新建或拓宽高填方路基后处理方法与流程

1.本技术涉及高填方道路施工技术的领域，尤其是涉及新建或拓宽高填方路基后处理方法。


背景技术：

2.高填方路基是指填土高度大于18m(土质)或20m(石质)的路基，多用于软土区和岩溶区。高填方路基地表存在岩溶形态，基岩表面覆盖的土层岩土力学性质存在差异性，因此高填方路基施工前需要对基岩碾压稳定，高填方路基遂层碾压，下层原状土受压发生沉降变形，直至设计路基标高下层地基土沉降变形基本稳定，则可进行下一步工序。
3.当高填方区存在软弱土层且其埋深较大时，在上部路基碾压过程中，下层体中的水分不易排出，在路基的逐层增高过程中，下层软弱土产生超静水压力，导致土颗粒间的有效应力与上部附加荷载集度的递增速度不成比例，当路基高程达到设计标高且表层的土体已达到稳定标准，可进行路基施工时，实际上下层土体的主固结沉降还没有完成，导致高填方路基施工完成后，下层土体中存在空穴，高填方路基长时间使用后会出现路基不均匀沉降，影响路基上方道路的行车安全。


技术实现要素：

4.为了减小高填方路基沉降的概率，本技术提供新建或拓宽高填方路基后处理方法。
5.本技术提供的新建或拓宽高填方路基后处理方法采用如下的技术方案：新建或拓宽高填方路基后处理方法包括以下步骤：s1、在高填方路基的预定位置钻注浆孔；s2、注浆孔内安装注浆管并投石振密；s3、预压浆补石；s4、封孔；s5、向注浆孔内压力灌注后处理浆料；s6、养护。
6.通过采用上述技术方案，后处理浆料通过注浆管的出浆孔和下层土体的孔隙，向土体内延伸，土体孔隙水压力增加，加快了超静水压力的消散和土体的固结速率；后处理浆料成形后，填充了土体的孔隙，在土体中起到骨架作用，提高了土体的承载力，减小了土体上方高填方路基沉降的概率。
7.可选的，所述后处理浆料包括以下重量份的原料：超细水泥300-340份；粉煤灰140-160份；水168-192份；减水剂1-4份；渗透组分15-34份。
8.通过采用上述技术方案，后处理浆料在泵送作用下进入土体，超细水泥与粉煤灰配合，提高了后处理浆料的流动性和对土体的渗入量，后处理浆料固化过程中，超细水泥水化作用下形成凝胶材料，提高了土体中骨架的强度，粉煤灰与超细水泥水化后的氢氧化钙
反应生成凝胶物质，进一步提高了骨架的自密性、强度和抗渗性，从而减小了土体沉降崩塌形成空穴的概率，从而减小了高填方路基沉降的概率。
9.可选的，所述渗透组分包括油膜剂、载体、赤泥粉和矿化激发剂，所述油膜剂、载体、赤泥粉和矿化激发剂的重量比为(6-9)：6：(1-5):1。
10.通过采用上述技术方案，载体负载赤泥粉和矿化激发剂，油膜剂在载体外形成油膜，在后处理浆料制备过程中，载体被油膜剂形成的油膜包覆，渗透组分与超细水泥颗粒之间的摩擦阻力减小，赤泥粉和矿化激发剂不易损耗；油膜剂的存在，使渗透组分在后处理浆料中分布均匀；在渗透组分的润滑作用下，后处理浆料向土体中渗入，增加了后处理浆料的渗透范围；随着后处理浆料渗入范围的扩张和超细水泥水化的进行，油膜逐渐被消耗，携带赤泥粉和矿化激发剂的载体与土体接触，矿化激发剂激发土体中的脲酶菌产生碳酸根，消耗土体中的水分，破坏土体中的超静水压力，土体的主固结沉降速度提高，同时脲酶菌吸引土体和超细水泥中钙离子，以及赤泥粉中的钙离子，生成金属晶体，提高了土体的稳定性和抗压强度，减小高填方路基沉降的概率。
11.后处理浆料进入土体后，赤泥粉中的铁离子在土颗粒间起到润滑作用，便于后处理浆料向土体深处渗透；超细水泥固化过程中，土体中的氧气逐步消耗，土体处于还原环境中，结合了自由水的胶状三价铁离子被还原成二价铁离子，二价铁离子使土颗粒的双电层变薄，土颗粒易聚沉，加快了土体主固结沉降速度；在还原环境中，二价铁离子和三家铁离子混合物易沉降，在脲酶菌产生的二氧化碳作用下，形成碳酸铁晶体，提高了土体的抗压强度，减小高填方路基沉降的概率。
12.可选的，所述油膜剂的制备包括以下原料：油类物质、亲油卤代烷、丙烯酰胺和引发剂，油类物质、亲油卤代烷、丙烯酰胺和引发剂的重量比为(53-77)：(3-9)：3:1。
