CN103233454A - 湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，步骤包括：步骤1.在预压区的湿陷性黄土地层中制得桩管，每个桩管内埋置一注浆钢管，并在注浆钢管外周灌入砂形成砂桩，通过砂桩注水，在所有砂桩上端铺设砂垫层同时布设真空抽气管；步骤2.在预压区四周开挖密封沟，在砂垫层上依次铺设第一层土工布、密封膜和第二层土工布，回填粘土层及堆载体；向砂桩湿陷性黄土地基再次注水；地基饱和后进行抽真空，在堆载真空预压作用下地基完成固结变形；步骤3.挖除堆载体并拆除地表上的设备，给注浆钢管内注入水泥浆，拔出注浆钢管形成注浆砂桩即成。本发明的方法对湿陷性黄土地基的处理效果更好。

Description

湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，涉及一种湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法。

背景技术

湿陷性黄土是一种欠压密、高孔隙比及大孔隙和垂直节理发育的特殊土。在一定压力下受水浸湿后土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，对工程建设危害性大。因此，在湿陷性黄土地区进行建设，对建筑物地基需要采取处理措施，以改善土的物理力学性质，减小或消除黄土地基的湿陷变形，保证建筑物安全使用。

黄土地基的处理目的是全部或部分消除湿陷性。一是消除地基的全部湿陷变形量，使处理后的地基变为非湿陷性黄土地基，或采用深基础、桩基础穿透全部湿陷性黄土层，使上部荷载通过深基、桩基等转移至压缩性低的非湿陷性土（岩）层上，防止地基产生湿陷；二是消除地基的部分湿陷量，减小拟处理地基的总湿陷量，控制下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不大于设计规定的数值。

现有的湿陷性黄土地基的处理方法很多，主要包括换土垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法或孔内深层夯实法等，表1列出了现有几种处理方法的使用范围及主要参数。

其中的换土垫层法、强夯法、挤密法通常适用于湿陷性土层在10m以下的浅层地基工程；孔内深层夯实处理方法，也即DDC处理方法，它综合了重锤夯实、强夯、土桩等地基处理技术的优点来完成对深厚层湿陷性黄土地基及其他软弱地基的加固处理。

表1湿陷性黄土地基的常用的处理方法

其中的成孔挤密处理方法综合了排水固结、土桩等地基处理技术的优点进行地基处理。预浸水法是通过工程措施，针对湿陷土层本身进行处理，适用于处理自重湿陷性黄土地基，可以处理厚度10m以上的湿陷性黄土地基，但缺点是只能消除地表6m以下土层的湿陷性，对于表层6m范围内的土层还具高压缩性，并且造价较高、工期耗时长，空旷的新建地区较为适用。灌注桩法，其不是消除湿陷性土层本身的湿陷性，而是使建筑物基础穿透湿陷性黄土层，将上部荷载通过桩尖或扩大头传递于湿陷土层以下的持力土层上，达到躲过湿陷性黄土层的目的，该方法避过了湿陷性土层，相对来说比较安全可靠，所以被广泛应用于比较重要的独立建筑物的基础处理；但缺点是，该方法要求必须有可靠的持力层，若湿陷性土层厚度深，则相应所需的桩就比较长，投资费用较大。

近些年来，随着建设用地日趋紧张，许多大型工程建设项目不得不建造在大厚度的湿陷性黄土场地上，因而地基处理的深度和难度越来越大，完全消除这些土层的湿陷性或彻底穿透湿陷土层需要花费很大代价。因此，深厚湿陷性黄土地基处理不可能单以某一种地基处理措施作为首选方案，应综合考虑多种湿陷性黄土地基处理方法的特点，选取省时省力效果好的地基处理措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，解决了现有技术对于湿陷性黄土地基处理效果不理想，成本高，周期长，复合地基的承载力不能满足技术要求的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，该方法按照以下步骤实施：

步骤1，在选定的预压区范围的湿陷性黄土地层中开挖桩管，在每个桩管内埋置一个注浆钢管，使得注浆钢管位于桩管的轴心线上，并在注浆钢管外周灌入砂形成砂桩，将注浆钢管顶部孔口封闭；

当所有砂桩制成以后，通过砂桩注水，浸水饱和湿陷性黄土地基，消除地基黄土的自重湿陷性；在所有砂桩上端水平铺设砂垫层，同时在砂垫层中水平布设真空抽气管；

步骤2，在预压区四周开挖密封沟，在砂垫层上表面铺设第一层土工布，由密封沟沟底向上直至砂垫层上表面全部铺设密封膜；在密封沟中铺设的密封膜上回填粘土层；将真空抽气管主接头穿出密封膜与抽真空装置连接，在第一层土工布上方的密封膜上铺设第二层土工布，在第二层土工布上覆土构成堆载体，同时在密封膜的斜面上贴坡铺设填土层；

