本发明涉及建筑地基基础工程、地下工程技术领域，具体涉及一种早强防渗型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法。
背景技术：
水泥土搅拌桩复合地基，又称之为深层搅拌法，它是以水泥作为固化剂的主要材料，通过深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌形成水泥土加固体。水泥土加固体可以与加固体之间的土体共同构成具有较高竖向承载力的复合地基，也可以用于基坑工程止水帷幕墙、工法桩围护挡墙、垃圾填埋场防渗墙等地下工程。水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土(软塑、可塑)、粉土(稍密、中密)、粉细砂(松散、中密)、中粗砂(松散、稍密)、饱和黄土等土层。
对于现有的水泥土搅拌桩，主要采用常规的水泥浆材、石灰浆材，其浆材与地基土搅拌成桩后，桩身无侧限抗压强度较低(7d龄期强度不足0.3mpa，28d龄期强度不足1.5mpa)，其抗拉、抗剪强度都比较低，水平承载能力也较弱，桩体抗渗能力较差(28d龄期水泥土渗透系数为10-5-10-7cm/s)。作为复合地基竖向增强体时，其竖向承载力及抗变形能力有限；作为基坑工程的止水帷幕时，其水平承载能力存在不足；作为垃圾填埋场防渗墙工程时，其抗渗能力明显不足。本发明专利属于国家自然科学基金项目(项目编号：51678083)资助研究成果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种早期强度高、抗渗效果好的早强防渗型水泥基浆材及其制备方法与搅拌桩施工方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种早强防渗型水泥基浆材，包括如下重量份组分：水泥180-300份、粉煤灰160-220份、硅粉10-30份、聚羧酸减水剂0.3-0.7份、钠羧甲基纤维素1.2-3.0份、硫酸铝0.8-2.0份、水玻璃15-30份、水175-330份。
进一步，所述水泥为42.5级或52.5级的硅酸盐水泥。
进一步，所述粉煤灰为火电厂生产的ⅰ级或ⅱ级粉煤灰。
进一步，所述硅粉为冶金厂生产硅铁过程中的副产品，经冷凝而成的细球粒状颗粒，其中sio2质量占硅粉质量的80％-90％、颗粒直径80-120目。
进一步，所述聚羧酸减水剂为pca-300p型减水剂，选用pca-300p型聚羧酸减水剂，用于阻止水泥颗粒因聚结所形成的网状结构，改善水泥颗粒与水接触的水化条件，增加浆液的流动性。
进一步，所述钠羧甲基纤维素相对分子质量为242.16，所述硫酸铝为无水硫酸铝，选用钠羧甲基纤维素及硫酸铝用来改善搅拌桩中地基土的特性，以降低桩体的渗透系数。
进一步，所述水玻璃为模数2.6-3.3、水玻璃的密度为1.3-1.4g/cm3，选用水玻璃作为促凝剂，可使水泥土快速稠化固相，并且水玻璃与硫酸铝共同作用，可大幅度提高搅拌桩水泥土加固体的早期强度。
进一步，所述水为自来水。
一种早强防渗型水泥基浆材的制备方法，包括如下步骤：
(1)取钠羧甲基纤维素1.2-3.0份，加入12-30份水溶解；
(2)取聚羧酸减水剂0.3-0.7份，加入10份水溶解；
(3)取硫酸铝0.8-2.0份，加入8-20份水溶解；
(4)取水玻璃15-30份，加入水稀释；
(5)取水泥180-300份、粉煤灰160-220份、硅粉10-30份混合均匀后加入余量水，搅拌均匀，然后加入步骤(1)配置的钠羧甲基纤维素溶液，搅拌均匀，继续加入步骤(2)配置的聚羧酸减水剂溶液及步骤(3)配置的硫酸铝溶液，搅拌均匀，最后加入步骤(4)稀释后的水玻璃溶液，搅拌均匀，得到早强防渗型水泥基浆材。
进一步，步骤(4)中所述水玻璃与所述水重量份比为1:1-2。
一种早强防渗型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，利用搅拌桩机就地搅拌，将早强防渗型水泥基浆材与被处理软土地基搅拌形成水泥土加固体。
进一步，所述搅拌桩机为双轴机型、三轴机型、五轴机型中任一种。
进一步，所述早强防渗型水泥基浆材中水泥的重量占所述被处理软土地基重量的12％-25％。
进一步，所述水泥土加固体为柱状、壁状、格栅状、块状中任一种，搅拌桩的桩长可根据机械设备能力、土层及工程需要确定，以满足复合地基承载力和变形的要求，或满足止水帷幕墙的抗渗设计要求。
本发明的有益效果：
(1)本发明的早强防渗型水泥基浆材，其制备方法简单，所用材料成本低且无环境污染，具有推广应用价值；
(2)本发明的早强防渗型水泥基浆材的搅拌桩施工方法，方便操作，采用常规的搅拌桩机，无需投入新的施工设备，且适用于地基土种类比较广泛，所形成搅拌桩的水泥土加固体早期强度高、抗渗效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细阐述：
