一种压密石灰土换填实体边坡支护方法

摘要

一种压密石灰土换填实体边坡支护方法，涉及岩土工程领域基坑中压密石灰土实体边坡支护方法，特别是软土地区基坑支护方法。具体为一种边坡支护方法。具体操作为，就地取土，土中掺入生石灰拌合均匀，再消化，或向拌合土中掺入1－8％纤维，拌合均匀，将拌合土或拌有纤维的拌合土换填到边坡位，并按照设计尺寸碾压密实形成换填实体。本发明使用的掺合材料为普通建筑材料，各地都有，取材方便，且价格便宜，适用范围广，工程造价低；施工设备简单，只需要挖掘机配合施工即可；施工方便，施工工期短。用本发明建成的换填实体安全性能好，造价低。本发明适用于开挖深度十米以下，具备临时放坡条件，安全等级在二级以下的临时边坡和永久性边坡处理。

说明书

                           技术领域

本发明涉及岩土工程领域基坑中压密石灰土实体边坡支护方法，特别是软土地区基坑支护方法。

                           背景技术

在工程建设中，软弱地基土开挖基坑或道路边坡，都需要对边坡采取支护措施，以保证开挖后的边坡保持稳定。目前通常用于边坡支护的主要技术手段，有粉喷桩重力式挡墙支护、悬臂桩支护、桩锚支护等方法，这些方法都是成熟有效的技术方法，但尚存在一定的缺陷：

粉喷桩重力式挡墙支护方法：在遇到含水量超过70％的淤泥或土中泥炭成分过大或酸性土时，有成桩困难或成桩强度低的问题，这种方法还有工期很长，质量不够稳定，造价偏高等缺陷；

悬臂桩支护和桩锚支护等方法：这种两种方法的优点是计算模型比较清晰，适合于六米以上的深基坑支护，但存在工期长，造价太高的问题，用于软弱地基的浅基坑十分浪费。

总之，以上方法各存在一定的局限性，施工周期长、工程造价高、施工所需机械设备多，施工工艺复杂等问题是其共同缺陷。

在现有传统技术中，有利用石灰土压实作为道路基层的传统做法，其原理是利用压实石灰土压缩性被改善的缘故。但是压密石灰土的抗剪强度指标也有显著的提高，在这点上，长期以来没有被岩土工程界充分认知和重视，也没有被有效的加以利用。

                           发明内容

本发明的目的是提供一种能就地取材，技术稳定性好、施工周期短、造价便宜的压密石灰土换填实体边坡支护方法。

本发明的目的的实现方式为，一种压密石灰土换填实体边坡支护方法，其特征在于具体操作步骤如下：

1)就地取土，取土重量的5-20％生石灰，掺入土中拌合均匀，再消化8-24小时；

2)将拌合土换填到边坡位，并按照设计尺寸碾压密实形成换填实体。

本发明优点如下：

1、使用的掺合材料生石灰和纤维材料为普通建筑材料，各地都有，取材方便，且价格便宜，适用范围广，工程造价低，造价只相当于传统方法的30-50％；

2、施工设备简单，只需要挖掘机配合施工即可；

3、施工方便，施工工期短；

4、用本发明建成的换填实体安全性能好。

本发明适用于开挖深度十米以下，具备临时放坡条件，可广泛应用于安全等级在二级以下的临时边坡支护和永久性边坡处理。

                      附图说明

图1为采用本发明作出的第一种支护方式示意图

图2为采用本发明作出的第二种支护方式示意图

图3为采用本发明作出的第三种支护方式示意图

图4为采用圆弧滑动法计算的换填前边坡整体稳定性分析结构图

图5为采用圆弧滑动法计算的换填后边坡整体稳定性分析结构图

                    具体实施方式

本发明的具体操作为，就地取土，土中掺入生石灰拌合均匀，再消化，将拌合土换填到边坡位，并按照设计尺寸碾压密实形成换填实体。向经消化8-24小时的拌合土中掺入1-8％纤维，拌合均匀，再将拌有纤维的拌合土换填到边坡位，并按照设计尺寸碾压密实形成换填实体。

就地所取的土为一般的粘性土、粉土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、砂性土、碎石土，回填土或其中掺有建筑垃圾和工业废料的上述土。

