CN114687370B - 一种用于黄土自重湿陷性裂缝的勘察治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于黄土自重湿陷性裂缝的治理结构及勘察治理方法，治理结构包括单向防渗墙，单向防渗墙具有单向透水功能，单向防渗墙设于裂缝的四周，单向防渗墙的底部低于裂缝的底部；单向防渗墙及裂缝上方铺筑防渗垫层，防渗垫层的顶部与地面平齐；每个所述单向防渗墙的底部的纵截面呈V型，两端对称，单向防渗墙的最底部安装有带孔管道，带孔管道底部安装有抽水泵，抽水泵的出口通过管道连接至地面上。本发明增强了裂缝区域的防渗特性和承载能力，改善裂缝区域环境，大幅降低了裂缝对场地建设的不利影响，从根本上解决了黄土自重湿陷性问题，提高了土地利用效率，节约土地资源。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种用于黄土自重湿陷性裂缝的勘察治理方法。
背景技术
湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育，在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小，当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，强度迅速降低，产生较大附加下沉，若该压力小于黄土上覆土的饱和自重压力，则称之为自重湿陷性黄土。自重黄土湿陷性裂缝主要分布在中国北方黄土发育区，以山西、陕西、甘肃、宁夏以及青海、新疆的部分地区较严重。
目前对黄土自重湿陷性裂缝还没有系统的综合治理方法，传统治理方法单一，主要以简单的填充和加垫层手段为主，并没有对裂缝的宽度、深度以及长度等信息进行详细勘测和深入分析，所进行的填充治理只能针对地表大裂缝，无法判断地面以下裂缝发展状况，治理手段存在局限性；同时，经过填充处理后的地方与周边未经处理的土体相比物性存在很大差异，填充物一般是密度大、孔隙小的物质，这不仅没有消除湿陷，反而增加了地表荷载，更加剧了湿陷裂缝的发展；再者，传统的方法处理手段单一，未对裂缝的实际规模进行勘察，简单的填充及加防渗垫层，不能做到处理范围内水的单向迁移，经过雨水浸润后依然会产生新的湿陷裂缝，容易导致裂缝继续发展，难以从根本上解决自重湿陷性问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于黄土自重湿陷性裂缝的治理结构，增强了裂缝区域的防渗特性和承载能力，改善裂缝区域环境，大幅降低了裂缝对场地建设的不利影响，从根本上解决了黄土自重湿陷性问题，提高了土地利用效率，节约土地资源，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的另一目的是，提供一种用于黄土自重湿陷性裂缝的勘察治理方法。
本发明所采用的技术方案是，一种用于黄土湿陷性裂缝的治理结构，包括单向防渗墙，所述单向防渗墙具有单向透水功能，单向防渗墙设于裂缝的四周，单向防渗墙的底部低于裂缝的底部；单向防渗墙及裂缝上方铺筑防渗垫层，防渗垫层的顶部与地面平齐；
每个所述单向防渗墙的底部的纵截面呈V型，坡度为10°~20°，两端对称，单向防渗墙的最底部安装有带孔管道，带孔管道底部安装有抽水泵，抽水泵的出口通过管道连接至地面上。
进一步的，所述单向防渗墙包括多层单向透水结构，每层单向透水结构从远离裂缝至靠近裂缝的方向依次设有灰土垫层、透水混凝土层、钢丝网，钢丝网远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别设有第一防渗膜、第二防渗膜，第一防渗膜的厚度大于第二防渗膜的厚度，所述带孔管道设于透水混凝土层的底部。
进一步的，所述透水混凝土层的透水性为1mm/s-5.3 mm/s；孔隙率10%～20%。
进一步的，所述钢丝网为400目，厚度2~3mm。
进一步的，所述带孔管道的管身设置多个直径6~7mm的透水孔，透水孔呈梅花状分布，间距75~80mm，带孔管道的管身外包裹200~300目过滤网。
进一步的，所述透水混凝土层的厚度为110mm，灰土垫层厚度为200mm。
一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，采用上述一种用于黄土湿陷性裂缝的治理结构，包括以下步骤：
S1，勘测裂缝的位置、宽度、深度、长度信息；
S2，基于勘测的裂缝信息，在裂缝的四周设置具有单向透水功能的单向防渗墙，单向防渗墙及裂缝上方铺筑防渗垫层，防渗垫层的顶部与地面平齐；
S3，检测防渗效果，使得检测和监测数据满足规范的要求。
进一步的，所述步骤S1中，勘测裂缝信息采用地质雷达、示踪法或钻探法实现。
进一步的，所述步骤S2中，单向防渗墙的设置方法具体为：
S21：沿着裂缝开挖探槽，然后分层压实回填素土，在裂缝四周开挖，开挖段的底部坡度为10°~20°，两端对称；
S22：在开挖段，离裂缝112mm处、310mm处、422mm处、622mm处、734mm处分别沿裂缝长度方向布设模板，在距离较近的两个模板的两端布设有沿裂缝宽度方向的模板；
S23：分别在离裂缝内侧0mm处、离裂缝内侧312mm处、离裂缝内侧624mm处均设置有钢丝网；
