CN110656546B - 一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水性混凝土块及超软弱地基浅层处理方法，通过模具浇筑的混凝土块底部为锥形凹槽，将其铺设在软基上，混凝土块下方的软土受到由混凝土块自身重力而产生的挤压作用后，超孔隙水压力上升，锥形凹槽内瞬间被剪切变形的土颗粒填充，由于这种向内凹的形状效应，凹槽下方能够形成一个暂时解除了剪切变形条件的阻力面，部分土颗粒被锁在这种结构中。同时，孔隙水通过透水混凝土的孔隙排出，孔压逐渐消散，从而约束了原土被挤出，限制了深层软土的剪切变形，将地基的沉降量控制在最小值，保证上层结构的稳定性。

Description

一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法

技术领域

本发明属于超软弱地基浅层处理领域，特别是涉及一种透水性混凝土块及超软弱地基浅层处理方法。

背景技术

由于我国地域辽阔，分布着大面积的软土层，这类土含水量高、抗剪强度低、孔隙比大、触变性强、沉降稳定时间较长，在道路施工完成后，其质量和耐用性不能满足实际的要求。因此，为满足公路的强度和稳定性要求，必须要在天然路基上进行软基处理，从而减小路基的沉降和变形。

发明人发现现有的软基处理方法主要从改良土质、换土垫层、补强地基等原理入手，例如抛石填筑、排水砂垫层、盲沟等。传统的加固方式能够在一定程度上提高地基承载力，但是下层软土的剪切变形仍在发生。

发明内容

为了解决现有技术中软基处理时存在的下层软土的剪切变形发生的问题，本

发明的第一发明目的是提出一种新的混凝土块，通过改进结构使得混凝土块具有加固和减震的双重功效，能够大大提高地基稳定性，在工程领域具有重要的理论创新价值及广阔的应用前景。

本发明的第二发明目的是提出一种利用该混凝土切块进行超软弱地基浅层处理的方法，该方法能够大大提高地基稳定性，在工程领域具有重要的理论创新价值及广阔的应用前景。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提出的一种混凝土块，其顶部平整，其底部设有向混凝土块内部凹陷的锥形凹槽。

作为进一步的技术方案，在所述的混凝土块的两个相对侧面上具有与相邻混凝土块配合的凸起部，其中一个侧面上的凸起部位于混凝土块上部，另外一个侧面上的凸起部位于混凝土的下部。

作为进一步的技术方案，在所述的混凝土块的两个相对侧面上预埋有钢构件；以实现相邻混凝土块之间的连接。

本发明还提出了一种利用前面所述的混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法，包括以下步骤：

制作透水混凝土块；

在透水混凝土块成型后，在混凝土块外部裹一层土工布；

将包裹土工布的单个透水混凝土块起吊后，铺设在软弱土层上方；然后起吊另一个透水混凝土块，同样的铺设在软弱土层上方，然后连接相邻的两块透水混凝土块，按照同样的方式铺设和连接剩余的透水混凝土块，形成一个整体；

铺设完成后在透水混凝土上部加压进行强制固结，提高其透水效率，促进超孔隙水压快速消散，降低差异沉降，加快地基固结速度。

作为进一步的技术方案，所述的透水混凝土块的目标孔隙率为20%，水灰比为0.36，渗透系数为5×10^-4cm/s，采用集料表面包裹法进行投料搅拌，保证集料表面包裹的水泥浆胶结层厚度均匀，从而提高透水混凝土的强度，保证了贯通性孔隙率，具有良好的透水性。

作为进一步的技术方案，相邻的两块透水混凝土块利用几何形状自身的咬合作用连接在一起，即根据透水性混凝土块的厚度，在混凝土块侧面相对的方向上留有满足横向连接和纵向连接的凸起，恰好可以依靠自身的咬合作用紧密连接在一起。

