粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用.pdf

摘要以粉煤灰和固化剂为主要原料，开展了粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用研究，结合固化工艺原理，分析了建筑地基回填施工的固化原理。通过配比分析确定固化剂与粉煤灰的质量比为 15:100。根据建筑地基的地层结构，分析建筑地基的沉降情况。经过准备施工材料、施工放样和分层填筑煤灰地基等流程，制定了建筑地基回填施工方案，实现了建筑地基的回填施工。实例分析结果表明：本文所提技术在建筑地基回填施工中，养护 7 d 时的干密度低于养护 28 d 时，传感器采集到的建筑地基的压力强度均高于 34 MPa，经过 28 d 养护后，可以提高建筑地基的压力强度，保证拟建建筑地基的稳定性。关键词粉煤灰；固化原理；回填施工；建筑地基；配比分析；稳定性文章编号：1005-9598(2023)-05-0025-04中图分类号：X773文献标识码：A粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用熊琦，赵艳妨（安康职业技术学院，陕西安康 725000）收稿日期：2023-05-22基金项目：陕西省课题（2023SZX090）；安康职业技术学院校级课题（AZJKY2021007）第一作者：熊琦（1991），女，汉族，陕西安康人，讲师，硕士，2016 年研究生毕业于长安大学矿产普查与勘探专业，现从事土建、建筑工程技术方面的研究，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.05.006在大型建筑工程的地基施工中，受环境因素的影响，常常需要对建筑地基进行加固处理1-2。不同类型的地基加固技术具有各自的技术特征和应用领域。针对地质环境复杂、地基承载力和变形较大的建筑项目，其优化设计一般不单独采用一种方式，而是采用多项措施组合的综合治理方式3。其中地基回填施工是建筑工程中处理地基主要采用的方法。在建筑工程中，粉煤灰可用作水泥熟料、烧结砖、砂浆、加气混凝土的掺合料，可避免墙体开裂等现象。因此，将粉煤灰固化技术应用到建筑地基回填施工中具有重要的现实意义。本文以粉煤灰和固化剂为主要原料，通过配比分析确认了固化剂与粉煤灰的质量比，依据建筑地基的地层结构，探究了建筑地基的沉降状况，并制定了建筑地基回填施工方案，现介绍如下。1地基回填施工的原材料和固化原理1.1固化的原材料选用的粉煤灰来自某一热电厂，对粉煤灰的基本成分进行分析，结果见表 1。选用的固化剂来自某一建材公司，为无机固化剂，是由激发剂、增强剂和粉煤灰组成的胶结材料4，经过充分的球磨处理加工后5，可以激发出固化剂的活性，固化剂的主要化学成分见表2。1.2固化工艺原理固化粉煤灰的强度构成与混凝土凝固后的强度构成比较接近，两者的混合料经过充分搅拌后，在pH7 的碱性环境下，会发生化学反应，由矿物质组成的各种水合物在微细粒子的四周生成结晶状的水化物，由微小、水化的物质构成的胶态微粒，在分子的压力下，会聚集成一张网格，在发生化学反应的同时放出大量热量，在压力和温度的双重作用下，凝固成一张由化学键构成的网格，从而提高了混合料的密度，形成了致密、坚固的半硬板。引用格式：熊琦，赵艳妨.粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用J.煤化工，2023，51（5）：25-28.第 51 卷第 5 期2023 年 10 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.5Oct.2023表 1粉煤灰的基本成分（质量分数）单位：%SiO250.2Fe2O35.0烧失量5.0表 2固化剂的主要化学成分（质量分数）单位：%SO328.64CaO64.80MgO2.40SiO21.80Al2O327.4CaO4.2其他8.22023 年煤 化 工准备放样数据和计算程序开始核验是否有问题？测站点测量核验是否有问题？测放建筑物轮廊点线YYNN核验是否有问题？绘制交样单YN交样结束图 2建筑地基回填施工放样的流程示意图在粉煤灰中，存在大量焙烧后具有活化作用的氧化物，包括 SiO2、Al2O3、Fe2O3，这些氧化物的质量分数在 75%左右，同时还存在少量 CaO 等。