CN109024126A - 用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法，解决现有技术中向路基中注水的管道会被堵塞的技术问题。该用于修复黄土路基的套管包括底端封闭顶端开口的外套管，外套管内设有注水管，注水管包括注水孔段，注水孔段的管壁上设有多个注水孔，注水孔段外包覆有纱网，外套管和注水管之间设有防脱离结构，当套管沿钻好的孔下沉时，注水孔段被外套管保护，避免下沉过程中注水孔段上的注水孔被泥土堵塞，当注水时，纱网可保护注水孔段，防止孔中的泥浆堵塞注水孔。本发明用于修复黄土路基的方法根据路基需要下沉的位置和高度，计算需要向路基注入的水量、套管的布置间距和范围，可主动控制黄土路基的下沉高度。

Description

用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法

技术领域

本发明涉及公路维护技术领域，具体涉及一种用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法。

背景技术

筑路工程的路基修建中，很多时候规划的路线所在的地面高低不平，各路段存在落差，并不能直接作为路基，需要对原地面低处进行填方，从而将规划的路线修成平坦的路基。

在路基施工完成后，一方面受地质、地形、水文及气候等自然环境影响，另一方面也受到路基自身荷载和车辆动载的作用，导致路基一般都会有一定的自然沉降。对于路基的下沉，如果路基整体沉降，且下沉数据一致的话，则并不会影响路面使用，但实际上多数公路的下沉量是不一致的，特别是在填土或填石高度较大的高填方区段，原地面的土体路基通车后沉降较小，而高填方路基通车后沉降经常发生且不可控，导致原地面的土体路基和高填方路基之间出现较大的沉降差，路基差异沉降会影响路面使用质量，引起路面平整度、标高指标变化，甚至会引起路面开裂网裂等病害。

对于发生沉降差的路基，后期需要修复维护才能使道路继续使用，目前，国内外的路基沉降控制理念，主要集中在高填方路基下沉后的“补差”，路基下沉一点需要补上一点，这种方式需要长期、反复进行，施工较为被动，费工、费力且严重影响正常通行。

在我国西北黄土地区，路基渗透性远较水平方向大，各向抗剪强度有明显差别，易遭冲刷和冲蚀，具有湿陷性质，道路更加容易发生沉降差导致无法继续通行。

公开号为CN105970911A的中国发明专利记载了一种大厚度湿陷性黄土的处理方法，其步骤为：1)在土层中沉入小直径钢护筒形成桩孔，桩孔的深度等于或者小于湿陷性黄土地层的厚度；2)在桩孔内插入①1-6根排水板或②带有多个排水孔的中空水管或③带有多个喷嘴的中空钢管至桩孔底端；3)重复进行步骤1)和2)直至整个场地内布满有注水装置的桩孔；4)向桩孔内的注水装置中注水或者加压注水，使湿陷性黄土在浸水后进行自重湿陷性沉降；5)对地基土体的湿陷性沉降量进行观测记录，直至地基土体的湿陷变形稳定；6)采用填料挤密法或者强夯法对地基上层土体进行加固处理。

该专利文献记载了在黄土路基上钻孔后插入带有多个排水孔的中空水管，然后通过中空水管向路基中注水，从而使湿陷性黄土在浸水后进行自重湿陷性沉降。该过程存在以下问题：(一)黄土在沉降过程中，中空水管周围充满泥土，会导致中空水管上的排水孔堵塞而无法继续注水，若继续注水，则需将中空水管从路基中拉出清理，待排水孔疏通后继续插入路基注水，导致反复施工，且排水孔还会被堵塞；(二)该方法粗放盲目向路基中注水，路基沉降不可控，在向路基中注水过程中可能导致注水过多而沉降过大，或注水过少而沉降过低，无法准确改善路基的沉降差。

因此，有必要提供一种能够有效改善沉降差、适于黄土路的路基沉降修复工具和修复方法。

发明内容

本发明一方面提供一种用于修复黄土路基的套管，本发明一方面提供一种修复黄土路基的方法，解决现有技术中向路基中注水的管道会被堵塞的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：