作为进一步的技术方案，相邻的两块透水混凝土块利用高强螺栓连接，在混凝土块中预埋钢构件，在钢构件上预留螺栓孔，通过高强抗剪螺栓连接，形成联锁矩阵，利用高强螺栓强大的预拉力，使混凝土块之间的接触面产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向上有较大的摩擦力，依靠这种摩擦力承受下层软土所传递的剪切力，能够提高深层软土的抗剪能力。同时螺栓连接能够限制混凝土块水平方向和竖直方向的位移，使结构保持整体性。

作为进一步的技术方案，将包裹土工布的透水混凝土块用柔性加筋带呈“十字型”箍套住，整体范围内绑扎，利用柔性加筋带的高强性能，将混凝土块起吊，并铺设在软弱土层上方。

作为进一步的技术方案，所述的透水混凝土块是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土块。

本发明在模具中浇筑透水混凝土，并硬化至一定强度，形成一种上部平整，底部带有锥形凹槽的混凝土块，在软基处理过程中，紧密排列的混凝土块在上部荷载的压实作用下，能够约束原土挤出，透水混凝土作为填充材料可以快速消散超孔隙水压，且其硬化后的强度可以限制地基剪切变形，凹槽结构可以形成一个暂时解除剪切变形的阻力面，由此达到加固软土地基和提高地基承载力的目的，为改善和解决软弱地基的承载力问题提供理论依据和技术支撑。

本发明的有益效果：

（1）底部锥形凹槽的形状效应

通过专用模具浇筑的混凝土块底部为锥形凹槽，将其铺设在软基上，混凝土块下方的软土受到由混凝土块自身重力而产生的挤压作用后，超孔隙水压力上升，锥形凹槽内瞬间被剪切变形的土颗粒填充，由于这种向内凹的形状效应，凹槽下方能够形成一个暂时解除了剪切变形条件的阻力面，部分土颗粒被锁在这种结构中。具体结构如图1所示。同时，孔隙水通过透水混凝土的孔隙排出，孔压逐渐消散，从而约束了原土被挤出，限制了深层软土的剪切变形，将地基的沉降量控制在最小值，保证上层结构的稳定性。

（2）混凝土块对软基的加固作用

下层软土受到上层混凝土块因自身重力产生的挤压作用，部分软土被挤走，从而使混凝土块成为主要的承重的结构，部分残留在铺设缝隙中的软弱土起胶结作用，两部分共同作用达到加固地基的效果。在铺设完成后，对混凝土块进行振动碾压，下层软土的结构受到一定的影响，土颗粒重新排列，通过置换紧密作用，使混凝土块充分挤填到浅层软土中，以提高地基承载力，减小沉降。

（3）材料的功能性

透水混凝土是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，不含细骨料，具有高透水性和高承载力。通过透水混凝土块的自重作用，下层软土的结构重新排列。同时，超静孔隙水压力部分通过透水混凝土的蜂窝状结构快速消散，另一部分向混凝土块的影响范围以外消散，使软弱下卧层的软土性质改变，双向加快地基土的固结沉降。硬化后的混凝土块表面平整，并具有一定的强度，有利于进一步振动夯实。另外，在振动作用下，混凝土块仍然能保持渗透性。另外，由于透水混凝土孔隙较大，其表面与软土之间的摩擦较大，能够在一定程度上吸收地基振动产生的能量，起到加固与减振的双重功效，从而大大提高地基的稳定性。外层包裹的土工布具有防堵塞的功效，避免软弱土质大量进入透水混凝土的孔隙，削弱透水作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是一种透水混凝土块结构示意图；

