滇池周边泥炭质土水泥土帷幕截水性能试验研究

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1、滇池周边泥炭质土水泥土帷幕截水性能试验研究第1章绪论1.1研究背景及意义随着高层建筑在昆明的增加,随之而来的深基坑工程越来越多,工程中基坑的渗水问题也成为基坑开挖的隐患。近几年来,水泥土搅拌桩截水帷幕的应用在工程实践中得到了很好的检验,尤其是在旧城区施工采用截水帷幕,会减少基坑周围的建筑物、市政设施等沉降、开裂。此外,昆明城市地下水资源紧缺,截水帷幕不会造成地下水大量流失及浪费。从环保的角度,采用水泥土搅拌桩截水帷幕有利于城市的综合发展。而且,水泥土搅拌柱可以最大限度地提高原状土的使用率,形成的截水帷幕在整体性、水稳定性

2、及抗压强度方面较好,施工速度快,无污染,无振动,在施工过程中无噪音,施工影响相邻建筑物的程度很小,产生的危害小,在社会效益和经济效益方面具有明显优势。昆明地区滇池盆地湖沼相沉积的泥炭、泥炭质土厚度较大、分布稳定,是昆明地区俗称的草煤层。近年来,很多学者开始研究化学改良泥炭质土的方法。对于软土地区加固若采用水泥进行固化,则能收到很好的效果。但是,根据现行地基处理等相关规范,水泥固化剂只对软土中含有高岭石、埃洛石、蒙脱石等矿物的加固效果好,而固化效果较差的软土主要特点为含有伊利石、氯化物等矿物、高含量的有机质或土体呈弱酸性,

3、不适宜采用水泥进行加固,还需要添加其他的外加剂。本论文的研究工作是中国建筑科学研究院建研地基云南有限公司申请的住房和城乡建设部研究项目课题的一部分,由于我国《建筑地基基础设计规范》和《建筑地基处理技术规范》中关于软弱地基土处理并没有针对泥炭及泥炭质土的具体处理方法,这说明泥炭土不适合直接作为建筑地基,但是在华中、华北、东北、西南的低法地带它是分布广泛的重要土层,不容忽视。泥炭质土具有有机质含量高、密度小、含水量高、抗剪强度低、压缩性高及低渗透性等特点,套用规范一般软弱地基的利用与处理措施,难免误导工程设计。昆明的基坑工程

4、不可避免的会遇到含有泥炭质土的工程地质情况,所以对泥炭质土工程性质的研究就显得格外重要。..1.2技术发展概况自从1824年英国人约瑟夫?阿斯普丁首先获得波特兰水泥的专利,采用水泥搅梓土体形成的路基被广泛投入使用,但通常只是应用于处理路基的浅层。最早由二战后的美国发明出了该种现场搅拌桩。1953年,日本清水公司从美国引进这个工法,并对施工机械的性能进行研究,开发了主要使用螺旋钻机为施工机械的的CSL工法与MR-D工法。60年代的日本运输部港湾技术研究所开始研制搅拌柱施工机械,最终发展成为两种工法,一种为只采用石灰搅拌的方

5、法称为DLM法,和另一种只采用石灰干粉与土体搅摔的DJM工法。20世纪60年代,瑞典学者在阐述了石灰搅拌被固化15m厚度范围内地基的假想,并于70年代在工程现场付诸实施。在瑞典的斯德哥尔摩采用石灰粉与土体揽拌,作为路堤和基坑边坡稳定的效果很好。瑞典Linden-Alimat公司制造的施工机械可进行桩径巾500mm的揽拌桩施工,固化深度范围可达10米~15米,现在的瑞典石灰搅拌桩总长已有上百万延米。20世纪70年代,日本的港湾技术研究所、川崎钢铁厂等又改造了石灰搅拌桩机械,并成功的研制出水泥搅拌固化法(CMC工法),这种工

6、法可解决钢铁厂矿石堆场地基加固的难题,其能够搅拌的深度约为32米,另外还有相似的DCM工法、POCM工法。.第2章泥炭质土固化机理2.1水泥固化机理釆用水泥作为主要固化材料的固化剂,称为水泥系固化剂。水泥中的水泥熟料主要有娃酸二钙、娃酸三弼等,与土体发生一系列化学反应生成氬氧化钙、含水桂酸钙等,在水中溶解至饱和状态,并最终形成了胶体。以下详述各种添加材料的化学特性。桂酸三耗(CsS)占水泥熟料总质量的50%,其含量有时高达60%,平均含量37%?60%,是影响强度的关键因素。桂酸三1?水化过程大体可分为5个过程:(1)初

7、始水解期:娃酸三韩遇水,立刻发生快速的反应,该阶段通常在15分钟内结束,被称为初始水解期;(2)诱导期:该阶段水化的反应速度很缓慢,称为静止期,持续时间在2小时至4小时,在开始的几个小时内维持塑性,通常以初凝时间作为诱导期的结束;(3)加速期:在此期间,水泥水化的反应速度重新加速,随着时间的增长,反应速率增加,达到第2个放热峰,历时约4小时到8小时,此时终凝已过,水泥奖开始逐渐硬化;(4)衰退期:该阶段的反应速度开始随时间的增长而降低,时间约为12小时到14小时,水化反应开始受扩散速率影响;(5)稳定期:反应速率处于稳定

8、的时期,反应速率降为最低水平,水化反应完全受扩散速率影响。2.2粉煤灰粉煤灰是燃煤电厂的煤通过燃烧从烟道的气体中收集得到的灰尘,又称飞灰(Flyash),是一种人工火山灰质混合材料,自身没有水硬胶凝性质。能在常温及水热处理或蒸汽养护的环境中,与氧氧化韩或其他碱金属氧氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,并