将真空抽气管与注水装置连接，通过真空抽气管向砂桩湿陷性黄土地基再次注水，饱和地基；地基饱和后，重新将真空抽气管与抽真空装置连接，进行抽真空，加速地基排水固结，在堆载抽真空作用下消除地基黄土的湿陷性，直至固结达到技术要求；

步骤3，挖除堆载体并拆除地表上的相关设备，给注浆钢管内注入水泥浆，形成水泥砂浆胶结体，再缓慢拔出注浆钢管，形成注浆砂桩，即成为复合地基。

本发明的有益效果是，结合了砂桩法、预浸水法、真空预压加固法、以及注浆加固法的优点，针对黄土本身具有的大孔隙、湿陷性、结构性的特点，通过砂桩浸水加速了自重湿陷性黄土发展；通过堆载真空预压，增大了黄土湿陷变形压缩应力，提高了黄土湿陷变形和压密变形发展的水平；通过砂桩注浆，形成了水泥胶结砂土桩体的复合地基，提高了黄土复合注浆砂桩地基的承载力，能够有效的综合处理深厚湿陷性黄土地基。本发明方法施工简便，尤其适用于公路、铁路路堤湿陷性黄土地基的加固治理。

附图说明

图1是本发明方法的地基处理整体结构示意图；

图2是本发明方法的密封膜7的局部密封结构示意图。

图中，1.湿陷性黄土地层，2.注浆钢管，3.砂桩，4.砂垫层，5.真空抽气管，6.第一层土工布，7.密封膜，8.第二层土工布，9.填土层，10.粘土层，11.抽真空装置，12.堆载体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明的湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，按照以下步骤实施：

步骤1，在选定的预压区范围的湿陷性黄土地层1中沉入桩管成孔（或者钻挖成孔）制得桩管，在每个桩管内埋置一个注浆钢管2，使得注浆钢管2位于桩管的轴心线上，并在注浆钢管2外周灌入砂形成砂桩3，将注浆钢管2顶部孔口封闭；当所有砂桩3制成以后，通过砂桩3注水，浸水饱和湿陷性黄土地基，促使地基发生自重湿陷变形，消除地基黄土的自重湿陷性；在所有砂3上端水平铺设砂垫层4，同时在砂垫层4中水平布设真空抽气管5；

步骤2，在预压区四周开挖密封沟，在砂垫层4上表面铺设第一层土工布6，由密封沟沟底向上直至砂垫层4上表面全部铺设密封膜7（密封膜7根据需要铺设一层或两层）；在密封沟中铺设的密封膜7上回填（密封槽夯）粘土层10；将真空抽气管5主接头穿出密封膜7与抽真空装置11连接并试抽真空，试抽真空检测正常后在第一层土工布6上方的密封膜7上铺设第二层土工布8，在第二层土工布8上覆土构成堆载体12，同时在密封膜7的斜面上贴坡铺设填土层9；

将真空抽气管5与注水装置连接，通过真空抽气管5向砂桩湿陷性黄土地基再次注水，饱和地基；地基饱和后，重新将真空抽气管5与抽真空装置11连接，进行抽真空，加速地基排水固结，在堆载抽真空作用下消除地基黄土的湿陷性，直至固结达到技术要求；