设计一种用于修复黄土路基的套管，包括底端封闭顶端开口的外套管，所述外套管内设有注水管，所述注水管包括注水孔段，所述注水孔段的管壁上设有多个注水孔，所述注水孔段外包覆有纱网，所述外套管和注水管之间设有防脱离结构。

优选的，所述防脱离结构包括设于所述注水管底端外壁面的外凸缘，以及设于所述外套管顶端内壁面的内凸缘。

优选的，所述注水管的上端为扩径段，所述注水孔段和扩径段之间为锥形过渡段，所述内凸缘的上表面为相应的锥面，所述注水孔段位于所述外套管内时，所述锥形过渡段与所述锥面贴合。

优选的，还包括连接管，所述连接管与所述注水管的顶端螺纹连接，所述连接管的顶端壁面上设有吊孔。

优选的，所述注水管的底端设有防水垫，所述防水垫与所述外套管的内壁面相匹配；所述外套管的底端为尖端。

本发明的第二方面是：

设计一种修复黄土路基的方法，该方法利用前述的用于修复黄土路基的套管，包括以下步骤：

(1)在黄土路基路面布设钻孔点位，在各钻孔点位钻孔，这些孔用于下沉套管；

(2)在钻出的各孔中分别下沉套管；

(3)将所述套管顶端向上拉，使得所述注水管的注水孔段从所述外套管内拉出；

(4)全部的所述套管的顶部均连接水管，由所述套管同时向路基中注水；

(5)路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中回填土体并夯实或者向孔中注入混凝土并震动夯实，使混凝土在孔中凝结形成混凝土桩。

优选的，在所述步骤(4)中，向路基中的注水总量由下列步骤计算出：

a.根据公式(1)计算高填方路段的沉降量，以此来确定原状土体路段的沉降量，原状土体路段的沉降量应当与高填方路段的沉降量相同

公式(1)中，

St—t时刻高填方夯实地基后的工后沉降；

H—填方高度；

E—填筑体变形模量；

b.根据公式(2)计算原状土体路基中第i层土的自重湿陷系数δzsi：

公式(2)中的参数根据现场获取的第i层土的土试样试验测得，其中，

e_p—保持天然湿度和结构的土试样，对该土试样加压，e_p为土试样下沉稳定后的孔隙比；

e_p′—上述加压稳定后的土试样，在浸水饱和条件下，下沉稳定后的孔隙比；

e₀—土试样的初始孔隙比；

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

c.进一步根据步骤b的方式计算原状土体路基中所有注水土层的自重湿陷系数；

d.根据公式(3)计算原状土体路基的湿陷沉降量：

δzs＝β∑δzsi·Hi (3)

公式(3)中，

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

Hi-第i层土的厚度，单位为mm；

δzs-原状土体总的湿陷沉降量，与St相同；

β-因地区土质而异的修正系数，β按下列规定取值：

1)陇西地区取1.50；

2)陇东-陕北-晋西地区取1.20；

3)关中地区取0.90；

4)其它地区取0.50；

e.结合计算得的自重湿陷系数δzsi，并根据公式(4)推导出第i层土的含水率：

公式(4)中，

W_i-所述第i层土的含水率；

I_p—土塑性指数；

f.根据公式(5)推导出所述第i层土的注水量：

公式(5)中，

V_i土-路基中第i层土的体积，按照地质勘探中划分土体层数、厚度和原状土体路基长度计算；

V_i注水-路基中第i层土的注水量；

g.根据以上公式(3)、(4)、(5)，建立路基土体总的注水体积与原状土体总的湿陷沉降量之间的关系：

h.根据公式(7)推导出原状土体路基中总的注水体积：

V_总注水＝V_土含水＝∑V_i注水 (7)

公式(7)中，

V_总注水-路基土体总的注水体积；

V_土含水-路基土体中注水所产生总的含水体积。

优选的，套管的布设间距由下列步骤计算出：

a.根据公式(8)、(9)、(10)、(11)计算套管底部的流量

V₁＝Q_顶/A₁ (9)

