專利名稱：短絲纖維加筋石灰土地基處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地基處理方法，尤其是短絲纖維加筋石灰土地基處理方法。
背景技術(shù)：
目前地基處理方法大體可分為兩類，即穩(wěn)定方法和加筋方法。常見(jiàn)的穩(wěn)定方法主要有石灰改良、水泥改良、二灰改良及高分子試劑改良等。一般的加筋方法包括土工布、土工膜、土工格柵、連續(xù)纖維加筋土方法等。
作為一種廉價(jià)且高效的穩(wěn)定劑，石灰在土性改良上發(fā)揮了很大的作用。石灰的摻入可以大幅度地提高工程土的抗壓性、抗剪性、水穩(wěn)性和抗凍性，降低其脹縮性、塑性指數(shù)和最大干密度。盡管石灰有效地改良了土的很多工程性質(zhì)，但它同時(shí)也帶來(lái)了一些負(fù)面效應(yīng)(1)石灰改良作用降低了土的塑性且增大土的pH值，這會(huì)導(dǎo)致土壤砂化和環(huán)境污染；(2)石灰改良后的填土?xí)憩F(xiàn)出很強(qiáng)的脆性，這會(huì)導(dǎo)致土體的突然失穩(wěn)，嚴(yán)重地影響了工程的安全性和穩(wěn)定性。
近年來(lái)，隨著化學(xué)合成工業(yè)的迅猛發(fā)展，人工合成纖維已成為一種新型加筋材料，被廣泛地運(yùn)用于混凝土工程和巖土工程領(lǐng)域。目前，纖維加筋方法在混凝土工程中的使用較為成熟，它可以提高混凝土/水泥砂漿的韌性、強(qiáng)度、抗裂、抗拉及抗?jié)B等方面的性能。在巖土工程領(lǐng)域，纖維加筋土方法開始受到人們的關(guān)注和重視。纖維加筋土(簡(jiǎn)稱為纖維土)是通過(guò)將一定比例的纖維絲摻入到填土中，使土的工程性質(zhì)得到改善。它是廣義上的加筋土，其工作機(jī)理類似于加筋土，即利用纖維與土顆粒之間的摩擦力或咬合力來(lái)提高土體抵御外力作用的能力。相比一般的加筋土和穩(wěn)定土，纖維土具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)纖維在土中的分布是均勻的，因而纖維土具有近似的各向同性的力學(xué)性質(zhì)，不僅可以限制土的側(cè)向變形，還可以控制豎向變形，這是成層分布于土中的筋條和土工織物所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；(2)纖維土具有較高的韌性，破壞時(shí)呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化的塑性破壞特征，這有利于工程的安全性和穩(wěn)定性；(3)纖維土具有較高的抗裂性，可適于解決巖土工程中經(jīng)常出現(xiàn)的沉降和干縮變形開裂等問(wèn)題；(4)纖維土具有較好的消能減振的作用，大大地提高了動(dòng)荷載作用下路基和地基的抗疲勞性能，延長(zhǎng)了其使用壽命；(5)一般纖維土中的纖維摻量很低(重量比小于0.2％)，因而纖維土比較接近于天然狀態(tài)的土，在其表面噴射草籽和營(yíng)養(yǎng)劑等混合料，可達(dá)到綠化環(huán)境的功效。盡管纖維土的優(yōu)點(diǎn)很多，但它仍存在著一些不足(1)纖維的補(bǔ)強(qiáng)作用不是很突出，加筋后土的強(qiáng)度提高幅度不大，遠(yuǎn)不及石灰或水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度；(2)纖維土的水穩(wěn)性較差，浸水一段時(shí)間會(huì)發(fā)生崩解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的地基處理方法即短絲纖維加筋石灰土方法。該方法將石灰穩(wěn)定方法和纖維加筋土方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，不僅可以發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，還可以彌補(bǔ)各自存在的不足，使土的強(qiáng)度、韌性、脹縮性及水穩(wěn)性等工程性質(zhì)均得到改善。
短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，采用短絲纖維加筋和石灰穩(wěn)定相結(jié)合的方法，將短絲纖維和石灰摻入工程土中以改善土的工程性質(zhì)，用于地基處理，其中纖維摻量為0.05-0.5％干土重，石灰的摻量1-10％干土重；纖維長(zhǎng)度2mm至30mm的纖維絲，此土經(jīng)拌合、堆填、碾壓成地基。