图2、图4是普通抛石垫层加固原理示意图；

图3、图5是底部呈锥形凹槽的透水混凝土块的加固原理图；

图6是另外一种透水混凝土块结构示意图；

图7是两个透水混凝土纵向咬合的结构示意图；

图8是高强螺栓连接状态下的透水混凝土块结构示意图；

图9柔性加筋带的布置示意图；

图10起吊示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有的软基处理方法主要从改良土质、换土垫层、补强地基等原理入手，例如抛石填筑、排水砂垫层、盲沟等。传统的加固方式能够在一定程度上提高地基承载力，但是下层软土的剪切变形仍在发生，为此，本发明提出了一种超软弱地基浅层处理技术，将透水混凝土浇筑于专用模具中，成型后形成一种上部平整，底部带有锥形凹槽的混凝土块，再用土工布将整体结构包裹住，防止透水过程中内部发生堵塞。混凝土块之间可以相互嵌固，约束原土挤出。同时，透水混凝土可以加快超孔隙水压力的消散，加速地基土固结，限制深层软土的剪切变形，从而快速有效地提高地基承载力。同时，由于透水混凝土块具有独特的孔隙结构，可以增大与地基土之间的摩擦，并能够吸收地基振动时所产生的能量，从而起到减振效果，使地基液化得到控制。该方法通过改进结构和优化填筑材料使得混凝土块具有加固和减震的双重功效，能够大大提高地基稳定性，在工程领域具有重要的理论创新价值及广阔的应用前景。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种混凝土块，其特征在于，其顶部平整，其底部设有向混凝土块内部凹陷的锥形凹槽，如图1所示，通过模具浇筑的混凝土块底部为锥形凹槽，将其铺设在软基上，混凝土块下方的软土受到由混凝土块自身重力而产生的挤压作用后，超孔隙水压力上升，锥形凹槽内瞬间被剪切变形的土颗粒填充，由于这种向内凹的形状效应，凹槽下方能够形成一个暂时解除了剪切变形条件的阻力面，部分土颗粒被锁在这种结构中。同时，孔隙水通过透水混凝土的孔隙排出，孔压逐渐消散，从而约束了原土被挤出，限制了深层软土的剪切变形，将地基的沉降量控制在最小值，保证上层结构的稳定性。普通抛石垫层软基处理原理和底部呈锥形凹槽的透水混凝土块的加固原理对照图如下图2、图3、图4、图5所示。

作为进一步的技术方案，为了实现相邻混凝土之间的连接，如图6所示，在所述的混凝土块的两个相对侧面上具有与相邻混凝土块配合的凸起部，其中一个侧面上的凸起部位于混凝土块上部，另外一个侧面上的凸起部位于混凝土的下部。通过该方式，可以使整体混凝土块形成一个整体，相邻混凝土块之间相互承托，保持铺面的完整性，避免竖直方向上产生过大的差异沉降。

作为进一步的技术方案，为了实现相邻混凝土之间的连接，如图8所示，在所述的混凝土块的两个相对侧面上预埋有钢构件；以实现相邻混凝土块之间的连接；在混凝土块中预埋钢构件，预留螺栓孔，通过高强抗剪螺栓连接，形成联锁矩阵，利用高强螺栓强大的预拉力，使混凝土块之间的接触面产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向上有较大的摩擦力，依靠这种摩擦力承受下层软土所传递的剪切力，能够提高深层软土的抗剪能力。同时螺栓连接能够限制混凝土块水平方向和竖直方向的位移，使结构保持整体性。

超软弱地基浅层处理方法，具体的实施步骤如下：

（1）透水混凝土块的尺寸及配合指标的确定

透水混凝土块的尺寸为100cm×100cm，两侧厚度为50cm，中间最薄处的厚度为20cm；两翼保持一上一下，厚度为25cm，具体尺寸如下图6所示。配合指标：目标孔隙率为20%，水灰比为0.36，渗透系数为5×10^-4cm/s，采用集料表面包裹法进行投料搅拌，保证集料表面包裹的水泥浆胶结层厚度均匀，从而提高透水混凝土的强度，保证了贯通性孔隙率，具有良好的透水性。

（2）透水混凝土块之间的连接

透水混凝土块之间的连接有以下几种方案可供选择：

利用几何形状自身的咬合作用；

根据透水性混凝土块的厚度，在混凝土块侧面相对的方向上留有满足横向连接和纵向连接的凹槽，恰好可以依靠自身的咬合作用紧密连接在一起，如图7所示。通过该方式，可以使整体混凝土块形成一个整体，相邻混凝土块之间相互承托，保持铺面的完整性，避免竖直方向上产生过大的差异沉降。