Q底＝V2·A2(11)

其中，公式(8)的前提条件是假设套管顶部和底部土体的大气压强相同，同时不考虑能量损耗：

公式(8)、(9)、(10)、(11)中，ρ-水的密度；

g-重力加速度；

H-套管埋设深度，根据现场设计确定；

P-向套管中的注水压力，根据注水采用泵的型号确定，要求压力小于2.5Mpa；

V₁-套管顶部水的流速；

V₂-套管底部水的流速；

Q_顶-套管顶部的流量，根据安装在顶部的超声波流量计测定；

A₁-外套管内径；

Q_底-套管底部的流量；

A₂-注水管内径；

b.根据公式(12)、(13)计算套管的注水半径，公式(12)、(13)是采用水文地质手册三中给出的河谷抽水模型计算注水半径：

Q_底＝K·B(H₁ ²-h² ₀)/L (12)

公式(12)、(13)中，

K-土的渗透系数；

H₁-渗透土层的高度，即为注水完成后，导致土体产生下沉量的土层高度和；

B-路基的宽度；

h₀-注水孔段的高度；

L-套管的注水半径；

H-套管埋设深度；

c.根据相邻套管的注水半径确定套管所在套管的布设间距。

优选的，布置套管的数量及注水时间由下列步骤计算出：

a.沿路基横向布置的一排套管的数量根据公式(14)计算

公式(14)的前提条件是一排套管的埋设深度相同，套管间的间距相同；

公式(14)中，n₁-路基横向钻孔点位布置数量；

B-路基宽度；

R-外套管的外径；

L-套管的注水半径；

b.路基上各排套管数量之和为套管总数量，套管总数＝需要下沉的路基段的长度÷纵向套管的布设间距×横向布置套管的个数；

c.根据公式(15)计算注水时间

公式(15)中，T-注水时间；

V_注水-向路基中的注水总量；

n-套管的总数；

Q_顶-套管顶部的流量。

优选的，在钻孔点位钻孔包括以下步骤：

a.安装钻孔机就位，确保底座平稳，不发生倾斜移位，钻头中心采用定桩定位器对准钻孔点位，钻孔机就位后，调整钻杆钻进角度，并经现场技术人员用量角仪检查合格后，正式开钻，钻杆的入射角允许偏差±2°；

b.钻孔时从钻杆内向孔底流入压力水，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的土屑排出孔外，钻进时要不断供水冲洗，包括接长钻管和暂时停机过程中也要供水冲洗，而且要始终保持孔口水位，若发现孔不能压水进去，说明已堵钻杆，应拔出钻杆，把塞进的粘土取出，再继续钻进；

c.钻孔机钻进至规定深度，停止钻进，但继续旋转，并压水冲洗残留在孔中的土屑，直到流出的水不浑浊为止。

本发明的有益技术效果在于：

1.套管不会被堵塞：本发明用于修复黄土路基的套管将注水管设在外套管中，注水管的注水孔段外包覆有纱网，当套管沿钻好的孔下沉时，注水孔段被外套管保护，避免下沉过程中注水孔段上的注水孔被泥土堵塞，当注水时，纱网可保护注水孔段，防止孔中的泥浆堵塞注水孔。

2.本发明用于修复黄土路基的方法可主动控制黄土路基的下沉高度，根据黄土路基的设计资料，确定路基需要下沉的位置和高度，计算需要向路基注入的水量、套管的布置间距和范围，向土体打入套管，通过套管向路基注水，使得原状土体里面含水而发生湿陷性下沉，根据黄土路基所需要的下沉量，注入相应的水量。

附图说明

图1为本发明用于修复黄土路基的套管一实施例的分解图；

图2为图1中注水管和外套管装配后的剖视图；

图3为图2中注水管从外套管拉出的示意图；

图4为本发明用于修复黄土路基的套管一实施例中连接管的起吊示意图；

图5为本发明用于修复黄土路基的方法一实施例的流程图；

图6为本发明用于修复黄土路基的方法一实施例显示套管在路基上埋设间距的示意图；

图7为本发明用于修复黄土路基的方法一实施例显示套管在路基中埋设深度的示意图。

图中，各标号示意为：外套管11、尖端111、内凸缘112、锥面113、注水管12、注水孔段121、锥形过渡段122、扩径段123、注水孔124、外凸缘125、纱网126、防水垫127、上内螺纹128、连接管13、下外螺纹131、吊孔132、钢丝绳141、挂钩142、套管21、注水区域22、黄土路基23、路面24。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：