由于 CaO 的含量偏低，因此粉煤灰的自凝性能很差6，呈现出较低的黏性，而固化剂中存在 CaO、硫酸盐、碱金属、氧化物等，与粉煤灰混合后，在含水量达到某一水平时，会产生水化作用。固化反应完成后，会产生一系列水化化合物，包括水化硅酸盐钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、低硫水化硫铝酸钙和高硫铝酸钙，这些水化化合物是不能溶解的稳定晶体，能在水和空气中逐步固化，并使搅拌中的固粒结合，获得更大的固粒，使其强度达到比单纯的粉煤灰更好的效果。2配比分析与沉降分析2.1固化剂与粉煤灰的配比分析在建筑地基回填施工前，对固化剂与粉煤灰的配比进行分析。将固化剂与粉煤灰的配比（质量比）分别设置为 6:100、9:100、12:100 和 15:100，分别在第 1周、第 2 周和第 4 周对固化剂与粉煤灰的混合料进行抗压强度实验，结果如表 3 所示。由表 3 可知：固化剂与粉煤灰的配比越大，抗压强度越大，因此，选择 15:100 的配比对建筑地基进行回填施工。2.2建筑地基的沉降分析在建筑工程施工过程中，地基很容易出现沉降，导致建筑的稳定性下降，建筑地基的地层结构示意图见图 1。如果忽略软弱下卧层以下部分的沉降，可以将建筑地基的沉降量分为三部分：一部分是由于施工结构的载荷而产生，另一部分是由于回填土本身的压力而产生，还有一部分是由于回填土的自身重量和构造负荷而产生，由此分析回填施工工艺。3回填施工工艺3.1施工材料通常情况下，采用堆灰场来储备施工材料。堆灰场应选用坚固的地表，以避免水土流失和土壤的污染。为了避免粉尘飞扬造成污染，堆灰车间应有喷洒水设备。回填施工时使用的粉煤灰水分应控制在 35%以内7，SiO2和 Al2O3的总质量分数需要高于 72%，且烧失量和细度分别控制在 10%和 15%以内。3.2施工放样在填埋粉煤灰之前，必须进行放样，并依据勘测组在重新标定时所打成的静桩或中线桩，结合地基的横截面和地势8，放出地基坡脚桩。然后用木桩进行加固，在距此桩 1.0 m1.5 m 处，设斜支护墩。进行土方开挖工程施工，其中一段长度为 20 m，该段区域需要进行边坡处理和护桩设置，然后按照土方开挖的方向，在土方开挖一条排水沟渠，在土方开挖 300 m 的地方形成一个出口，将建筑地基中的水分排出，同时防止出口附近的积水进入地基内部。建筑地基回填施工放样的流程示意图如图 2 所示。表 3抗压强度分析结果固化剂与粉煤灰质量比6:1009:10012:10015:100抗压强度/MPa第 1 周0.610.680.760.81第 2 周2.142.963.783.84第 4 周2.864.415.777.68回填层软弱下卧层建筑A建筑B建筑C图 1建筑地基的地层结构示意图26-第 51 卷第 5 期根据施工现场的放样情况，对建筑地基工程区域内的树木和灌木进行砍伐，对垃圾、有机物等进行清理，刨除草皮和腐殖土，铲除深度最好达到 10 cm，并将已清理的物料运输到建筑地基四周边缘以外的区域。对原有的地面进行压制，并重复操作 23 次。在采用粉煤灰对建筑地基回填前，必须用黏土拱土进行夯实。如果建筑地基是过于潮湿的土壤，需要用纯度5%的灰土粉进行养护。3.3分层填筑煤灰地基完成施工放样后，需要对黏土外包覆层进行填埋，并制作沙砾盲渠，具体步骤如下：步骤一：准备工作。（1）确定建筑地基回填工程的进度，通常以当天回填完毕为度。（2）准备回填所需的粉煤灰材料。步骤二：初期填土。为确保邻近工作区域的紧密性，初期填土部分按照 1:1 的斜率进行分级，梯级的高和宽分别为 30 cm 和 50 cm。步骤三：粉煤灰回填施工。（1）采用推土机回填时的松铺系数在 1.21.3，采用平地机械回填时的松铺系数在 1.11.2，地基回填土各层间的压实程度一般为 20 cm。（2）调节灰场后，将粉煤灰运输到施工现场进行回填碾压。（3）对于已经回填的粉煤灰，由于环境等原因会导致内部水分过多或过少，必须进行通风或喷淋后，再进行碾碎回填。步骤四：围岩边填筑和碾压。（1）粉煤灰的围岩边必须与粉煤灰同时进行填筑和碾压，但高度可以低于粉煤灰的一个层厚，在与粉煤灰的交界处形成高宽为 20 cm30 cm 的梯级。（2）在陶土护坡的基部布置一条长 5 m、宽 0.5 m 的碎石盲沟，在陶土地带形成1.0 m 厚度的包层。步骤五：粉煤灰运输和倒料。（1）用卡车将粉煤灰从物料仓库运输到地基上。（2）根据地基的厚度、松铺系数、地基宽度和车载方向等，分别计算出每车粉煤灰的空隙，并在地基上作出醒目的记号。