，粉煤灰20～30％，磷石膏0～10％，電石渣0～10％混合制成，上述物質(zhì)混合配制的固化劑呈粉末狀，其粉末顆粒比表面積在300～600m²/kg。

實施例：本實施例具體涉及一種爆破排水固結(jié)處理軟土地基的方法，其主要是利用爆破產(chǎn)生的振動、沖擊及隨著氣體膨脹產(chǎn)生的壓縮波，使得土體中孔隙水析出，土體結(jié)構(gòu)重新排列，同時固化劑擴散到土體顆粒中間，通過兩者間的反應(yīng)、相互結(jié)合，從而達到加固的目的。

針對某原料場地基處理項目，其具體實施方案及步驟如下：

福建某原料場地基處理項目，總用地面積約28.57萬m²，根據(jù)待處理淤泥的厚度和堆料情況將場地進行分區(qū)，分區(qū)情況如圖2所示，堆料區(qū)根據(jù)淤泥厚度不同共分兩個分區(qū)，a區(qū)為淤泥厚度h≤15m的區(qū)域，b區(qū)為淤泥厚度＞15m的區(qū)域；非堆料區(qū)共分三個分區(qū)，c區(qū)為淤泥厚度h≤10m的區(qū)域，d區(qū)為淤泥厚度10m＜h≤15m的區(qū)域，e區(qū)為淤泥厚度＞15m的區(qū)域，為盡量減小對周圍環(huán)境的振動影響，需在待加固地基場地邊界設(shè)置地下連續(xù)墻等剛性隔振裝置6，在待加固地基場地不同的分區(qū)之間設(shè)置橡膠墻等柔性隔振裝置5，其具體實施方案及步驟如下：

(1)確定爆炸孔的水平布置間距rh和豎向排水道豎向布置間距rv；飽和軟土中的爆炸效應(yīng)可以分為3個區(qū)域，如圖1所示，包括擴腔區(qū)2(即公開文獻“條形裝藥爆破成腔半徑的彈塑性估算”中的爆炸成腔區(qū))、損傷區(qū)3(即公開文獻“條形裝藥爆破成腔半徑的彈塑性估算”中的塑性區(qū))和振動區(qū)4(即公開文獻“條形裝藥爆破成腔半徑的彈塑性估算”中的彈性區(qū))，其中損傷區(qū)3是受沖擊擾動的主要作用范圍，為保證豎向排水通道不受爆炸的影響正常工作，也確保爆炸效果更顯著，爆炸孔和豎向排水道的布置間距應(yīng)滿足條件：rh≥2r2、rv≥2r2；其中r2為損傷區(qū)半徑(即塑性區(qū)半徑)，其具體計算公式可以按照公開文獻中關(guān)于塑性區(qū)半徑的計算公式進行計算：

首先通過現(xiàn)場勘測和試驗數(shù)據(jù)將上述公式中的參數(shù)確定，然后將這些數(shù)據(jù)代入公式，其中ρm為土體密度，d0為沖擊波波速，ρe為炸藥密度，de為炸藥爆速，為土體摩擦角，c為土體粘聚力，r0為炮孔半徑；計算出該施工現(xiàn)場埋設(shè)的每個炸藥包塑性區(qū)半徑r2，最后根據(jù)公式計算得到爆炸孔和排水通道的孔間距為1.4m；

(2)然后按照下面的配方來配制固化劑，固化劑的各物質(zhì)重量百分數(shù)如下：高爐水渣37％、鋼渣32％、粉煤灰21％、磷石膏3％及電石渣7％；固化劑粉末顆粒比表面積控制在450m²/kg；

(3)確定固化劑的摻入量為擴腔區(qū)土體的10％，其中爆破擴腔區(qū)可認為是爆炸產(chǎn)生的空腔區(qū)域，參考相關(guān)文獻得到，爆炸擠壓成腔半徑計算式：其中σ0為炮孔孔壁初始應(yīng)力；根據(jù)上述公式確定每個爆炸孔埋設(shè)的固化劑量；

(4)按照步驟(1)中確定的間距在地基加固區(qū)域內(nèi)設(shè)置排水通道，排水通道的埋設(shè)如圖3和圖4所示，包括豎向排水通道8和水平排水通道7；豎向排水通道8具體是采用塑料排水板，spb-c型，按梅花形布置，孔間距1.4m，插入深度需穿透待加固軟土地基9；水平排水通道7包括水平集水排水系統(tǒng)，在厚度約1.0m的中粗砂墊層中設(shè)置集水井，水平排水通道7與豎向排水通道8相連，以將豎向排水通道8排出的水匯集后排出；

(5)利用鉆機從深至淺在待加固軟土地基內(nèi)垂直方向和水平方向分別鉆設(shè)多個爆破孔1，所述水平方向的多個爆破孔1分散設(shè)置在垂直排水通道之間，相鄰爆炸孔的間距為1.4m，并在每個爆炸孔1中放置固化劑和炸藥包；當多個藥包爆炸時，相鄰藥包爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波朝相向方向傳播時會發(fā)生疊加或抵消，發(fā)生抵消產(chǎn)生的后果造成了爆炸能量的浪費，發(fā)生疊加的結(jié)果可能使地基變形不一致，從而引起地面不均勻沉降，故炸藥起爆按照豎向由深至淺的順序，首先埋置在最深部土層的炸藥按圖4中a-a^*后b-b^*且間隔起爆，引爆炸藥后，炸藥的沖擊力使得待加固地基內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)重新排列，同時固化劑擴散到土體顆粒中間，通過兩者間的反應(yīng)、相互結(jié)合，從而達到加固的目的，待深部土體固結(jié)完畢后再同樣引爆上一層布置的爆炸孔，直至該區(qū)域整個深度范圍內(nèi)地基土全部固結(jié)。

對a、b兩個急需堆料的分區(qū)可聯(lián)合堆載預(yù)壓法使用，對c、d、e三個不需堆料的分區(qū)側(cè)直接使用該方法進行加固處理。

經(jīng)過以上地基處理措施后，可通過淺層平板載荷試驗、十字板剪切試驗、取土鉆孔等手段檢測地基承載力特征值及固結(jié)度是否滿足設(shè)計要求。

通過檢測證明本方法處理的軟土地基，可有效縮短施工工期，且不局限于淺部土體，對于深厚軟土也適用，適用范圍大；而且爆破所摻加的固化劑不僅有利于解決工業(yè)廢渣的問題，還減少水泥的用量，減少二氧化碳等污染物的排放，達到改善環(huán)境、節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方案的詳細描述，并不以此限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的設(shè)計思路上所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。