请参阅图1至图4。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的用于修复黄土路基的套管包括外套管11、注水管12和连接管13，其中，注水管12位于外套管11内，连接管13的下端和注水管12的顶端相连接，外套管11的底端为尖端111，套管整体用于下沉到路基上钻的孔中，通过套管向路基中注水。

注水管12由下至上依次为注水孔段121、锥形过渡段122、扩径段123，注水孔段121上设有多个注水孔124，在本实施例中，注水孔段121高1000mm，内径为32mm，锥形过渡段122高150mm，扩径段123的内径为50mm，长度1000mm的注水孔段121上纵向间距100mm设置8排、每排环向6个的注水孔124，注水管12的壁厚20mm，以保证有足够的强度，防止下沉到路基上的孔中时弯折。

注水管12套设在外套管11内时，注水孔段121完全位于外套管11内，并且注水孔段121可从外套管11内拉出，在将套管下沉到孔中时，外套管11对注水管12形成保护，防止注水管12上的注水孔124被泥土堵塞，当套管下沉到规定深度后，将注水孔段121从外套管11内拉出，通过套管向路基中注水。

如图3所示，在注水管12底端外壁面设有外凸缘125，在外套管11顶端内壁面设有内凸缘112，当注水孔段121的下端拉到外套管11顶端时，外凸缘125和内凸缘112相接触，防止注水管12和外套管11脱离。在注水管12底端设有外螺纹，外凸缘125为拧在注水管12底端的螺母，螺母厚度50mm。

内凸缘112的上表面为与锥形过渡段122相应的锥面113，注水孔段121位于外套管11内时，锥形过渡段122与锥面113贴合，避免套管沿路基下沉过程中，外套管11内进入泥土。

本实施例中，外套管11的总高度为1262mm，内径50mm，管壁厚度为20mm，尖端111高度为42mm，内凸缘112的高度为150mm，尖端111夹角为118°。

注水孔段121外包覆有1-2层纱网126，当注水孔段121从外套管11拔出向路基的孔中注水后，孔中冲面泥浆，层纱网126可防止泥浆堵塞注水孔124。

在注水管12的底端设有防水垫127，防水垫127厚度为20mm，防水垫127固定在外凸缘125的下表面，防水垫127与外套管11的内壁面相匹配，防水垫127与外套管11内壁面之间的配合不能过于紧密，可透过空气但不能透水，当注水管12在外套管11内向上拉出时，允许防水垫127周围透过空气，防止外套管11内部真空而无法拔出注水管12，但是当注水管12中有水时，防水垫127周围不能透过水，防止外套管11内灌水而过重，导致后期难以将套管从孔中拔出。

连接管13的下端设有下外螺纹131，注水管12上端的扩径段123设有上内螺纹128，连接管13与注水管12螺纹连接，连接管13可制成长管或短管，连接管13的长度根据套管下沉的深度决定，若下沉的深度深，则连接管13的长度较大，若下沉的深度浅，则连接管13的长度较短。

如图4所示，在连接管13的顶端壁面上设有吊孔132，注水完成后，可利用连接钢丝绳141的挂钩142穿入吊孔132，将整个套管回收。

套管在路基中的插入深度根据设计深度确定，由于自重湿陷性黄土下限深度不大于20m，本发明设计的用于修复黄土路基的套管适用下限深度为0-40m的黄土路基。

实施例2

请参阅图5至图7。

本发明实施例提供的用于修复黄土路基的方法利用实施例1中的用于修复黄土路基的套管，如图5所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤101：在黄土路基路面布设钻孔点位，在各钻孔点位钻出用于下沉套管的孔。