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1、滇池周边泥炭质土水泥土帷幕截水性能试验研究第1章绪论1.1研究背景及意义随着高层建筑在昆明的增加,随之而来的深基坑工程越来越多,工程中基坑的渗水问题也成为基坑开挖的隐患。近几年来,水泥土搅拌桩截水帷幕的应用在工程实践中得到了很好的检验,尤其是在旧城区施工采用截水帷幕,会减少基坑周围的建筑物、市政设施等沉降、开裂。此外,昆明城市地下水资源紧缺,截水帷幕不会造成地下水大量流失及浪费。从环保的角度,采用水泥土搅拌桩截水帷幕有利于城市的综合发展。而且,水泥土搅拌柱可以最大限度地提高原状土的使用率,形成的截水帷幕在整体性、水稳定性

2、及抗压强度方面较好,施工速度快,无污染,无振动,在施工过程中无噪音,施工影响相邻建筑物的程度很小,产生的危害小,在社会效益和经济效益方面具有明显优势。昆明地区滇池盆地湖沼相沉积的泥炭、泥炭质土厚度较大、分布稳定,是昆明地区俗称的草煤层。近年来,很多学者开始研究化学改良泥炭质土的方法。对于软土地区加固若采用水泥进行固化,则能收到很好的效果。但是,根据现行地基处理等相关规范,水泥固化剂只对软土中含有高岭石、埃洛石、蒙脱石等矿物的加固效果好,而固化效果较差的软土主要特点为含有伊利石、氯化物等矿物、高含量的有机质或土体呈弱酸性,

3、不适宜采用水泥进行加固,还需要添加其他的外加剂。本论文的研究工作是中国建筑科学研究院建研地基云南有限公司申请的住房和城乡建设部研究项目课题的一部分,由于我国《建筑地基基础设计规范》和《建筑地基处理技术规范》中关于软弱地基土处理并没有针对泥炭及泥炭质土的具体处理方法,这说明泥炭土不适合直接作为建筑地基,但是在华中、华北、东北、西南的低法地带它是分布广泛的重要土层,不容忽视。泥炭质土具有有机质含量高、密度小、含水量高、抗剪强度低、压缩性高及低渗透性等特点,套用规范一般软弱地基的利用与处理措施,难免误导工程设计。昆明的基坑工程

4、不可避免的会遇到含有泥炭质土的工程地质情况,所以对泥炭质土工程性质的研究就显得格外重要。..1.2技术发展概况自从1824年英国人约瑟夫?阿斯普丁首先获得波特兰水泥的专利,采用水泥搅梓土体形成的路基被广泛投入使用,但通常只是应用于处理路基的浅层。最早由二战后的美国发明出了该种现场搅拌桩。1953年,日本清水公司从美国引进这个工法,并对施工机械的性能进行研究,开发了主要使用螺旋钻机为施工机械的的CSL工法与MR-D工法。60年代的日本运输部港湾技术研究所开始研制搅拌柱施工机械,最终发展成为两种工法,一种为只采用石灰搅拌的方

5、法称为DLM法,和另一种只采用石灰干粉与土体搅摔的DJM工法。20世纪60年代,瑞典学者在阐述了石灰搅拌被固化15m厚度范围内地基的假想,并于70年代在工程现场付诸实施。在瑞典的斯德哥尔摩采用石灰粉与土体揽拌,作为路堤和基坑边坡稳定的效果很好。瑞典Linden-Alimat公司制造的施工机械可进行桩径巾500mm的揽拌桩施工,固化深度范围可达10米~15米,现在的瑞典石灰搅拌桩总长已有上百万延米。20世纪70年代,日本的港湾技术研究所、川崎钢铁厂等又改造了石灰搅拌桩机械,并成功的研制出水泥搅拌固化法(CMC工法),这种工

6、法可解决钢铁厂矿石堆场地基加固的难题,其能够搅拌的深度约为32米,另外还有相似的DCM工法、POCM工法。.第2章泥炭质土固化机理2.1水泥固化机理釆用水泥作为主要固化材料的固化剂,称为水泥系固化剂。水泥中的水泥熟料主要有娃酸二钙、娃酸三弼等,与土体发生一系列化学反应生成氬氧化钙、含水桂酸钙等,在水中溶解至饱和状态,并最终形成了胶体。以下详述各种添加材料的化学特性。桂酸三耗(CsS)占水泥熟料总质量的50%,其含量有时高达60%,平均含量37%?60%,是影响强度的关键因素。桂酸三1?水化过程大体可分为5个过程:(1)初

7、始水解期:娃酸三韩遇水,立刻发生快速的反应,该阶段通常在15分钟内结束,被称为初始水解期;(2)诱导期:该阶段水化的反应速度很缓慢,称为静止期,持续时间在2小时至4小时,在开始的几个小时内维持塑性,通常以初凝时间作为诱导期的结束;(3)加速期:在此期间,水泥水化的反应速度重新加速,随着时间的增长,反应速率增加,达到第2个放热峰,历时约4小时到8小时,此时终凝已过,水泥奖开始逐渐硬化;(4)衰退期:该阶段的反应速度开始随时间的增长而降低,时间约为12小时到14小时,水化反应开始受扩散速率影响;(5)稳定期:反应速率处于稳定

8、的时期,反应速率降为最低水平,水化反应完全受扩散速率影响。2.2粉煤灰粉煤灰是燃煤电厂的煤通过燃烧从烟道的气体中收集得到的灰尘,又称飞灰(Flyash),是一种人工火山灰质混合材料,自身没有水硬胶凝性质。能在常温及水热处理或蒸汽养护的环境中,与氧氧化韩或其他碱金属氧氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,并

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