CN110100062B - 弱矿物土组成的地基的压实方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑，即建筑物和构筑物地基和底座下的土壤硬化。一种硬化由弱矿物土壤组成的地基的方法，包括钻井、为每口井供给密封材料以及用工具对密封材料的影响以便形成土壤桩。首先在地基面积进行工程地质勘测，确定所需参数。指定硬化土壤层的所需设计变形模量。进行获得结果的比较计算。使用等于空心管形工具三个直径的土壤桩放置间距，计算地基实际平均折算变形折减模量值。将它与矿质土壤设计变形模量对照。在地基面积进行补充工程地质勘测。计算硬化地基实际平均折算变形模量，并与设计值进行比较。在地基实际平均折算变形模量不对应设计值的情况下，在以前安装的土壤桩之间再安装补充土壤桩。技术效果在于提高土壤硬化生产率，降低材料消耗量和劳动量。

Description

弱矿物土组成的地基的压实方法

本发明涉及建筑，尤其涉及在建筑物和设施基础下加固土壤的方法，包括：电力工业设施。

在设计选定建筑区域的建筑物和结构的基座的实践中，常发现具有低变形性和低强度性的弱水饱和粘土。在这种情况下，弱碱的转化是通过各种方法进行的，能使初弱土压实和加固。在土壤特性的转化组别中，有通过滚动、夯实、注入各种化合物达成的压实，通过各种技术建成的土桩设备。

有种加固土壤的方法是众所周知的，方法中也包括井的形成，井的土壤松动以及在土壤上产生加固作用(1977年9月30日，苏联发明的作者证书№708010号)。该方法仅在从井壁松开的土壤上产生加固效果。在压实土壤之后会有一定程度的加固效果，之后不会再增加。

上述方法不能在现代建筑的基础下获得所需的土壤加固程度。

最相似的方法是土壤压实方法(俄罗斯联邦发明专利号№2473741)，其中包括井的建造，将密封材料填充到井中，借空心管工作工具在密封材料上形成土桩以达成压实效果。

相似法的缺点是缺乏以下数据：根据地面特性选择土桩压实工艺参数的计算，验证在压实设计值后获得的值(该值会决定是否需要进行额外的表面处理操作，以及选择所需数量的井)。

本发明的目的是提高土壤压实的成功率，减少材料消耗，降低劳动强度。

本发明实现的技术成果是要通过确定基座的整个区域上的土桩的最佳设计过程参数，压实由弱矿物土组成的基座。

发明的本质在于：在压实由弱矿物土组成的基座的方法中(方法中包括井的建造，将密封材料填充到井中，借空心管工作工具在密封材料上形成土桩以达成压实效果)，建议预先在基座区域进行岩土的调查，并确定变形模量，泊松比，内摩擦角，特定粘附，比重，初级空隙率弱矿土的值，定义所需的设计模量压实土壤层，然后，将每个井的膨胀变形值ε_i取为0.1，计算土体桩周围压实后弱矿质土的孔隙系数e_i，按以下公式计算：

e_i＝e₀-(1+e₀)·ε_i其中，

e_i--土桩周围压实后弱矿物土的孔隙度系数；

e₀--压实的弱矿物土的初始孔隙度系数；

ε_i--裂缝膨胀变形的可接受值，

并确定每个间距中弱矿物土流动指数的预测值，按以下公式计算：

其中，

I_L1-自然条件下弱矿物土流动性指数的值；

I_L2-压实后弱矿质土流动性指数值；

e₁-自然条件下弱矿物土孔隙系数值；

e₂-压实后弱矿物土孔隙系数值；

w₁-自然条件下弱矿物土的湿度；

w_p-可塑性临界点的弱矿物土的含水量，

然后按已知的标准值，在土壤周围压实之后，根据获得的弱矿物土壤孔隙系数值e_i，取最接近地表桩周围的变形模量E_г的初始值，在压实后取土壤的流动指数I_L2，之后采取相当于中空管状工作工具的三个直径的土桩的间距，并确定基础变形的实际平均减小模量的值，通过以下公式：