（3）由专人负责倒料。步骤六：回填平整并碾压。（1）运输到地基附近的粉煤灰，首先用推土机进行平整回填，并稳定碾压一遍。（2）使用振动式压实机进行一次静压，经过平地机的翻转后，再使用压气机进行振动，通常为 68 次，直至没有任何明显的软痕为止。（3）建筑地基的碾压通常是由低到高、从侧面到中间逐层进行的。（4）建筑地基回填压实完成后，应及时进行压实检查，如果满足施工要求，就可以继续进行地基上层的回填。步骤七：粉煤灰的养护。（1）当粉煤灰的碾压强度满足回填施工规定后，如果不能及时铺设建筑地基的上部，则应禁止或限制其他工程项目的施工。（2）适当喷洒水以避免地基表面干燥疏松。（3）在铺设上部时，要注意对卸载物料的车辆和行车的方向进行调整，不要在底层的灰面上调转，否则会导致压实层松动。（4）当粉煤灰地基长期无法进行施工时，必须对地基进行表土封堵，并设置横坡，便于建筑地基的排水。步骤八：地基检测与修补。（1）在铺筑到建筑地基顶部 30 cm 时，必须对地基高度进行检测，发现与图纸不符的地方应马上进行修补。（2）地基底部 30 cm处，以质量分数 10%的粉煤灰充填。（3）充填时首先用粉煤灰回填 15 cm，然后再用黏土进行 15 cm 的预压，压实至沟渠底部的高度，并做成 2%的横坡度。（4）如果开挖深度低于 15 cm，则所有未开挖的部位都要用石灰土进行调整。根据以上分析，制定了建筑地基回填施工的具体方案，如图 3 所示。4实例分析4.1工程概况建筑地基回填施工结束后，为了验证本文所提技术的可行性，以某建筑地基回填施工工程为研究对象，该工程区域内拟建的建筑有商铺、高层住宅和幼儿园等，工程的东侧和南侧是已经建设完成的城市道路，北侧为已经开始建设的地块。建筑地基回填施工结束后，为了确保回填施工的均衡性，需要在回填面上布置压力传感器，以采集建筑地基的压力强度和压实度数据，为建筑地基的稳定性提供可靠的支撑。4.2结果分析建筑地基回填施工结束后，分别测试养护 7 d 和28 d 时建筑地基的干密度，结果如图 4 所示。从图 4可以看出：采用本文所提技术对建筑地基回填后，经过 7 d 和 28 d 的养护，可以将建筑地基的干密度控制在 1.2 g/cm31.6 g/cm3，而且养护 7 d 时的干密度低于养护 28 d 时的干密度，即经过 28 d 的养护，可以大大提高建筑地基的稳定性。填筑黏性土外包层分层填筑粉煤灰填筑黏性土拱施工放样清理场地处理地基底板粉煤灰等材料准备制作盲渠填筑石灰土填筑黏性土进行预压图 3建筑地基回填施工方案熊琦等：粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用27-2023 年煤 化 工Application of fly ash solidification technology in building foundation backfill constructionXiong Qi,Zhao Yanfang(Ankang Vocational and Technical College,Ankang Shaanxi 725000,China)AbstractTaking fly ash and curing agent as the main raw materials,the application of fly ash solidification technologyin the backfill construction of building foundation was carried out.Combined with the solidification process principle,thesolidification principle of building foundation backfill construction was analyzed.Through the ratio analysis,the mass ratio ofcuring agent to fly ash was determined as 15:100.According to the stratum structure of the building foundation,the settlementof building foundation was analyzed.After preparation