步骤102：在钻出的各孔中分别下沉套管。

步骤103：将套管顶端向上拉，使得注水管的注水孔段从外套管内拉出；

步骤104：全部的套管的顶部均连接水管，由套管同时向路基中注水；

步骤105：路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中注入混凝土并震动夯实，使混凝土在孔中凝结形成混凝土桩。

例如，对于在黄土地区高填方路基和原状土体路基相接处，修建的道路通车后，在高填方路基区域沉降会较大，而原状土体路基区域沉降会较小，高填方区域路基和原状土体区域路基会出现沉降差。

本发明实施例的目的就是在与高填方区域路基相邻的黄土路基中注水，使得黄土路基主动发生湿陷性沉降，从而消除沉降差，达到修复路基的目的。

这里，根据黄土路基所需要的下沉量，注入相应的水量，黄土路基中套管的布设间距和下沉深度根据实际工程结合计算公式设计确定。

一、向路基中的注水总量由下列步骤计算出：

a.根据公式(1)计算高填方路段的沉降量，以此来确定原状土体路段的沉降量，原状土体路段的沉降量应当与高填方路段的沉降量相同，因此，此处计算的高填方路段的沉降量作为原状土体沉降量的参考：

公式(1)中，

St—t时刻高填方夯实地基后的工后沉降；

H—填方高度；

E—填筑体变形模量；

上述的填筑体变形模量是填筑体在无侧限条件下受压时，压应力增量与压应变增量之比，可通过荷载试验计算求得。

b.根据公式(2)计算原状土体路基中第i层土的自重湿陷系数δzsi：

公式(2)中的参数根据现场获取的第i层土的土试样试验测得，对黄土路基第i层的原土体进行采样，保持土试样的天然湿度和结构，首先测试土试样的初始孔隙比e₀，然后对土试样加压，施加的压力根据规范《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第4.2.6条和《土工试验方法标准》第14.1.9条、第14.10条确定，压力可取100kPa，待下沉稳定后测孔隙比，最后对土试样浸水，直到浸水饱和，待下沉稳定后测孔隙比，其中：

e_p—保持天然湿度和结构的土试样，对该土试样加压，e_p为土试样下沉稳定后的孔隙比；

e_p′—上述加压稳定后的土试样，在浸水饱和条件下，下沉稳定后的孔隙比；

e₀—土试样的初始孔隙比；

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

c.进一步根据步骤b的方式计算原状土体路基中所有注水土层的自重湿陷系数；

d.根据公式(3)计算原状土体路基的湿陷沉降量：

δzs＝β∑δzsi·Hi (3)

公式(3)中，

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

Hi-第i层土的厚度，单位为mm；

δzs-原状土体总的湿陷沉降量，与St相同；

β-因地区土质而异的修正系数，β按下列规定取值：

1)陇西地区取1.50；

2)陇东-陕北-晋西地区取1.20；

3)关中地区取0.90；

4)其它地区取0.50；

e.结合计算得的自重湿陷系数δzsi，并根据公式(4)推导出第i层土的含水率：

公式(4)中，

W_i-所述第i层土的含水率；

I_p—土塑性指数；

f.根据公式(5)推导出所述第i层土的注水量：

公式(5)中，

V_i土-路基中第i层土的体积，按照地质勘探中划分土体层数、厚度和原状土体路基长度计算；

V_i注水-路基中第i层土的注水量；

g.根据以上公式(3)、(4)、(5)，建立路基土体总的注水体积与原状土体总的湿陷沉降量之间的关系：

h.根据公式(7)推导出原状土体路基中总的注水体积：

V_总注水＝V_土含水＝∑V_i注水 (7)

公式(7)中，

V_总注水-路基土体总的注水体积；

V_土含水-路基土体中注水所产生总的含水体积。

二、在计算路基上的套管布设间距时，计算方法是通过算出每根套管的注水半径，相邻套管的布设间距就是二者注水半径之和。但是，若所有套管的埋设深度相同，且套管规格相同，则计算一根套管的注水半径即可，套管的注水半径的二倍就是相邻套管的布设间距。