-基座的实际平均减小的变形模量；

β-复合土体的横向膨胀系数为0.8；

-矿物土的相对压缩系数；

m_c-土桩材料的相对压缩系数；

-由土桩和土壤周围组成的地块的相对压缩系数；

E_г-矿物土地桩周围的变形模量；

E_c-土桩材料的变形模量；

ε-井内膨胀过程中压实矿物土的体积变形值；

a-土桩的最终半径；

b-由土桩和矿物土周围组成的地块半径，等于土桩放置设计间距的一半，将其与矿物土变形设计模块进行比较，并且，在获得比设计变形的实际平均减小的地面变形模量的情况下，以0.1为步长迭代地增加孔扩张变形的值ε_i，并重复计算基础的实际平均减小的变形模量，直到设计值或放置土桩的间距等于空心管状工作工具的直径1.5的值，而井的半径增加对应于压痕期间可接受的膨胀变形的值，按以下公式计算：

其中，

r_р-扩展井的半径；

R-单个土桩的影响半径等于土桩放置间距的一半，

ε-井膨胀过程中压实土体积变形的值，

取的土桩的长度值应等于从顶板到基底(至少一层)需要压实的距离，然后通过引入中空管状工作工具执行相应长度的土桩钻孔，通过中空管状工作工具的腔将密封材料送入钻孔，通过将中空管状加工工具压入密封材料中来进行形成土桩的密封作用，然后对基础区域进行额外的工程和地质调查，确定地基桩之间压实矿物土的变形模量，计算压实基层的实际平均减小应变模量，并将其与设计值进行比较，如果基础变形的实际平均减小模量与设计值不一致，则在之前安装的土桩之间安装额外的土桩。

也提供中空管状工作工具的下端，在将其压入底座的地面之前，用滑阀或丢失的垫板将其盖上，在将密封材料填充到中空管状工作工具的空腔之后，打开中空管状工作工具的滑块将密封材料撒出到井中，将中空管状工作工具升高到密封层的预设高度，然后将中空管状工作工具压入密封材料中，并且在整个土桩长度上逐层重复压制密封材料的操作，直到实现所需的弱矿物土压实程度。

可以使用碎石和/或沙子和/或砾石和/或惰性材料作为密封材料，并且建议中空管状工作工具相对于其中心轴线对称。

上述方法一个显著的特点是，根据工程和地质调查的结果，由基地面积决定弱矿物土的基本参数，并使用参数进行整个基座土桩压实技术参数选择的计算(扩展井的台阶和半径)。将在基座上所得到的压实土参数与整个项目的参数对比检查能确定安装土桩数量是否充足。将空心管状工作工具压入基座的地面允许能首先压实弱矿物土。用滑块或丢失的垫板盖上工作工具的下端使密封材料在钻井中压痕。工作工具逐层压入密封材料中能使井大大地扩展开，还能形成地桩，并且在径向方向上(相对于土桩)压实土堆周围的土壤。由于孔隙压力过大，周围地面土桩的密封也会引起压实过程。使用碎石和/或沙子，和/或砾石和/或任何其他惰性材料作为密封材料能打造具有必要特性的土桩，这取决于压实的弱矿物土的性质，从而防止压实土壤颗粒穿过土桩。

使用相对于中心轴线对称的中空管状工具能实现基座土壤的均匀径向压实。

上述方法按如下方式进行。

作为标准工程和地质调查结果的初始数据，确定了基座土壤的物理和力学特性，即应变模量，泊松比，内摩擦角，特定内聚力，比重和弱矿物土的初始孔隙度系数。

然后，设置压实土层所需的变形设计模量，并将每个井的膨胀变形值ε_i设为0.1，计算在地基桩周围压实后的弱矿质土的孔隙系数e_i，按以下公式计算：

e_i＝e₀-(1+e₀)·ε_i其中，

e_i--土桩周围压实后弱矿物土的孔隙度系数；

e₀--压实的弱矿物土的初始孔隙度系数；

ε_i-井膨胀变形的可接受值。

之后，确定每个间距中弱矿物土流动指数的预测值，按以下公式计算：

其中，

I_L1-自然条件下弱矿物土流动性指数的值；

I_L2-压实后弱矿质土流动性指数值；

e₁-自然条件下弱矿物土孔隙系数值；

e₂-压实后弱矿物土孔隙系数值；

w₁-自然条件下弱矿物土的湿度；

w_p-可塑性临界点的弱矿物土的含水量。

然后按已知的标准值(例如，表B.4条例22.13330.2011)，在土壤周围压实之后，根据获得的弱矿物土壤孔隙系数值e_i，取最接近地表桩周围的变形模量E_г的初始值，在压实I_L2后取土壤的流动指数。之后采取相当于中空管状工作工具的三个直径的土桩的间距。