of construction materials,construction setting out and layered filling ofcoal ash foundation,the backfill construction scheme of building foundation was formulated and the backfill construction ofbuilding foundation was realized.The practical analysis results showed that when the proposed technology was applied in thebackfill construction of building foundation,the dry density at 7 d curing was lower than that at 28 d curing,and the pressurestrength of the building foundation collected by the sensor was higher than 34 MPa.After 28 d curing,the pressure strength ofthe building foundation could be improved and the stability of the proposed building foundation could be guaranteed.Key wordsfly ash;solidification principle;backfill construction;building foundation;ratio analysis;stability不同养护期建筑地基的压力强度测试结果见图5。从图 5 可以看出：采用本文所提技术对建筑地基进行回填施工时，传感器采集到的建筑地基的压力强度均高于 34 MPa，养护 7 d 后，各个监测点的压力强度不够均衡，养护 28 d 后，各个监测点的压力强度比较均衡，说明经过 28 d 的养护后，可以提高建筑地基的压力强度，保证拟建建筑的稳定性。5结语本文提出了粉煤灰固化技术在建筑地基回填施工中的应用研究，通过实例分析发现：采用该技术可以提高建筑地基的干密度和压力强度，经过 28 d 的养护，可以提高建筑地基的稳定性和强度，保证拟建建筑的安全稳定。但本文的研究还存在诸多不足，在今后的研究中，可针对建筑地基回填施工的养护周期作深入研究，尽量在最短的养护周期内，提升建筑地基的稳定性。参考文献：1 翟聚云，樊姝芳，言志信，等.建筑垃圾膨胀土回填地基工程特性及应用研究J.西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2020，52（3）：321-327.2 张海林.固化粉煤灰在台背回填中的应用研究J.山西交通科技，2021（4）：8-10.3 王媛，阚敦莉，徐斌，等.远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析J.建筑结构，2020，50（20）：44-48.4 冉新，陈娇，袁江山，等.固化材料在碱激发垃圾焚烧飞灰中的应用J.非金属矿，2022，45（2）：94-98.5 史佳欢，于云鹤，李向东，等.超大体量防微振动素混凝土换填地基施工技术研究及应用J.建筑结构，2022，52（S1）：3115-3118.6 张俊儒，史博然，汪家雷，等.塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”施工力学及安全分析J.中国公路学报，2021，34（6）：109-124.7 廖雄飞，王婧，张璟泓.工程弃土的陆域回填再利用技术J.水运工程，2021（7）：185-191.8 吴良良.剧院坑中坑狭窄肥槽回填预拌流态固化土施工技术J.建筑技术，2022，53（5）：585-587.2.01.81.61.41.21.00.8123456780监测点荫音荫荫荫荫荫荫音音音音音音音音养护 7 d荫养护 28 d图 4不同养护期建筑地基的干密度测试结果荫40383634323028123456780监测点荫音荫荫荫荫荫荫音音音音音音音音养护 7 d荫养护 28 d图 5不同养护期建筑地基的压力强度测试结果荫28-