秸稈纖維氣泡混合輕質土及用其施工地下管廊上部減振的結構和方法與流程

2023-10-06 14:47:39

本發明涉及一種城市地下管廊的減振處理，具體是一種採用秸稈纖維改良的氣泡混合輕質土，以及使用該氣泡混合輕質土施工的用於淺埋地下管廊上部減振的結構和施工方法。

背景技術：

近年來隨著我國城市地下空間建設的飛速發展，城市地下管廊的建設不斷增多。由於主城區空間資源有限，為減少地下結構施工對周邊環境的影響，城市地下管廊主要建設在城市道路之下，且建設深度一般集中在0～15m的範圍內，屬於淺埋地下結構。地下管廊上部城市道路車輛運行，會導致路面以下土體的振動，土體的振動可能會引起地下管廊周邊土體的振密效應和不均勻沉降，導致管廊支護結構內力的增加；如管廊周邊土體為飽和軟土時，車輛運行引起的振動還可能會導致地基土的液化或軟化，造成其承載力的降低，導致地下管廊結構內力的急劇增加甚至開裂，影響地下管廊的正常使用。由於我國城市地下管廊建設起步較晚，目前還沒有形成適用於地下管廊的減振技術。

氣泡混合輕質土是由泡沫、水泥、水以及添加材料按照一定配合比例混合製成的微孔類材料，具有質量輕、抗壓強度高、整體性好、凝結自立性、保溫隔熱以及優越的環保特性等優點，在公路建設中由著非常廣泛的應用，可被應用於解決橋頭跳車、新舊路基沉降差異、軟土路基沉降控制和陡坡路堤穩定性等施工中，能大大縮短施工工期、提高工程質量，大幅度降低工程運營後的維護管理費。但是目前並沒有將氣泡混合輕質土應用到城市地下管廊的減振設計中。

目前道路建設和建築工程上所用的氣泡混合輕質土大多是由水泥、粉煤灰、水和泡沫按照一定比例混合而成。由於氣泡的存在，使得輕質土密度較小，但是強度較低，容易出現乾裂破壞。由於其城市地下管廊埋設較淺，對其上部土層結構的抗壓強度和抗裂性要求更高，現有的氣泡輕質土並不能達到要求。

秸稈纖維是通過廢棄農作物秸稈提取秸稈纖維材料，是一種新興資源，其性能上類似於紡織纖維，又不同於紡織纖維，其粗纖維含量較高，比重小於粘膠纖維，容重下，自生含有大量的孔隙，吸溼回潮率大於棉纖維，斷裂強力較大。我國秸稈作物產量大，但是利用率低，絕大多數秸稈就地焚燒，造成資源浪費，汙染環境。通過廢棄農作物秸稈提取秸稈纖維材料，將其作為添加劑與泡沫混合對輕質土進行改良，可以有效避免秸稈焚燒造成的生態環境汙染，變廢為寶，產生經濟效益，而且還能大大增加輕質土的抗壓和抗裂性，但是目前並沒有任何公開文件提到可以將秸稈纖維應用到氣泡混合輕質土中。

技術實現要素：

本發明的目的是根據現有技術的不足提供一種利用秸稈纖維改良的氣泡混合輕質土，及使用該氣泡混合輕質土施工的淺埋地下管廊上部減振的結構和方法，氣泡混合輕質土材料具有密度低、減振效果好的特點，採用該輕質土施工的減振結構可以有效的降低車輛振動荷載對地下管廊結構的影響，延長地下管廊的使用壽命，降低地下管廊的結構圍護費用。

本發明提供的技術方案為：一種秸稈纖維氣泡混合輕質土，其特徵在於所述氣泡混合輕質土是將原料土、水泥、粉煤灰、秸稈纖維和水進行攪拌形成混合原料，將發泡劑與水按照1:40～60的比例混合後吸入發泡機內發泡製成泡沫，然後將泡沫與混合原料按照體積比1～4:1混合均勻後配製而成的容重0.3～1.0Kg/cm3，強度為0.3～6MPa的氣泡混合輕質土；其中混合原料中水泥的含量為原料土幹土質量的20％～30％，粉煤灰含量為水泥質量的30％～40％，秸稈纖維含量為水泥質量的1.0％～6.0％，水的添加量為每平方米氣泡混合輕質土加入150～350kg。

本發明進一步的技術方案：所述秸稈纖維是將秸稈去除葉、節、穗等部位後切為2-3cm長，在200～215℃、4～6MPa的條件下用熱水浸泡12～24h；然後烘乾，烘乾之後在90～100℃的條件下採用濃度為2％～8％的稀硫酸浸泡12～24h，然後將處理後的秸稈再次水洗、過濾、烘乾即可製成；其中所述秸稈為水稻秸稈、麥秸稈、玉米秸稈中的一種或多種混合。