对粘粒含量低于20％的砂性土，需要向其中掺入粘性土或粉土，使粘粒含量高于于20％，以提高土中次生矿物的微粒的比例。

土中掺入生石灰拌合均匀，遇雨天需用薄膜覆盖。

生石灰掺量具体的比例视土的含水量确定：

土的含水量低于70％，生石灰掺量为5-10％，

土的含水量70-100％，生石灰掺量为10-12％，

土的含水量高于100％，生石灰掺量为12-20％，

土中掺入生石灰拌合均匀后要消化8-24小时，消化反应过程为：

                 

生石灰消化反应过程不仅仅是表面上改变了土的含水量，更重要的是对土的物理化学结构也产生了极为重要的改变，即结合水的改变，土中硅酸盐矿物颗粒与水的结合体被打破，后期Ca(OH)₂的强碱性将硅酸盐的活性激活，并伴随硅酸盐、铝酸盐和水产生复杂而缓慢的化学反应过程，所以消化过程不仅起到了排水作用，还将对土中硅酸盐和铝酸盐等矿物颗粒起到结构重组的物理化学作用。

生石灰消化时间不能过长，因为暴露于空气时，同时进行的化学作用还有：

                 

这样会降低氢氧化钙的含量，又增加了土中的水分，对压密石灰土产生不利作用。

经过消化过程后，石灰土变得松散，向拌合土中掺入1-8％纤维，拌合均匀。纤维为50-200毫米长的稻草、麦秸、竹枝、树枝等植物纤维，或其它便宜的短矿物纤维或人工纤维。拌合纤维，可以大幅提高土的抗剪切强度2-5倍。

将拌有纤维的拌合土换填到边坡位，按照设计的边坡挡墙的几何形状，分层碾压密实，每层厚300-500毫米，碾压强度不小于80kPa，碾压强度越大，效果越好。

压密石灰土换填实体的几何尺寸的确定及安全度验算方法如下：

计算公式为：

$>>T>=>>\Sigma >>i>=>1>>>n>1>\; >>(>>Q>i>>+>>W>i>>)>>sin>>\alpha >i>>>s>$

               k_hd＝R/T

式中：

T——下滑力

R——抗滑力

C_ki’——第i土条底面的按总应力法确定的粘聚力(kPa)标准值；

_ki——第i土条底面的按总应力法确定的内摩擦角(°)标准值；

l_i——第i土条底面的弧长(m)；

Q_i——第i土条顶面的超载标准值(kN/m)；

W_i——第i土条的自重加权平均值(kN/m)；

α_i——第i土条底中点切线与水平线的夹角(°)；

n，n1——分别为分条总数、主动侧分条数；

k_hd——抗滑稳定安全系数。

k_hd对于重要性等级为一、二、三级的基坑分别应满足不小于1.30、1.15、1.05。(见湖北省地方标准《基坑工程技术规程净(DB42/159-2004)第16页)。

针对不同的土质情况，本发明采取不同的支护挡墙。当边坡土层较软，而坑底土质较硬时，采用如图1所示的换填实体4；当边坡土层较硬，而坑底土质较软时，采用如图2所示的换填实体5；当边坡土层和坑底土质都较软时，采用如图3所示的换填实体4和换填实体5组合体。图中1-地面、2-软硬土、3-软土。

下面举出本发明具体应用实施例：

二级基坑开挖深度3.35米，地质条件如下：

①层素填土，厚度4.46米，为新近堆填的粘性土混夹碎石等杂物，土质不均、松散。c＝6kPa，Φ＝14°，

②层淤泥，厚度1.7米，灰黑色，流塑，饱和，含水量平均60％，c＝10kPa，Φ＝5°，

③层粘土，厚度5.3米，黄褐～灰褐色，可塑，湿，c＝21kPa，Φ＝11°。

采用本方法换填边坡和坑底的淤泥，实测换填实体3天的粘聚力c值为11kPa，内摩擦角Φ值为11°。换填前、后的K计算结果见图4、5，从图中可见，换填前，抗滑稳定安全系数K(4)＝1.114＜1.15，不满足要求，而换填后抗滑稳定安全系数K(i)＞1.15，满足要求。

可见换填前不满足稳定性要求，换填后完全可以满足稳定性要求。c值和Φ值随时间的持续还有较大的增长。