13.通过采用上述技术方案，亲油卤代烷与丙烯酰胺在引发剂作用下生成双亲性物质，亲油端亲附在油类物质上，亲水端远离油类物质，并吸附在载体上，形成油包物的结构，便于渗透组分起到润滑作用，从而增大了后处理浆料的渗透范围，土体强度提高，减小高填方路基沉降的概率。
14.可选的，所述油类物质为白油。
15.通过采用上述技术方案，白油在亲油卤代烷和丙烯酰胺作用下包裹载体，提高了渗透组分润滑性和渗透效率。
16.可选的，所述亲油卤代烷为4-巯基苯甲酸。
17.通过采用上述技术方案，4-巯基苯甲酸作为亲油相，提高了油膜剂与载体的连接强度，在后处理浆料制备过程中，渗透组分不易在超细水泥和水的作用下分散。
18.可选的，所述油膜剂的制备包括以下步骤：s1、称取丙烯酰胺和水混合，调节ph值，搅拌得到水相；s2、称取4-巯基苯甲酸和油类物质，搅拌30min得到油相；s3、水相升温至60℃，加入油相，高速剪切乳化，在氮气保护、20℃环境下加入引发剂，升温至90℃，回流反应6h，停止加热；s4、冷却至室温，对反应后的溶液进行离心，将上清液蒸发至完全蒸发出水，即可制备出油膜剂。
19.通过采用上述技术方案，4-巯基苯甲酸与油类物质充分搅拌，4-巯基苯甲酸对油
类物质的吸附作用提高，之后4-巯基苯甲酸与丙烯酰胺反应，丙烯酰胺吸附载体，从而提高了油膜剂对载体的包覆率，载体不易在后处理浆料制备过程中暴露。
20.可选的，所述矿化激发剂为尿素。
21.通过采用上述技术方案，土体中的脲酶菌以尿素为氮源，分解产生氨和氨基甲酸酯，之后氨基甲酸酯与土体中的自由水反应生产氨和碳酸根，降低了土体的含水率，从而消除了超静水压力；碳酸根与钙离子、铁离子等反应生产金属晶体，提高了土体的抗压强度，减小了高填方路基沉降的概率。
22.后处理浆料中的水、赤泥粉、超细水泥和粉煤灰配合，与土体中的水分形成混合金属盐溶液，尿素与混合金属盐溶液在超细水泥水化热作用下反应产生氨气，提高了土体ph值，促进了金属离子的成核和晶化。
23.可选的，所述载体为球霰石。
24.通过采用上述技术方案，球霰石的中空和多孔结构为负载赤泥粉和矿化激发剂提供了便利；球霰石暴露后，在土体中的水分以及后处理浆料中的水分作用下转换为方解石，提高了土体的强度。
25.可选的，s5采用分级升压注浆工艺。
26.通过采用上述技术方案，土体中孔隙分布不同，采用分级升压注浆工艺，第一次注浆为渗入式注浆，后处理浆料对钻孔周围土体的灌注范围大，起到框架作用；第二次注浆对土体进行密实，注浆压力较第一次注浆压力大，注浆之后的后处理浆料起到支撑作用；第三次注浆采用低压缓慢注浆，对土体进一步密实，三次注浆后提高了土体的承载力，同时分级升压，减小了土体被冲击塌陷的概率。
27.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.载体负载赤泥粉和矿化激发剂，油膜剂在载体外形成油膜从而组成渗透组分，渗透组分提高了后处理浆料的流动性和对土体的渗透率；随着后处理浆料渗入和超细水泥水化的进行，油膜逐渐被消耗，携带赤泥粉和矿化激发剂的载体与土体接触，矿化激发剂激发土体中的脲酶菌产生碳酸根，消耗土体中的水分，破坏土体中的超静水压力，土体的主固结沉降速度提高，同时脲酶菌吸引土体和超细水泥中钙离子，以及赤泥粉中的钙离子，生成金属晶体，提高了土体的稳定性和抗压强度，减小高填方路基沉降的概率；2.在后处理浆料制备过程中，载体被油膜剂形成的油膜包覆，渗透组分与超细水泥颗粒之间的摩擦阻力减小，赤泥粉和矿化激发剂不易损耗；3.赤泥粉中的铁离子在土颗粒间起到润滑作用，便于后处理浆料向土体深处渗透；超细水泥固化过程中，土体中的氧气逐步消耗，土体处于还原环境中，结合了自由水的胶状三价铁离子被还原成二价铁离子，二价铁离子使土颗粒的双电层变薄，土颗粒易聚沉，加快了土体主固结沉降速度；在还原环境中，二价铁离子和三家铁离子混合物易沉降，在脲酶菌产生的二氧化碳作用下，形成碳酸铁晶体，提高了土体的抗压强度，减小高填方路基沉降的概率；4.亲油卤代烷与丙烯酰胺在引发剂作用下生成双亲性物质，亲油端亲附在油类物质上，亲水端远离油类物质，并吸附在载体上，形成油包物的结构，便于渗透组分起到润滑作用，从而增大了后处理浆料的渗透范围，土体强度提高，减小高填方路基沉降的概率。
具体实施方式
28.以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。