利用高强螺栓连接：

如下图8所示，在混凝土块中预埋钢构件，预留螺栓孔，通过高强抗剪螺栓连接，形成联锁矩阵，利用高强螺栓强大的预拉力，使混凝土块之间的接触面产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向上有较大的摩擦力，依靠这种摩擦力承受下层软土所传递的剪切力，能够提高深层软土的抗剪能力。同时螺栓连接能够限制混凝土块水平方向和竖直方向的位移，使结构保持整体性。

（3）透水混凝土块的浇筑与铺设

浇筑：将搅拌好的水泥浆均匀浇筑在模具中，在浇筑过程中应该轻振铺平后的透水性混凝土混合料，要注意控制频率，否则会使上层混凝土过于密实面减少孔隙率，影响透水效果。另外，摊铺要及时，避免因初凝时间过短引起铺设不均匀。透水混凝土浇筑完成后要进行为期7天的养护，混凝土硬化后，其上表面较为平整并具有较高的强度。成型后，在混凝土块外部裹一层土工布。

铺设：将包裹土工布的透水混凝土块用柔性加筋带呈“十字型”箍套住，整体范围内绑扎，利用柔性加筋带的高强性能，将混凝土块起吊，并铺设在软弱土层上方。柔性加筋带的示意图如图9、图10。透水混凝土块要边铺设边进行连接，相互之间形成一个整体，环环相扣。铺设完成后需要在上部加压进行强制固结，提高其透水效率，促进超孔隙水压快速消散，降低差异沉降，加快地基固结速度。强制固结压力控制在100~300kPa。

具体实施例：

某湿地公园三面环水，地下水位较高，地下水渗出量较大，周围土壤液化严重，地基及其不稳定。现需要在此修建一条临时道路，采用改良式的土工袋进行软基加固。在软弱底层上铺设一层底部带有锥形凹槽的透水混凝土块，施工速度较快，每天的铺设量可达500~600个混凝土块。施工后实施的现场CBR测试结果显示，平板承载试验为194kPa，超过设计基准值。施工后监控：在完工后的10个月，此湿地公园临时道路的沉降量得到有效控制。由此可见，利用这种底部带有锥形凹槽的透水混凝土块处理软弱地基，不仅能达到软基处理的预期效果，而且其施工过程对于周边环境影响较小，同时能够大大缩短工期。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作透水混凝土块；所述的透水混凝土块是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土块；所述透水混凝土块顶部平整，其底部设有向混凝土块内部凹陷的锥形凹槽；

在透水混凝土块成型后，在混凝土块外部裹一层土工布；

将包裹土工布的单个透水混凝土块起吊后，铺设在软弱土层上方，透水混凝土块带有锥形凹槽的一面朝向地面；然后起吊另一个透水混凝土块，同样的铺设在软弱土层上方，然后连接相邻的两块透水混凝土块，按照同样的方式铺设和连接剩余的透水混凝土块，形成一个整体；

根据透水性混凝土块的厚度，在混凝土块侧面相对的方向上留有满足横向连接和纵向连接的凸起，依靠自身的咬合作用紧密连接在一起；

铺设完成后在透水混凝土上部加压进行强制固结。

2.如权利要求1所述的一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法，其特征在于，所述的透水混凝土块的目标孔隙率为20%，水灰比为0.36，渗透系数为5×10^-4cm/s，采用集料表面包裹法进行投料搅拌。

3.如权利要求1所述的一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法，其特征在于，在混凝土块中预埋钢构件，在钢构件上预留螺栓孔，通过高强抗剪螺栓连接相邻的透水混凝土块，形成联锁矩阵。

4.如权利要求1所述的一种利用透水性混凝土块进行超软弱地基浅层处理方法，其特征在于，将包裹土工布的透水混凝土块用柔性加筋带呈“十字型”箍套住，整体范围内绑扎，利用柔性加筋带的高强性能，将混凝土块起吊，并铺设在软弱土层上方。

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