本發明較優的技術方案：所述原料土為直徑不大於5mm的施工場地原土或工程廢棄土，所述水泥為普通矽酸鹽水泥；所述的發泡劑選用環保型、穩定性好的植物性發泡劑。

本發明提供的一種適用的秸稈纖維氣泡混合輕質土施工的地下管上部減振結構，包括明挖施工的地下管廊和回填在地下管廊周圍的素填土層，其特徵在於：在地下管廊的上方依次鋪設有下層土工布、氣泡混合輕質土層、上層土工布、回填土層和路面結構層，所述氣泡混合輕質土層是採用秸稈纖維氣泡混合輕質土堆填而成，其厚度為0.5～5m。

本發明較優的技術方案：所述管廊上部車輛荷載減振結構層的整體厚度為1.5～15m，應根據管廊埋深具體確定，沒有厚度範圍。

本發明較優的技術方案：在地下管廊頂面與下層土工布之間回填有0.5m厚的素填土層。

本發明提供的一種用秸稈纖維氣泡混合輕質土施工的地下管上部減振結構的施工方法，其特徵在於具體步驟如下：

(1)採用現有明挖施工的施工方式施工地下管廊，在地下管廊的內襯結構施工完成後，回填素填土至地下管廊頂部，並高於地下管廊頂面0.5m，然後對素填土進行夯實、整平；

(2)鋪設下層土工布：在步驟(1)中夯實、整平的素填土上表面鋪設有防滲土工布；

(3)準備製備秸稈纖維氣泡混合輕質土的原料土、水泥、粉煤灰、秸稈纖維和水，原料土採用工程廢棄土或施工場地的原土，經過解泥、篩分處理成粒徑不大於5mm，在原料土中添加原料土幹土質量20％～30％的水泥，再添加水泥質量30％～40％粉煤灰和水泥質量1.0％～6.0％的秸稈纖維，最後加入水進行混合攪拌形成混合原料，水的添加量為每平方米氣泡混合輕質土加入150～350kg；將發泡劑與水按照1:40～60的比例混合後吸入發泡機內發泡製成泡沫；

(4)將步驟(2)中混合原料和泡沫按照體積比1～4:1的比例加入攪拌機中，在攪拌機中攪拌至充分混合後均勻泵出，直接分層澆築在下層土工布上，形成厚度為0.5～5m的氣泡混合輕質土層，在澆築過程中，每層氣泡混合輕質土達到設計強度值後再進行下次澆築施工，至使達到設定厚度，然後再氣泡混合輕質土層上表面覆蓋上層土工布，並保溼養護10d-15d；

(5)素填土回填：素填土回填採用分層施工，每層回填土需進行夯實，整平後，進行下一層填土回填至使達到填土層的設計厚度；

(6)道路路面結構施工，待回填土分層施工結束後，進行整平，然後按照正常道路路面施工方法施工道路路面結構。

本發明較優的技術方案：在步驟(3)中所述的秸稈纖維將秸稈去除葉、節、穗等部位後切為2-3cm長，在215℃、5MPa的條件下用熱水對其進行預處理，然後烘乾，烘乾之後在98℃的條件下採用濃度為2％～8％稀硫酸浸泡，待充分浸泡後將處理後秸稈再次水洗、過濾、烘乾即可製成；其中所述秸稈為水稻秸稈、麥秸稈、玉米秸稈中的一種或多種混合。

本發明所述的秸稈纖維氣泡混合輕質土澆築，需分層澆築，待上一次澆築的輕質土達到一定強度後再進行下次澆築施工，等全部澆築完成後，表面用土工布覆蓋，澆水養護。

本發明所述秸稈纖維氣泡混合輕質土澆築施工，需每隔一段時間定期採樣檢測輕質土的強度、溼容重以及流動度，並通過調整原料的配合比及發泡劑的濃度來調整。

本發明所述的秸稈纖維氣泡混合輕質土是一種秸稈纖維、工程廢棄土、水泥材料、氣泡或泡沫漿和水混合攪拌均勻後，經固化作用形成的一種輕質材料；其原料土可以採用工程廢棄土，秸稈纖維可以採用廢棄的農作物秸稈製作，秸稈纖維資源豐富容易獲取，價格低廉，減少環境汙染，具有顯著的經濟效益和社會效益；而且秸稈纖維對土體具有加筋作用，提高了原料土的抗壓強度和抗裂性能，秸稈纖維發泡輕質土能有效降低原料土的密度。製備的秸稈纖維混合輕質土具有密度低，強度高、低彈減振、施工方便等優點。

本發明將秸稈纖維混合輕質土用於城市淺埋地下管廊上部車輛荷載減振中，採用該混合輕質土堆填形成減振層，其具有密度低、減振效果好的特點；與不採用該減振結構的地下管廊相比，可以有效的降低車輛振動荷載對地下管廊結構的影響，延長地下管廊的使用壽命，降低地下管廊的結構圍護費用。