本發(fā)明方法中結(jié)合料(纖維、石灰和土)的拌合方法是，按施工規(guī)?？蓪⑵浞譃閮深悢嚢铏C(jī)拌合和現(xiàn)場(chǎng)拌合。小規(guī)模的工程施工(如邊坡、擋土墻)可采用攪拌機(jī)拌合，如采用滾筒攪拌機(jī)將纖維、石灰和土均勻拌合后的土可直接運(yùn)輸?shù)侥康膱?chǎng)地堆填；碾壓。而大規(guī)模的路基或地基處理工程應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)拌合，直接在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行纖維與石灰、土的拌合和碾壓依次為地基上刨松填土、攤鋪石灰、石灰翻拌、噴射纖維、纖維拌和、表面整平及機(jī)械碾壓。
攪拌機(jī)拌合先將石灰和土進(jìn)行攪拌，然后采用小型吹風(fēng)機(jī)將纖維絲均勻地吹入攪拌機(jī)內(nèi)并與石灰、土一起進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間控制在5～10min，若仍存在成束纖維，則可延長(zhǎng)攪拌1～2min。先采用釘齒耙將石灰和填土進(jìn)行2～4遍的翻拌并將土塊進(jìn)行打碎處理，打碎后的填土粒徑控制在5cm以下；然后采用空氣壓縮機(jī)將纖維絲噴射到石灰土表面；再采用釘齒耙將纖維絲和石灰土進(jìn)行2～4遍的翻松。
纖維采用高分子纖維在以下幾種纖維中選擇聚丙烯纖維、聚脂纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯腈纖維，也可以混用任何二種或二種以上的纖維；纖維絲長(zhǎng)度尤其是5mm至20mm。纖維摻量0.05-0.2％干土重。
纖維與石灰、土的拌合時(shí)含水量為4-15％重量比。
施工工藝大致分為7個(gè)步驟，依次為刨松填土、攤鋪石灰、石灰翻拌、噴射纖維、纖維拌和、表面整平及機(jī)械碾壓。
選用的纖維具有足夠耐酸堿性和安全性，較高的變形能力、抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、彈性模量和性價(jià)比，良好的分散性，生產(chǎn)規(guī)模大且產(chǎn)品批次穩(wěn)定，因此可選擇的纖維種類是高分子纖維，包括聚丙烯纖維、聚脂纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈纖維。
施工法一中先將石灰和土進(jìn)行攪拌，然后采用小型吹風(fēng)機(jī)將纖維絲均勻地吹入攪拌機(jī)內(nèi)并與石灰、土一起進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間控制在5～6min，若仍存在成束纖維，則可延長(zhǎng)攪拌1～2min。
施工法二中或先采用釘齒耙將石灰和填土進(jìn)行2～4遍的翻拌并將土塊進(jìn)行打碎處理，打碎后的填土粒徑控制在5cm以下；然后采用空氣壓縮機(jī)將纖維絲噴射到石灰土表面；再采用釘齒耙將纖維絲和石灰土進(jìn)行2～4遍的翻松。
本發(fā)明的實(shí)施方式是先將石灰與工程土充分混合形成石灰土，然后再將短絲纖維均勻地?fù)饺氲绞彝羶?nèi)以形成短絲纖維加筋石灰土(簡(jiǎn)稱纖維石灰土)。由于石灰與土之間的反應(yīng)與時(shí)間有關(guān)，所以纖維石灰土的強(qiáng)度、脹縮性和水穩(wěn)性等工程性質(zhì)受齡期的影響，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間和條件類似于石灰土。
纖維石灰土中存在著兩種作用機(jī)理第一種是灰土間的化學(xué)作用，該作用使土顆粒發(fā)生絮凝作用，從而導(dǎo)致了土結(jié)構(gòu)較為致密，這使得水分很難進(jìn)入土內(nèi)與顆粒發(fā)生反應(yīng)，在工程性質(zhì)上表現(xiàn)為高水穩(wěn)性和低脹縮性，另外，灰土間的化學(xué)反應(yīng)還生成了鈣質(zhì)膠結(jié)物，增加了土顆粒間的連接力和咬合力，使得土的強(qiáng)度大幅度提高；第二種是纖維與土之間的物理作用，纖維絲與土顆粒間的摩擦作用承擔(dān)了土所受的拉力，從而有效地阻止了土中裂隙的發(fā)育，提高了石灰土的韌性，改變了石灰土的脆性破壞特征。
該方法的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為(1)經(jīng)短絲纖維加筋后的石灰土具有較高的強(qiáng)度、韌性和抗裂性能，其破壞特征從完全的脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變軟化的塑性破壞且殘余強(qiáng)度較高；(2)加筋后的石灰土仍具有高水穩(wěn)性和低脹縮性；(3)在保證強(qiáng)度的情況下，纖維的摻入可以適當(dāng)減少石灰的用量，從而降低了土壤砂化和環(huán)境污染的程度；(4)方法成本不高，施工工藝簡(jiǎn)單可行，可適用于邊坡、擋土墻、路基、地基及堤岸等巖土和水利工程領(lǐng)域。
四