土桩放置的步长根据以下方案进行：

-在土桩间距比三个直径的空心管状工作元件短时，要考虑在扩展过程中一些土桩对邻近土堆有很强的影响，这可能导致相邻土桩的一部分在水平方向上移位(将导致它们偏离垂直位置)并导致基座的压实不正确；

-在土桩间距比三个直径的空心管状工作元件长时，土桩之间可能会出现支撑不足的区域。

此外，基座变形的实际平均减小模数的值按以下公司计算：

-基座的实际平均减小的变形模量；

Β-横向膨胀系数，对于复合土块而言为0.8；

-矿物土的相对压缩系数；

m_c-土桩材料的相对压缩系数；

-由土桩和土壤周围组成的地块的相对压缩系数；

-矿物土桩周围的变形模量；

E_c-土桩材料的变形模量；

ε-井内膨胀过程中压实矿物土的体积变形值；

a-土桩的最终半径；

b-由土桩和周围矿物土组成的地块的半径，等于土桩放置设计间距的一半，

获得的基座变形的实际平均减小模量值与设计矿物土变形模块相比较，在获得的实际平均减小的地面变形模量比设计的量小的情况下，以间距0.1来迭代增加井的膨胀变形值ε_i，并重复计算基座的实际平均减小的变形模量，直到放置地桩的设计值或间距等于中空管状工作工具的直径的1.5。

在这种情况下，对应压痕过程中可接受的膨胀变形值来增加井的半径，按以下公式计算：

r_р-扩展井的半径；

R-单个土桩的影响半径等于土桩放置间距的一半；

ε-井膨胀过程中压实土体积变形的值。

为了打造土桩，取的土桩的长度值应等于从顶板到基底(至少一层)需要压实的距离，在这种情况下，若在应变模量小于10MPa的弱水饱和土壤以全部传播能力来打造土桩时，其机械特性需要增加。为了确定土桩的长度，根据方法总和条例22.13330.2011的标准程序来预先确定可压缩层的深度。如果可压缩地层的下界落入应变模量小于10MPa的土壤中，建议在整个容量范围内打造土桩。按可能性选择土桩的长度，使其下端以足够高的机械特性抵靠地面。对于非水平垫层(强且相对可变形的磅)，应按以下要求来设定土桩的长度，即所需压实元件的所有下端都能在土桩中插入不小于0.5米。

然后，通过压制空心加工工具打造具有相应长度的土桩钻井。同时，用滑块重叠工作工具的下端，在将密封材料填充到加工工具的腔体中之后，打开工作工具的滑块将密封材料撒出到井中，将工作工具升高到密封层的预设高度，然后将工作工具引入密封材料中。密封材料的压制操作在的整个柱上分层重复，直到达成弱矿物土壤所需的压实。

同样可以用丢失的垫板来盖上工作工具。

可以使用碎石和/或沙子和/或砾石和/或惰性材料作为密封材料。在这种情况下，具有透水性参数的砂和粗碎屑土可用作密封土桩的材料，显著超过压实弱土壤的参数。土壤密封桩压入井内后材料的变形特性由工地所需的应变模量决定。

在土壤中安装地桩时，土壤中可能出现机械潜蚀，有必要考虑用碎石和砂料作为土桩的材料，这样选择其组成以防止压实土壤颗粒进入木桩。

在粘质土中安装土桩时，还建议使用碎石砂混合物，以降低土桩渗淤过程的速度。

使用的工作工具通常选择中心轴对称的工具。当使用方形工作工具(或具有多于四个边的任何正多边形形式的截面)时，半径增大的桩的形状也接近圆形。根据所提出的方法完成对圆形桩模型的所有计算。在实践中，如果需要方形工作工具，则采用面积等于或大于圆形横截面积的正方形横截面工具。这对于井中填充和压实材料相等来说是必要的。