若套管的埋设深度不同，则需要计算各套管的注水半径，相邻套管的布设间距就是相邻套管注水半径之和。

路基上的套管布设间距由下列步骤计算出：

a.根据公式(4)、(5)、(6)、(7)计算套管底部的流量

V₁＝Q_顶/A₁ (9)

Q_底＝V₂·A₂ (11)

其中，公式(8)是根据能量守恒定律列出的，因此，公式(8)的前提条件是假设套管顶部和底部土体的大气压强相同，同时不考虑能量损耗：

公式(8)、(9)、(10)、(11)中，各参数的含义分别为：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

H-套管埋设深度，根据现场设计确定，将套管埋置于地下土层中的粉土层；

P-向套管中的注水压力，根据注水采用泵的型号确定，要求压力小于2.5Mpa，这里的注水压力为一个套管注水所需要的压力，实际注水时，各套管的注水压力近似相同即可；

V₁-套管顶部水的流速；

V₂-套管底部水的流速；

Q_顶-套管顶部的流量，根据安装在顶部的超声波流量计测定；

A₁-外套管内径；

Q_底-套管底部的流量；

A₂-注水管内径；

b.根据公式(12)、(13)计算套管的注水半径，由于目前理论的限制，无法得到压力注水的扩散距离，故采用水文地质手册三中给出的河谷抽水模型：

Q_底＝K·B(H₁ ²-H² ₀)/L (12)

公式(12)、(13)中，K-土的渗透系数；

H₁-渗透土层的高度，土体中有多层土层，在注水时，只有部分土层被注水发生沉降，这里的渗透土层的高度就是指注水完成后，导致土体产生下沉量的土层高度和；

B-路基的宽度；

h₀-注水孔段的高度；

L-套管的注水半径；

H-套管埋设深度；

c.根据相邻套管的注水半径确定套管所在套管的布设间距。

可见，套管的注水半径的大小与向套管中的注水压力、套管埋设深度以及向套管中注水量相关。

如图6所示，路基上布设有多个套管21，在套管21规格相同的情况下，每根套管21的注水区域22是相同的，由于套管21向周围均匀注水，因此注水区域22一般为圆形，该圆形区域的半径为套管21的注水半径，相邻套管21的注水半径之和为套管的布设间距，该布设间距作为参考，在实际布设时，套管的间距可适当调整。

三、套管在路基上埋设的方式为：沿路基延伸的纵向埋设有多排套管，每一排套管是横向(沿路基宽度方向)排列，路基横向上相邻套管之间的距离相同，先计算每一排套管的数量，再根据套管的排数计算总的套管数量。

布置套管的数量及注水时间由下列步骤计算出：

a.沿路基横向布置的一排套管的数量根据公式(14)计算

公式(14)的前提条件是一排套管的埋设深度相同，且套管间的间距相同；

公式(14)中各参数的含义为：n₁-路基横向钻孔点位布置数量；B-路基宽度；R-外套管的外径；L-套管的注水半径；

b.路基上各排套管数量之和为套管总数量，套管总数＝需要下沉的路基段的长度÷套管的布设间距×横向布置套管的个数。

c.根据公式(15)计算注水时间

公式(15)中，T-注水时间；

V_注水-向路基中的注水总量；

n-套管的总数；Q_顶-套管顶部的流量。

如图7所示，不同的套管21在路面24以下黄土路基23中的下沉高度不同，这是由于路基中不同区段的粉土层所在的深度不同，套管21需要插入到粉土层所在的位置。

根据计算出的套管的布设间距和数量，在黄土路基路面测量放线布设钻孔点位，在钻孔点位钻孔时，采用钻孔机。

首先将安装钻孔机就位，确保底座平稳，不发生倾斜移位，钻头中心采用定桩定位器对准钻孔点位，钻孔机就位后，调整钻杆钻进角度，并经现场技术人员用量角仪检查合格后，正式开钻，钻杆的入射角允许偏差±2°。