29.以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
30.超细水泥平均粒径4μm，最大粒径10μm；粉煤灰密度2.89g/cm3，细度19.2(45μm方孔筛)％；减水剂为聚羧酸高效减水剂；白油运动粘度8.12m2/s，闪点111℃，密度819m3/kg；4-巯基苯甲酸分子式c7h6o2s，纯度98％；球霰石粒径9-15μm，密度：2.4-2.5g/cm3；赤泥粉为拜耳法制备而来，粒度600目，三氧化二铁含量≥20％，氧化钙含量≥15％，氧化铝含量≥15％。氧化硅含量≥7％；尿素密度1.335g/cm3，含量99％，粒度600目；引发剂为碳酸钾。
31.制备例制备例1s1、称取0.6kg丙烯酰胺和10kg水混合均匀，调节剂调节ph值到7，磁力搅拌器搅拌30min，得到水相；s2、称取0.6kg的4-巯基苯甲酸和10.6kg白油，磁力搅拌30min，得到油相；s3、水相油浴搅拌升温至60℃，加入油相，高速剪切乳化20min，在氮气保护、20℃环境下加入0.2kg碳酸钾，将油浴的温度升温至90℃，回流反应6h，关闭油浴加热；s4、待油浴锅温度冷却至室温，对反应后的溶液进行离心(转速9500r/min)，将上清液60℃旋转蒸发6h，完全蒸发出水，即可制备出油膜剂；s5、将2kg赤泥粉与12kg球霰石混合均匀，放入2kg尿素，混合均匀后加入油膜剂，搅拌速度100转/min，搅拌20min得到渗透组分。
32.制备例2-制备例20与制备例1的区别在于：物料添加量不同，详见表1。
33.表1制备例的原料表(kg)
实施例
34.实施例1s1、将300kg超细水泥和140kg粉煤灰混合均匀，得到混料；s2、168kg水和1kg减水剂混合均匀，再加入15kg制备例1制备的渗透组分，得到混液；s3、将混液加入混料中，搅拌均匀得到后处理浆料。
35.实施例2-实施例15与实施例1的区别在于：各物料的添加量不同，详见表2。
36.实施例16s1、用工程钻机在新建或扩宽后的高填方路基的预定位置打孔，钻孔至预定深度
位置后形成注浆孔；s2、将钢质注浆管插入注浆孔，向注浆孔内投放粒径为5-30mm的碎石至孔口，此时碎石包围位于注浆孔中的钢质注浆管，振动使碎石振密；s3、预压浆补石，通过钢质注浆管向注浆孔中预注上述后处理浆料，随之沉降稳定后向注浆孔中补充上述碎石，直至碎石至注浆孔的孔口；s4、封孔，采用封孔材料封闭注浆孔；s5、通过钢质注浆管向注浆孔内压力灌注上述后处理浆料，采用分级升压注浆，第一次压浆压力为0.2-0.4mpa；第二次压浆压力为1-2mpa；第三次压浆压力为0.1-0.3mpa。
37.s6、养护；s7、采用梅花形布桩法重复s1-s6，在高填方路基周边土体依次进行后处理。
38.对比例对比例1本对比例与实施例2的区别在于：未添加粉煤灰。
39.对比例2-对比例9与实施例2的区别在于：依次添加制备例14-制备例20制备的渗透组分。
40.表2实施例与对比例的原料表(kg)
性能检测试验试验方法1.采用《jgj/t384-2016钻芯法检测混凝土抗压强度技术规程》中的方法对后处理路基进行钻芯取样，制得试验试样。
41.2.采用《jtge51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中“t0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法”的方法对试验方法1制得的试验试样进行7天无侧限抗压强度(mpa)测试，设置未处理的路基钻芯取样的样本为对照组，计算：无限侧抗压强度变化率(％)＝(后处理试样无限侧抗压强度-未处理试样无限侧抗压强度)/未处理试样无限侧抗压强度试验结果见表3。
42.3.借鉴《jtg e40-2007公路土工试验规程》中“t0107-1993环刀法”的方法对试验方法1制得的试验试样进行干密度(g/cm3)测试，设置未处理的路基钻芯取样的样本为对照组，计算：干密度变化率(％)＝(后处理试样干密度-未处理试样干密度)/未处理试样干密度试验结果见表3。