附圖說明

圖1本發明中減振結構的橫斷面圖示意圖；

圖2是本發明秸稈纖維的製作過程

圖3是本發明秸稈纖維氣泡混合輕質土的製作流程圖。

圖中：1—下層土工布，2—氣泡混合輕質土層，3—上層土工布，4—回填土層，5—地下管廊，6—路面結構層，7—素填土層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

如圖1所示的一種使用秸稈纖維氣泡混合輕質土施工的地下管上部減振結構，包括明挖施工的地下管廊5和回填在地下管廊周圍的素填土層7，其特徵在於：在地下管廊5的上方依次鋪設有下層土工布1、氣泡混合輕質土層2、上層土工布3、回填土層4和路面結構層6，在地下管廊5頂面與下層土工布1之間回填有0.5m厚的素填土層7。所述氣泡混合輕質土層是採用秸稈纖維氣泡混合輕質土堆填而成，其厚度為0.5～5m。所述管廊上部車輛荷載減振結構層的整體厚度為1.5～15m，具體厚度根據管廊埋深具體確定，沒有厚度範圍。

本發明中的秸稈纖維氣泡混合輕質土，其特徵在於所述氣泡混合輕質土是將直徑不大於5mm的施工場地原土或工程廢棄土、普通矽酸鹽水泥、粉煤灰、秸稈纖維和水進行攪拌形成混合原料，將植物性發泡劑與水按照1:40～60的比例混合後吸入發泡機內發泡製成泡沫，然後將泡沫與混合原料按照體積比1～4:1混合均勻後配製而成的容重0.3～1.0Kg/cm3，強度為2～6MPa的氣泡混合輕質土；其中混合原料中水泥的含量為原料土幹土質量的20％～30％，粉煤灰含量為水泥質量的30％～40％，秸稈纖維含量為水泥質量的1.0％～6.0％，水的添加量為每平方米氣泡混合輕質土加入150～350kg；所述秸稈纖維氣泡混合輕質土的配製工藝流程詳見圖3。

所述秸稈纖維是將農作物秸稈(包括水稻秸稈、麥秸稈、玉米秸稈等)去除葉、節、穗等部位後切為2-3cm長，在200～215℃、4～6MPa的條件下用熱水浸泡12～24h；然後烘乾，烘乾之後在90～100℃的條件下採用濃度為2％～8％的稀硫酸浸泡12～24h，然後將處理後的秸稈再次水洗、過濾、烘乾即可製成，其製備工藝流程詳見附圖2。

實施例一：使用上述配製的秸稈纖維氣泡混合輕質土對某區域的淺埋地下管廊施工上部車輛荷載減振結構，該區域採用明挖施工的地下管廊，其減振結構的具體施工步驟為：

(1)在該地下管廊的內襯結構施工完成後，回填素填土至地下管廊頂部，並高於地下管廊頂部0.5m，然後對素填土進行夯實、整平；

(2)鋪設土工布：在步驟(1)中地下管廊頂部素填土層上表面鋪設下層防滲土工布，防止氣泡混合輕質土固化期間水分的外流損失；

(3)採用工程廢棄土或施工場地的原土，經過解泥、篩分處理成粒徑不大於5mm，然後再原料土中添加原料土幹土質量25％的普通矽酸鹽水泥，再添加水泥質量35％粉煤灰和水泥質量1.5％的秸稈纖維，按照每平方米氣泡混合輕質土加入300kg水的添加量，加水進行攪拌形成混合原料；將植物性水泥發泡劑與水按照1:50的比例混合後吸入發泡機內發泡製成泡沫；所述植物性水泥發泡劑為直接市面購買的產品，是選用進口優質天然植物高分子材料為原料，經一系列複雜的化學反應生成，產品呈淺黃色的純淨透明油狀液體，該發泡劑對硬水不敏感，無毒、無味、無沉澱物，PH值接近中性，對環境不產生汙染；不易變質易於儲存，具有優異的起泡能性，發泡倍數高，泡沫豐富，泡沫的穩定性好；

(4)將步驟(2)中混合原料和泡沫按照體積比1～4:1的比例加入攪拌機中，在攪拌機中攪拌至充分混合後均勻泵出，直接分層澆築在下層土工布上，形成厚度為0.5～1.5m的氣泡混合輕質土層，在澆築過程中，每層氣泡混合輕質土達到設計強度值(其設計強度值在0.3～6MPa的範圍)後再進行下次澆築施工，至使達到設定厚度，然後再氣泡混合輕質土層上表面覆蓋上層土工布，並保溼養護10d-15d；

(5)素填土回填：素填土回填採用分層施工，每層回填土需進行夯實，整平後，進行下一層填土回填至使達到道路設計標高；

(6)道路路面結構施工，待回填土分層施工結束後，進行整平，然後按照正常道路路面施工方法施工道路路面結構。

實施例中的增加有車輛荷載減振結構的地下管廊與不採用該減振結構的地下管廊相比，可以有效的降低車輛振動荷載對地下管廊結構的影響，延長地下管廊的使用壽命，降低地下管廊的結構圍護費用。