圖1本發(fā)明試樣的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線(7天齡期)圖2a-d是不同纖維摻量對(duì)8％石灰土破壞形式的影響，圖2a 0％纖維，圖2b 0.05％纖維，圖2c 0.15％纖維，圖2d 0.25％纖維圖3剪切后土中纖維表面的掃描電鏡照片(2000倍)圖4短絲纖維加筋石灰土施工示意圖(針對(duì)路基和地基工程)；圖4a-4g分別對(duì)應(yīng)下述七步第一步刨松填土)第二步攤鋪石灰)第三步石灰翻拌)第四步噴射纖維)第五路面攤鋪)第六步表面整平)第七步機(jī)械碾壓注圖1中除素土和纖維土試樣外，其他試樣均在試驗(yàn)前浸水一天；圖1-3中所述纖維均為短絲聚丙烯纖維或聚乙烯纖維。
五具體實(shí)施例方式
(一)纖維選取盡管纖維的種類很多，但只有滿足以下四個(gè)方面要求的纖維才能適用于該方法(1)在化學(xué)性能方面，纖維必須是無(wú)毒無(wú)害且具有足夠的耐酸堿性；(2)在物理性能方面，纖維必須具有較高的變形能力(極限伸長(zhǎng)率通常大于15％)和良好的分散性(不結(jié)團(tuán)、不成束)；(3)在力學(xué)性能方面，纖維必須具有較高的抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度和彈性模量；(4)在商品化方面，纖維的生產(chǎn)規(guī)模要大且產(chǎn)品批次穩(wěn)定，性價(jià)比較高。由于玻璃纖維耐酸堿性不夠，石棉纖維有害，鋼纖維分散性差，碳纖維價(jià)格較貴，所以該方法中可選擇高分子纖維在以下幾種纖維中選擇聚丙烯纖維、聚脂纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈纖維，也可以混用任何二種或二種以上的纖維，但需要選擇長(zhǎng)度相近的纖維。
(二)施工工藝在本發(fā)明的施工工藝中，纖維絲與石灰土的拌合工藝是關(guān)鍵方法。按工程規(guī)模的大小，可將拌合工藝分為兩類攪拌機(jī)拌合和現(xiàn)場(chǎng)拌合。
對(duì)于小規(guī)模的工程施工(如邊坡和擋土墻)，可采用攪拌機(jī)拌合法。如采用滾筒攪拌機(jī)。纖維表面可用耦聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
由于天然狀態(tài)下的土料易結(jié)塊，所以攪拌前應(yīng)先將土料進(jìn)行粉碎，粉碎后的土顆粒粒徑控制在2～3cm以下。拌合時(shí)，先將石灰和土料按比例放入滾筒攪拌機(jī)攪拌1～2min，再用小型吹風(fēng)機(jī)將規(guī)定摻量的短絲纖維逐量吹入攪拌機(jī)內(nèi)(借助風(fēng)力將纖維絲打散)，然后再根據(jù)含水量的要求，向攪拌機(jī)內(nèi)均勻噴射適量的水。攪拌5～6min后隨機(jī)取樣，觀察纖維在土料拌合物中的分散狀態(tài)。正常情況下纖維絲分散應(yīng)比較均勻。如果仍有成束的纖維存在，攪拌可稍微延長(zhǎng)1～2min。值得指出的是攪拌時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免因?yàn)槲锪现g的過(guò)分摩擦而損傷纖維。攪拌后的土料就可運(yùn)輸?shù)侥康膱?chǎng)地進(jìn)行堆填。
對(duì)于大規(guī)模的工程施工(如路基和地基處理)，纖維與石灰土的拌合可直接采用現(xiàn)場(chǎng)拌合，其施工工藝大致可分為以下幾個(gè)步驟第一步整平路床或基床后鋪松填土，鋪松厚度為25～30cm，壓實(shí)系數(shù)1.5，壓實(shí)厚度10～20cm。
第二步按設(shè)計(jì)要求的配合比，將石灰均勻地?cái)備佋谔钔翆由厦?，表面?yīng)平整，厚度應(yīng)均勻。
第三步用釘齒耙對(duì)鋪灰填土進(jìn)行2～4遍的翻拌。此操作不僅能使石灰和填土拌合均勻，還可以打碎土塊，使土顆粒大小控制在5cm以下，便于土與纖維絲的拌合。翻拌結(jié)束后整平石灰土表面。
第四步采用空氣壓縮機(jī)將纖維絲噴射到石灰土表面。注意噴射要均勻，噴射的流量應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求的纖維摻量進(jìn)行設(shè)定。
第五步再用釘齒耙對(duì)纖維噴射后的石灰土面進(jìn)行2～4遍的翻松，其目的是為了使土和纖維絲能充分接觸，攪拌均勻。
第六步采用路面攤鋪整平機(jī)對(duì)釘齒耙拌合后的纖維加筋石灰土表面按規(guī)定進(jìn)行平整。
第七步采用壓路機(jī)對(duì)整平后的纖維加筋石灰土表面進(jìn)行2～4遍的碾壓。碾壓工序應(yīng)注意不可采用超壓以避免彈簧現(xiàn)象的產(chǎn)生和土中纖維絲被拉斷。