钻孔时从钻杆内向孔底流入压力水，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的土屑排出孔外，钻进时要不断供水冲洗，包括接长钻管和暂时停机过程中也要供水冲洗，而且要始终保持孔口水位，若发现孔不能压水进去，说明已堵钻杆，应拔出钻杆，把塞进的粘土取出，再继续钻进。

钻孔机钻进至规定深度，停止钻进，但继续旋转，并压水冲洗残留在孔中的土屑，直到流出的水不浑浊为止，这样能够保证孔中没有被填充泥浆。

拔出钻孔机后，采用机械压进方式将套管下沉到相应的孔中，下沉过程中，及时快速地压进套管至指定深度H，布设均采用以上方法，沿着道路通行的方向，从两边同时施工，加快施工进度。

最后，路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中回填混凝土，并将孔中的混凝土震动夯实，待混凝土在孔中凝固形成混凝土桩。或者也可以在孔中回填土体或碎石并夯实，夯实过程中，在桩孔内分次填入土体或碎石并利用重锤进行夯击。

基于以上实施例，本发明修复黄土路基的方法设计好套管的下沉深度、套管的布设间距、以及向套管中注水的时间，因此可操作性强，且能够准确控制路基的下沉量，能够有效解决路基的沉降差问题。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种用于修复黄土路基的套管，其特征在于，包括底端封闭顶端开口的外套管，所述外套管内设有注水管，所述注水管包括注水孔段，所述注水孔段的管壁上设有多个注水孔，所述注水孔段外包覆有纱网，所述外套管和注水管之间设有防脱离结构。

2.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述防脱离结构包括设于所述注水管底端外壁面的外凸缘，以及设于所述外套管顶端内壁面的内凸缘。

3.根据权利要求2所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述注水管的上端为扩径段，所述注水孔段和扩径段之间为锥形过渡段，所述内凸缘的上表面为相应的锥面，所述注水孔段位于所述外套管内时，所述锥形过渡段与所述锥面贴合。

4.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，还包括连接管，所述连接管与所述注水管的顶端螺纹连接，所述连接管的顶端壁面上设有吊孔。

5.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述注水管的底端设有防水垫，所述防水垫与所述外套管的内壁面相匹配；所述外套管的底端为尖端。

6.一种修复黄土路基的方法，其利用权利要求1-6任一项所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在黄土路基路面布设钻孔点位，在各钻孔点位钻孔，这些孔用于下沉套管；

(2)在钻出的各孔中分别下沉套管；

(3)将所述套管顶端向上拉，使得所述注水管的注水孔段从所述外套管内拉出；

(4)全部的所述套管的顶部均连接水管，由所述套管同时向路基中注水；

(5)路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中回填土体并夯实，或者向孔中注入混凝土并震动夯实，使混凝土在孔中凝结形成混凝土桩。

7.根据权利要求6所述的修复黄土路基的方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，向路基中的注水总量由下列步骤计算出：

a.根据公式(1)计算高填方路段的沉降量，以此来确定原状土体路段的沉降量，原状土体路段的沉降量应当与高填方路段的沉降量相同

公式(1)中，

St—t时刻高填方夯实地基后的工后沉降；

H—填方高度；

E—填筑体变形模量；

b.根据公式(2)计算原状土体路基中第i层土的自重湿陷系数δzsi：

公式(2)中的参数根据现场获取的第i层土的土试样试验测得，其中，

e_p—保持天然湿度和结构的土试样，对该土试样加压，e_p为土试样下沉稳定后的孔隙比；

e_p′—上述加压稳定后的土试样，在浸水饱和条件下，下沉稳定后的孔隙比；

e₀—土试样的初始孔隙比；

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

c.进一步根据步骤b的方式计算原状土体路基中所有注水土层的自重湿陷系数；

d.根据公式(3)计算原状土体路基的湿陷沉降量：

δzs＝β∑δsi·Hi (3)