然后对基地区域进行额外的工程和地质调查，确定压实矿物土壤和木桩之间的变形模量，计算压实地基实际的平均减小的变形模量，与设计值进行比较。如果地基变形的实际平均减小的变形模量与设计值之间存在差异，则在先前安装的地基之间安装额外的地桩。

使用所提出的方法，可以在所选施工现场设计和进行责任较高的建筑物和结构的压实工作，按照规定的设计值，无需额外费用。

Claims (6)

1.压实由弱矿物土组成的地基的方法，包括形成井，将密封材料输送到每个井中并通过中空管状工作工具在密封材料上产生冲击以形成地桩，其特征在于，初步对基地进行地质工程勘察，并确定变形模量、泊松比、内摩擦角、特定粘附、比重、弱矿物土的初始孔隙系数的值，然后，将每个井的膨胀变形值ε_i设为0.1，计算地桩周围压实后弱矿物土的孔隙系数e_i，按以下公式计算：

e_i＝e₀-(1+e₀)·ε_i,

e_i--地桩周围压实后弱矿物土的孔隙系数；

e₀--待压实的弱矿物土的初始孔隙系数；

ε_i--井膨胀变形的可接受值，

并根据以下公式确定每个步骤中弱矿物土流动指数的预测值：

这里

I_L1-自然条件下弱矿物土流动性指数的值；

I_L2-压实后弱矿物土流动性指数值；

e₁-自然条件下弱矿物土孔隙系数值；

e₂-压实后弱矿物土孔隙系数值；

w₁-自然条件下弱矿物土的湿度；

w_p-可塑性临界点的弱矿物土的含水量，

然后按已知的标准值，根据获得的地桩周围压实后弱矿物土的孔隙系数e_i和压实后弱矿物土流动性指数值I_L2的值，取最接近地桩周围的变形模量E的初始值，然后进行将地桩放置间距设为等于中空管状工作工具的三倍直径的步骤，通过公式确定地基的实际平均减小的变形模量的值，

这里

-基座的实际平均减小的变形模量；

β--横向膨胀系数，对于复合土块而言为0.8；

-矿物土的相对压缩系数；

m_c-地桩材料的相对压缩系数；

-由地桩和周围土壤组成的地块的相对压缩系数；

-地桩周围矿物土的变形模量；

E_c-地桩材料的变形模量；

ε-井膨胀过程中待压实矿物土的体积变形值；

a-地桩的最终半径；

b-由地桩和周围矿物土组成的地块的半径，等于地桩放置间距设计值的一半，

将其与矿物土的设计变形模量进行比较，在获得的地基的实际平均减小的变形模量比设计的量小的情况下，以间距0.1来迭代增加井的膨胀变形值ε_i，并重复计算地基的实际平均减小的变形模量，直到地桩放置间距等于中空管状工作工具的直径的1.5倍，在这种情况下，对应于压实过程中可接受的膨胀变形值来增加井的半径，按以下公式计算：

其中，

r_р-扩展井的半径；

R-单个地桩的影响半径，等于地桩放置间距的一半；

ε-井膨胀过程中压实土体积变形的值，

压实所需的地桩长度值应等于从顶板到至少一层基底的距离，然后通过引入中空管状工作工具执行相应长度的地桩钻孔，通过中空管状工作工具的腔将密封材料送入钻孔，通过将中空管状工作工具压入密封材料中来进行形成地桩的密封作用，然后对基础区域进行额外的工程和地质调查，确定地桩之间压实矿物土的变形模量，计算压实基层的实际平均减小应变模量，并将其与设计值进行比较，如果地基实际平均减小的变形模量与设计值不一致，则在之前安装的地桩之间安装额外的地桩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中空管状工作工具的下端在被压入基座的地面之前，用滑阀或丢失的垫板将其盖上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将密封材料填充到中空管状工作工具的空腔中之后，打开中空管状工作工具的滑阀，将密封材料撒落井中，将中空管状工作工具升高到压实层的指定高度，之后，将中空管状工作工具压入密封材料中，在地桩整个长度上分层重复密封材料的压制操作，直到达成弱矿物土所需的压实。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用碎石和/或沙子和/或砾石用作密封材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中空管状工作工具选择中心轴对称的工具。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用惰性材料用作密封材料。