43.表3各实施例与对比例的试验结果数据表结合实施例1、实施例2和实施例3并结合表3，通过调整超细水泥、粉煤灰、水、减水剂和渗透组分的添加量，提高后处理浆料的渗透性和固化强度，从而提高钻芯取样的无限侧抗压强度，减少试样的含水率。
44.结合实施例2和对比例1并结合表3可以看出，粉煤灰的添加，提高了试样无限侧抗压强度。
45.结合实施例2和对比例2并结合表3可以看出，渗透组分的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率，从而使得试样的无限侧抗压强度变化率增加，干密度变化率增加。渗透组分包括油膜剂、球霰石、赤泥粉和尿素，四者与超细水泥配合使用，提高了后处理浆料的流动性和渗透率，从而提高了土体中后处理浆料占比，后处理浆料固化
后，土体的无侧限抗压强度。
46.结合实施例2、实施例4和实施例5并结合表3，通过调整后处理浆料中渗透组分的占比，提高后处理浆料的流动性和渗透率，从而提高土体试样的无侧限抗压强度。渗透组分包括油膜剂、球霰石、赤泥粉和尿素，且油膜剂包裹负载有赤泥粉和尿毒的球霰石，从而使得渗透组分起到润滑作用。结合表3可以看出，随着渗透组分添加量的增加，试验的无侧限抗压强度变化率先增加后减小，干密度变化率先增加后减小。随着渗透组分添加量的增加，后处理浆料易分层，均匀性降低，注浆时渗透组分不易携带超细水泥浆向土体内渗透，且渗透组分不易固化，试样无限侧抗压强度和干密度降低。
47.结合实施例2和对比例3并结合表3可以看出，渗透组分中添加油膜剂，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
48.结合实施例2、实施例6和实施例7并结合表3可以看出，随着油膜剂添加量的增加，试验的无侧限抗压强度变化率先增加后减小，干密度变化率先增加后减小。油膜剂包括白油、4-巯基苯甲酸、丙烯酰胺和碳酸钾，4-巯基苯甲酸与丙烯酰胺在碳酸钾引发下反应生产双亲性物质，4-巯基苯甲酸端吸附白油，丙烯酰胺端吸附球霰石，从而使油膜剂包裹球霰石。随着油膜剂添加量的增加，后处理浆料易分层，均匀性降低，注浆时渗透组分不易携带超细水泥浆向土体内渗透，且渗透组分不易固化，试样无限侧抗压强度和干密度降低。油膜剂包裹负载有赤泥粉和尿素的球霰石，油膜剂添加量增加，球霰石暴露的概率减小，赤泥粉、球霰石和尿素不易发挥作用，试样的无侧限抗压强度变化率和干密度变化率减小。
49.结合实施例2和对比例4并结合表3可以看出，油膜剂中白油的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
50.结合实施例2和对比例5并结合表3可以看出，油膜剂中4-巯基苯甲酸的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
51.结合实施例2和对比例6并结合表3可以看出，油膜剂中丙烯酰胺的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
52.结合实施例2、实施例8和实施例9并结合表3，通过调整白油、4-巯基苯甲酸、丙烯酰胺和碳酸钾的比例，提高后处理浆料的流动性和渗透率，从而提高土体试样的无侧限抗压强度。
53.结合实施例2、实施例10和实施例11并结合表3可以看出，随着白油添加量的增加，试样的无限侧抗压强度变化率先增大后减小，试样的干密度变化率先增大后减小。随着白油添加量的增加，部分白油未包裹球霰石，自由状态的白油在后处理浆料中分布，提高后处理浆料流动性的同时，提高了后处理浆料的离析率，减缓了后处理浆料的固化速率。
54.结合实施例2、实施例12和实施例13并结合表3可以看出，随着4-巯基苯甲酸添加量的增加，试样的无限侧抗压强度变化率先增大后减小，试样的干密度变化率先增大后减小。随着4-巯基苯甲酸添加量的增加，反应产物的亲水亲油平衡值改变，反应产物整体表现为亲水、亲水亲油、亲油的变化趋势，油膜剂随之变现为对球霰石的包裹率先增加后减小，从而使渗透组分表现为稳定性先提高后降低，后处理浆料对土体的增强效果先增加后减小。
55.结合实施例2、实施例14和实施例15并结合表3可以看出，随着赤泥粉添加量的增加，试样的无限侧抗压强度变化率先增大后减小，试样的干密度变化率先增大后减小。随着