实施例1
某基坑止水帷幕工程，基坑挖深9m，主要为淤泥质土、黏性土、粉土、粉细砂、中粗砂等土层，采用三轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩作为基坑止水帷幕墙，搅拌桩桩长为18m，设计要求搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到0.8mpa以上，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.0mpa以上，28d龄期的渗透系数低于0.85×10-8cm/s。
根据上述设计要求，制备早强防渗型水泥基浆材，取如下重量份组分：230份42.5级硅酸盐水泥、180份火电厂生产的ⅱ级粉煤灰、15份sio2含量80％，颗粒直径为80目的硅粉、0.5份pca-300p型减水剂、2.0份钠羧甲基纤维素、1.4份无水硫酸铝、22份模数2.6、密度1.3g/cm3的水玻璃、228份自来水。
施工现场进行早强防渗型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取2.0份钠羧甲基纤维素，加入20份自来水溶解；(2)取0.5份pca-300p型减水剂，加入10份自来水溶解；(3)1.4份无水硫酸铝，加入14份自来水溶解；(4)取22份模数2.6、密度1.3g/cm3的水玻璃，加入30份自来水稀释；(5)取230份42.5级硅酸盐水泥、180份火电厂生产的ⅱ级粉煤灰、15份sio2含量80％、颗粒直径为80目的硅粉加入容器中混合均匀后加入154份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的钠羧甲基纤维素溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入步骤(2)配置的聚羧酸减水剂溶液及步骤(3)配置的硫酸铝溶液，搅拌5分钟至均匀状态，最后加入步骤(4)稀释后的水玻璃溶液，搅拌5分钟至均匀状态，得到早强防渗型水泥基浆材。
在施工现场进行早强防渗型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将三轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制早强防渗型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的18％，将制备好的早强防渗型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
现场采取7d龄期、28d龄期的搅拌桩水泥土试样，采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用tst-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数，经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到了1.0mpa，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.2mpa、28d龄期的渗透系数为0.62×10-8cm/s，均满足了该基坑工程的设计要求。
实施例2
某垃圾填埋场防渗工程，垃圾填埋高度为10m，场地地基自地面以下主要为淤泥质土、黏性土、粉土、细砂等土层，选用五轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩作为垃圾填埋场防渗墙，桩搅拌桩桩长为20m，设计要求搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到0.5mpa以上，28d龄期的无侧限抗压强度达到1.5mpa以上，28d龄期的渗透系数低于1.0×10-7cm/s。
根据上述设计要求，制备早强防渗型水泥基浆材，取如下重量份组分：180份42.5级硅酸盐水泥、220份火电厂生产的ⅱ级粉煤灰、10份sio2含量85％，颗粒直径为120目的硅粉、0.3份pca-300p型减水剂、3.0份钠羧甲基纤维素、2.0份无水硫酸铝、15份模数3.0、密度1.4g/cm3的水玻璃、175份自来水。