公式(3)中，

δzsi-第i层土的自重湿陷系数；

Hi-第i层土的厚度，单位为mm；

δZS-原状土体总的湿陷沉降量，与St相同；

β-因地区土质而异的修正系数，β按下列规定取值：

1)陇西地区取1.50；

2)陇东-陕北-晋西地区取1.20；

3)关中地区取0.90；

4)其它地区取0.50；

e.结合计算得的自重湿陷系数δzsi，并根据公式(4)推导出第i层土的含水率：

公式(4)中，

W_i-所述第i层土的含水率；

I_p—土塑性指数；

f.根据公式(5)推导出所述第i层土的注水量：

公式(5)中，

V_i土-路基中第i层土的体积，按照地质勘探中划分土体层数、厚度和原状土体路基长度计算；

V_i注水-路基中第i层土的注水量；

g.根据以上公式(3)、(4)、(5)，建立路基土体总的注水体积与原状土体总的湿陷沉降量之间的关系：

h.根据公式(7)推导出原状土体路基中总的注水体积：

V_总注水＝V_土含水＝∑V_i注水 (7)

公式(7)中，

V_总注水-路基土体总的注水体积；

V_土含水-路基土体中注水所产生总的含水体积。

8.根据权利要求7所述的修复黄土路基的方法，其特征在于，套管的布设间距由下列步骤计算出：

a.根据公式(8)、(9)、(10)、(11)计算套管底部的流量

V₁＝Q_顶/A₁ (9)

Q_底＝V₂·A₂ (11)

其中，公式(8)的前提条件是假设套管顶部和底部土体的大气压强相同，同时不考虑能量损耗：

公式(8)、(9)、(10)、(11)中，ρ-水的密度；

g-重力加速度；

H-套管埋设深度，根据现场设计确定；

P-向套管中的注水压力，根据注水采用泵的型号确定，要求压力小于2.5Mpa；

V₁-套管顶部水的流速；

V₂-套管底部水的流速；

Q_顶-套管顶部的流量，根据安装在顶部的超声波流量计测定；

A₁-外套管内径；

Q_底-套管底部的流量；

A₂-注水管内径；

b.根据公式(12)、(13)计算套管的注水半径，公式(12)、(13)是采用水文地质手册三中给出的河谷抽水模型计算注水半径：

Q_底＝K·B(H₁ ²-h² ₀)/L (12)

公式(12)、(13)中，

K-土的渗透系数；

H₁-渗透土层的高度，即为注水完成后，导致土体产生下沉量的土层高度和；

B-路基的宽度；

h₀-注水孔段的高度；

L-套管的注水半径；

H-套管埋设深度；

c.根据相邻套管的注水半径确定套管所在套管的布设间距。

9.根据权利要求8所述的修复黄土路基的方法，其特征在于，布置套管的数量及注水时间由下列步骤计算出：

a.沿路基横向布置的一排套管的数量根据公式(14)计算

公式(14)的前提条件是一排套管的埋设深度相同，套管间的间距相同；

公式(14)中，

n₁-路基横向钻孔点位布置数量；

B-路基宽度；

R-外套管的外径；

L-套管的注水半径；

b.路基上各排套管数量之和为套管总数量；

c.根据公式(15)计算注水时间

公式(15)中，T-注水时间；

V_注水-向路基中的注水总量；

n-套管的总数；

Q_顶-套管顶部的流量。

10.根据权利要求6所述的修复黄土路基的方法，其特征在于，在钻孔点位钻孔包括以下步骤：

a.安装钻孔机就位，确保底座平稳，不发生倾斜移位，钻头中心采用定桩定位器对准钻孔点位，钻孔机就位后，调整钻杆钻进角度，并经现场技术人员用量角仪检查合格后，正式开钻，钻杆的入射角允许偏差±2°；

b.钻孔时从钻杆内向孔底流入压力水，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的土屑排出孔外，钻进时要不断供水冲洗，包括接长钻管和暂时停机过程中也要供水冲洗，而且要始终保持孔口水位，若发现孔不能压水进去，说明已堵钻杆，应拔出钻杆，把塞进的粘土取出，再继续钻进；

c.钻孔机钻进至规定深度，停止钻进，但继续旋转，并压水冲洗残留在孔中的土屑，直到流出的水不浑浊为止。