赤泥粉添加量的增加，部分赤泥粉未吸附在球霰石上，赤泥粉吸油量增加，影响了油膜剂对球霰石的包覆效果和渗透组分的渗透率。
56.结合实施例2和对比例7并结合表3可以看出，球霰石的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
57.结合实施例2和对比例8并结合表3可以看出，赤泥粉的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
58.结合实施例2和对比例9并结合表3可以看出，尿素的添加，有效地提高了土体无限侧抗压强度，减少了试样的含水率。
59.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在高填方路基的预定位置钻注浆孔；s2、注浆孔内安装注浆管并投石振密；s3、预压浆补石；s4、封孔；s5、向注浆孔内压力灌注后处理浆料；s6、养护；s7、重复s1-s6，在高填方路基及周边土体依次进行后处理。2.根据权利要求1所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述后处理浆料包括以下重量份的原料：超细水泥300-340份；粉煤灰140-160份；水168-192份；减水剂1-4份；渗透组分15-34份。3.根据权利要求2所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述渗透组分包括油膜剂、载体、赤泥粉和矿化激发剂，所述油膜剂、载体、赤泥粉和矿化激发剂的重量比为（6-9）：6：（1-5）:1。4.根据权利要求2所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述油膜剂的制备包括以下原料：油类物质、亲油卤代烷、丙烯酰胺和引发剂，油类物质、亲油卤代烷、丙烯酰胺和引发剂的重量比为（53-77）：（3-9）：3:1。5.根据权利要求3所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述油类物质为白油。6.根据权利要求3所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述亲油卤代烷为4-巯基苯甲酸。7.根据权利要求3所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述油膜剂的制备包括以下步骤：s1、称取丙烯酰胺和水混合，调节ph值，搅拌得到水相；s2、称取4-巯基苯甲酸和油类物质，搅拌30min得到油相；s3、水相升温至60℃，加入油相，高速剪切乳化，在氮气保护、20℃环境下加入引发剂，升温至90℃，回流反应6h，停止加热；s4、冷却至室温，对反应后的溶液进行离心，将上清液蒸发至完全蒸发出水，即可制备出油膜剂。8.根据权利要求2所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述矿化激发剂为尿素。9.根据权利要求2所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，所述载体为球霰石。10.根据权利要求1所述的新建或拓宽高填方路基后处理方法，其特征在于，s5采用分级升压注浆工艺。

技术总结
本申请涉及高填方道路施工技术领域，具体公开了新建或拓宽高填方路基后处理方法。新建或拓宽高填方路基后处理方法包括以下步骤：S1、在高填方路基的预定位置钻注浆孔；S2、注浆孔内安装注浆管并投石振密；S3、预压浆补石；S4、封孔；S5、向注浆孔内压力灌注后处理浆料；S6、养护；S7、重复S1-S6，在高填方路基及周边土体依次进行后处理。本申请具有减小高填方路基沉降概率的效果。沉降概率的效果。


技术研发人员：李宏伟 王江涛 孟磊 刘士才 刘远明 杨传志 商积虎 赵琪 丁占胜 焉孟凡
受保护的技术使用者：山东高速工程建设集团有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/11