步骤3，挖除堆载体12并拆除地表上的相关设备，给注浆钢管2内注入水泥浆，形成水泥砂浆胶结体，再缓慢拔出注浆钢管2，形成注浆砂桩，即成为复合地基。

本发明的湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，综合采用砂桩法、预浸水法、堆载真空预压法以及注浆加固法的技术措施。首先，整平处理地基表面进行砂桩布置，沉管打桩机在设计桩位定位，地层中沉入桩管，达到预设深度后拔出桩管形成桩孔；桩孔的间距和排布方式应依据被处理地基承载要求确定；然后，在每个桩孔内定位一根注浆钢管2，注浆钢管2顶部密封，在桩孔内贯入砂，振捣密实，形成砂桩3，沉管打桩机移至下一桩位处继续成孔，填筑砂桩3；当所有桩成以后，在所有砂桩内浸水，饱和湿陷性黄土地基，消除湿陷性黄土内部基质吸力作用，破坏湿陷性黄土天然结构，降低黄土的结构强度；地基湿陷变形稳定后，在砂桩顶表面铺设砂垫层4及真空抽气管5；真空抽气管5网系统采用主管沿加固区环形布置、支管利用三通或四通接头垂直主管向两侧伸出的形式埋入砂垫层4，真空抽气管5的上、下方砂垫层4厚度优选25cm。第三，砂垫层4上铺设第一层土工布6，第一层土工布6覆盖住砂垫层4，第一层土工布6展开平铺，接缝处粘结，或者缝接，铺设范围略大于加固区范围；铺设密封膜7，铺膜前检查第一层土工布6的平顺性，然后将一层（或者两层）密封膜7依次铺放覆盖整个预压区；在加固区周边开挖密封沟，密封膜伸入密封沟中，通过回填粘土层10密封被加固区周边；试抽真空检验密封效果合格后，铺设第二层土工布8；密封沟开挖深度视土层性质而定，一般不小于1.5m；第二层土工布8展开平铺，接缝处粘结，或者缝接，铺设范围亦略大于加固区范围；第二层土工布8覆盖堆载体12。第四，通过真空抽气管5向砂垫层4及被加固湿陷性黄土地基注水，再次浸水饱和地基。第五，再将真空抽气管5主接口出膜后与抽真空装置连接，出膜连接必须牢固，密封可靠；进行抽真空，促使地基固结变形，提高地基土密实度。第六，真空预压固结完成后，挖出堆载体12，通过注浆钢管2向砂桩内灌入水泥砂浆，构筑形成注浆砂桩。

本发明方法的工作原理是，

1）砂桩具有桩体加强作用和加速浸水渗透作用：一方面通过砂桩对地基中欠压密的黄土层进行了部分置换，由砂桩与其周围黄土形成了砂桩复合地基，共同承担上部荷载，提高地基承载力和整体稳定性；砂桩置换湿陷性黄土，部分消除了黄土地基的湿陷性，砂桩对其周围土体的挤压作用，亦可部分消除黄土地基的湿陷性，从而提高黄土地基的承载力；另一方面，砂井在黄土地层中能够形成排水通道，加速了黄土地基浸水渗透饱和，亦加速了地基排水固结。

2）堆载真空预压具有增大地基湿陷和压密压缩应力的作用：堆载增加了浸水饱和湿陷性黄土地基的附加压力；抽真空使得大气压力直接作用于被加固地基上，增大了地基土的有效压缩应力，初始湿陷性黄土产生更大的湿陷变形和压密变形；抽真空使得预压土体中的孔隙水压力分布不平衡，饱和黄土中的水向砂桩及地层表面加速渗透，加速了黄土固结变形发展

3）注浆砂桩的桩体作用：通过预埋的注浆钢管，向砂桩内注入水泥浆，胶结形成了注浆砂桩；注浆砂桩与浸水、堆载真空预压消除了湿陷性的黄土构成了复合地基；注浆砂桩较其周围消除湿陷性的黄土具有更大承载里，在地基中可以分担更大的荷载，具有明显的桩体作用。

Claims (2)

1.一种湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，其特点在于，该方法按照以下步骤实施：

步骤1，在选定的预压区范围的湿陷性黄土地层（1）中制得桩管，在每个桩管内埋置一个注浆钢管（2），使得注浆钢管（2）位于桩管的轴心线上，并在注浆钢管（2）外周灌入砂形成砂桩（3），将注浆钢管（2）顶部孔口封闭；

当所有砂桩（3）制成以后，通过砂桩（3）注水，浸水饱和湿陷性黄土地基，消除地基黄土的自重湿陷性；在所有砂桩（3）上端水平铺设砂垫层（4），同时在砂垫层（4）中水平布设真空抽气管（5）；

步骤2，在预压区四周开挖密封沟，在砂垫层（4）上表面铺设第一层土工布（6），由密封沟沟底向上直至砂垫层（4）上表面全部铺设密封膜（7）；在密封沟中铺设的密封膜（7）上回填粘土层（10）；将真空抽气管（5）主接头穿出密封膜（7），在第一层土工布（6）上方的密封膜（7）上铺设第二层土工布（8），在第二层土工布（8）上覆土构成堆载体（12），同时在密封膜（7）的斜面上贴坡铺设填土层（9）；

将真空抽气管（5）与注水装置连接，通过真空抽气管（5）向砂桩湿陷性黄土地基再次注水，饱和地基；地基饱和后，重新将真空抽气管（5）与抽真空装置（11）连接，进行抽真空，加速地基排水固结，在堆载抽真空作用下消除地基黄土的湿陷性，直至固结达到技术要求；

步骤3，挖除堆载体（12）并拆除地表上的相关设备，给注浆钢管（2）内注入水泥浆，形成水泥砂浆胶结体，再缓慢拔出注浆钢管（2），形成注浆砂桩，即成为复合地基。

2.根据权利要求1所述的湿陷性黄土地基的砂桩浸水真空预压及注浆处理方法，其特点在于：所述的真空抽气管（5）上、下方的砂垫层（4）厚度优选25cm。

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