施工现场进行早强防渗型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取3.0份钠羧甲基纤维素，加入30份自来水溶解；(2)取0.3份pca-300p型减水剂，加入10份自来水溶解；(3)2.0份无水硫酸铝，加入20份自来水溶解；(4)取15份模数3.0、密度1.4g/cm3的水玻璃，加入15份自来水稀释；(5)取180份42.5级硅酸盐水泥、220份火电厂生产的ⅱ级粉煤灰、10份sio2含量85％、颗粒直径为120目的硅粉加入容器中混合均匀后加入100份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的钠羧甲基纤维素溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入步骤(2)配置的聚羧酸减水剂溶液及步骤(3)配置的硫酸铝溶液，搅拌5分钟至均匀状态，最后加入步骤(4)稀释后的水玻璃溶液，搅拌5分钟至均匀状态，得到早强防渗型水泥基浆材。
在施工现场进行早强防渗型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将五轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制早强防渗型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的12％，将制备好的早强防渗型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
现场采取7d龄期、28d龄期的搅拌桩水泥土试样，采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用tst-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数，经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到0.8mpa，28d龄期的无侧限抗压强度达到1.8mpa、28d龄期的渗透系数为0.45×10-7cm/s，均满足该垃圾填埋场防渗工程设计要求。
实施例3
某建筑地基加固工程，场地地基主要为淤泥质土、黏性土、粉土、中粗砂等土层，选择双轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩对该场地软土地基进行加固处理，搅拌桩桩长为22m，设计要求搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到0.8mp以上，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.0mpa以上，28d龄期的渗透系数低于1.0×10-8cm/s。
根据上述设计要求，制备早强防渗型水泥基浆材，取如下重量份组分：300份52.5级硅酸盐水泥、160份火电厂生产的i级粉煤灰、30份sio2含量90％，颗粒直径为100目的硅粉、0.7份pca-300p型减水剂、1.2份钠羧甲基纤维素、0.8份无水硫酸铝、30份模数3.3、密度1.4g/cm3的水玻璃、330份自来水。
施工现场进行早强防渗型水泥基浆材的制备，制备方法如下：(1)取1.2份钠羧甲基纤维素，加入12份自来水溶解；(2)取0.7份pca-300p型减水剂，加入10份自来水溶解；(3)0.8份无水硫酸铝，加入8份自来水溶解；(4)取30份模数3.3、密度1.4g/cm3的水玻璃，加入60份自来水稀释；(5)取300份52.5级硅酸盐水泥、160份火电厂生产的i级粉煤灰、30份sio2含量90％、颗粒直径为100目的硅粉加入容器中混合均匀后加入240份自来水，搅拌10分钟至均匀状态，然后加入步骤(1)配置的钠羧甲基纤维素溶液，搅拌5分钟至均匀状态，继续加入步骤(2)配置的聚羧酸减水剂溶液及步骤(3)配置的硫酸铝溶液，搅拌5分钟至均匀状态，最后加入步骤(4)稀释后的水玻璃溶液，搅拌5分钟至均匀状态，得到早强防渗型水泥基浆材。
在施工现场进行早强防渗型水泥基浆材搅拌桩的制作，其施工步骤如下：(1)将双轴搅拌桩机移动到指定桩位；(2)启动搅拌桩机，控制早强防渗型水泥基浆材中水泥的重量占被处理软土地基重量的25％，将制备好的早强防渗型水泥基浆材与软土地基搅拌形成水泥土加固体。
现场采取7d龄期、28d龄期的搅拌桩水泥土试样，采用电子万能实验压缩机测试水泥土试样的强度指标，采用tst-55型变水头渗透仪测试水泥土试样的渗透系数。经测试所制成的搅拌桩水泥土加固体7d龄期的无侧限抗压强度达到1.2mpa，28d龄期的无侧限抗压强度达到2.6mpa、28d龄期的渗透系数为0.87×10-8cm/s，均满足该建筑地基加固工程设计要求。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。