對(duì)于較高的路基或較厚的地基，可采用分層處理的方法，每層的施工按上述7個(gè)步驟執(zhí)行。另外，在養(yǎng)護(hù)方面，短絲纖維加筋石灰土類似于一般石灰土，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天。
本發(fā)明纖維采用高分子纖維在以下幾種纖維中選擇聚丙烯纖維、聚脂纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈纖維，也可以混用任何二種或二種以上的纖維，但需要選擇長(zhǎng)度相近的纖維。纖維表面還可以用耦聯(lián)劑進(jìn)行處理。如鈦酸酯耦聯(lián)劑。
權(quán)利要求
1.短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是采用短絲纖維加筋和石灰穩(wěn)定相結(jié)合的方法，將短絲纖維和石灰摻入工程土中以改善土的工程性質(zhì)，用于地基處理，其中纖維摻量為0.05-0.5％干土重，石灰的摻量1-10％干土重；纖維長(zhǎng)度2mm至30mm的纖維絲，此土經(jīng)拌合、堆填、碾壓成地基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是纖維、石灰和土的拌合施工方法是，攪拌機(jī)將纖維、石灰和土均勻拌合后的土可直接運(yùn)輸?shù)侥康膱?chǎng)地堆填；碾壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是大規(guī)模的路基或地基處理工程應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)拌合，直接在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行纖維與石灰、土的拌合和碾壓依次為地基上鋪松填土、攤鋪石灰、石灰翻拌、噴射纖維、纖維拌和、表面整平及機(jī)械碾壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是先將石灰和土進(jìn)行攪拌，然后采用小型吹風(fēng)機(jī)將纖維絲均勻地吹入攪拌機(jī)內(nèi)并與石灰、土一起進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間控制在5～10min，若仍存在成束纖維，則可延長(zhǎng)攪拌1～2min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是先采用釘齒耙將石灰和填土進(jìn)行2～4遍的翻拌并將土塊進(jìn)行打碎處理，打碎后的填土粒徑控制在5cm以下；然后采用空氣壓縮機(jī)將纖維絲噴射到石灰土表面；再采用釘齒耙將纖維絲和石灰土進(jìn)行2～4遍的翻松。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是纖維采用高分子纖維在下述纖維中選擇聚丙烯纖維、聚脂纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯腈纖維，或混用任何二種或二種以上的纖維；纖維絲長(zhǎng)度是5mm至20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是纖維摻量0.05-0.2％干土重。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是小規(guī)模的工程施工采用攪拌機(jī)拌合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是纖維表面用耦聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，其特征是纖維與石灰、土的拌合時(shí)含水量為4～15％重量比。
全文摘要
短絲纖維加筋石灰土地基處理方法，采用短絲纖維加筋和石灰穩(wěn)定相結(jié)合的方法，將短絲纖維和石灰摻入工程土中以改善土的工程性質(zhì)，用于地基處理，其中纖維摻量為0.05－0.5％干土重，石灰的摻量1－10％干土重；纖維長(zhǎng)度2mm至30mm的纖維絲，此土經(jīng)拌合、堆填、碾壓成地基。短絲纖維加筋石灰土作為一種新型的填土材料，具有抗壓、抗剪、阻裂、高韌性、高水穩(wěn)性、低脹縮性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于邊坡、路基、地基、堤岸等工程領(lǐng)域。此外，該方法成本不高且施工簡(jiǎn)單，可進(jìn)行工程推廣。
文檔編號(hào)E02D3/00GK1932167SQ20061008608
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月25日
發(fā)明者施斌, 蔡奕, 唐朝生, 王寶軍, 高瑋, 劉瑾, 陳峰軍, 劉春 , 李海濤, 黃河 申請(qǐng)人:南京大學(xué)