S24：在模板围合的区域内浇筑透水混凝土，得透水混凝土层，透水混凝土层内预先置入带孔管道，带孔管道底部安装有抽水泵，抽水泵的出口通过管道连接至地面上；待透水混凝土凝固后，去掉所有模板；
S25：在透水混凝土层远离裂缝的一侧填筑灰土垫层，由外至内设置的灰土垫层、透水混凝土层的单向透水性能逐步增强，得到沿裂缝长度方向一侧的单向防渗墙；
S26：按照相同的方法，设置其它三方向的单向防渗墙，包围裂缝；
S27：每300mm~500mm高度施工一次，直到离地面2500mm处，单向防渗墙及裂缝上方铺筑防渗垫层，防渗垫层的顶部与地面平齐。
进一步的，所述步骤S23中，0mm处的钢丝网远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的聚氧化烷和厚度5±2µm的聚丙烯腈，312mm处的钢丝网远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的羧甲基化纤维素和厚度5±2µm的聚丙烯，624mm处的钢丝网远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的羧甲基化纤维素和厚度5±2µm的聚氯乙烯。
本发明的有益效果是：
1、本发明在黄土湿陷性地区对自重湿陷性裂缝进行综合勘察及处理，基于勘察的裂缝信息，特定结构的带孔管道、抽水泵及单向防渗墙的相互配合，单向透水，能很好的把渗透的水排出土体，阻断了水与土体的接触，同时增强了裂缝区域的承载能力，保持黄土自身优点的同时克服了黄土自重湿陷性裂缝的风险，从根本上解决湿陷问题，具有很好的耐久性及实用性，大幅降低了裂缝对场地建设的不利影响，提高了土地利用效率，节约土地资源。
2、本发明的开挖探槽可以采用地下连续墙施工工艺，施工速度快，自动化程度高；透水混凝土也可以选择预制的，加快施工速度。
3、本发明采用智能微动勘探技术对防渗效果进行监测，保证其效果，微动勘探具有施工简单、成本低、对环境影响小的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中所有测点的后形成扫描剖面图。
图2是本发明实施例中单向防渗墙的位置示意图。
图3是本发明实施例中单向防渗墙结构示意图。
图4是本发明实施例中单向防渗墙与裂缝的位置关系图。
图5是本发明实施例各测点的频散能量图。
图6是本发明实施例利用彩色剖面绘制等速度剖面图。
图中，1.单向防渗墙，2.带孔管道，3.抽水泵，4.防渗垫层，5.透水混凝土层，6.钢丝网，7.第一防渗膜，8.第二防渗膜，9.灰土垫层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，
一种用于黄土湿陷性裂缝的治理结构，包括单向防渗墙1，单向防渗墙1具有单向透水功能，单向防渗墙1设于裂缝的四周，单向防渗墙1的底部低于裂缝的底部；单向防渗墙1及裂缝上方铺筑防渗垫层4，防渗垫层4的顶部与地面平齐；
每个单向防渗墙1的底部的纵截面呈V型，坡度为10°~20°，两端对称，单向防渗墙1的最底部安装有带孔管道2，带孔管道2底部安装有抽水泵3，抽水泵3的出口通过管道连接至地面上。
实施例2，
一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，包括以下步骤：
S1，勘测裂缝的位置、宽度、深度、长度信息；用地质雷达、示踪法、钻探等手段探测裂缝的位置、宽度、深度、长度、规模等信息；保证对已产生的湿陷裂缝进行详细和综合的勘测。
地质雷达探测：具有分辨率高、定位准确、剖面直观、实时图像显示等优点，其原理为利用高频电磁比以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，返回地面，被布设在地表的接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达波剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性和几何形态而发生变化，因此，根据接收到的电磁波特征，即波的旅行时（亦称双城走时）、幅度、频率和波形等，经过雷达波场资料的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。而且地质雷达技术可针对地下裂缝连续扫描剖面图，能够清晰地反映地裂缝的位置和深度。
测线布置方式：根据现场调查，布设一条垂直裂缝走向的测线，沿裂缝两端各10m，测线长度共20m，测点步长根据裂缝实际宽度选取，一般选用0.5m~1m，选用天线中心频率为50MHz。如图1所示，测量所有测点的后形成扫描剖面图。
示踪法+钻探：用示踪法验证裂缝的准确位置、深度及规模，选择水灰比0.4或0.5的消石灰浆，加入缓凝剂延长其凝固时间，灌入裂缝内，待其凝固后，沿着消石灰浆凝固的位置进行钻探，直到消石灰浆消失为止。结合地质雷达探测结果，即可确定裂缝的宽度、深度及规模。
在消石灰浆灌注的裂缝处进行钻探，钻探采用DPP-100型汽车钻机及XY-150型工程钻机，开孔采用Ф150mm（汽车钻机）、Ф130mm（工程钻机）开孔钻具，钻进采用Ф130mm岩芯管合金钻头，终孔孔径不小于Ф110mm。钻探工艺：地下水位以上土层采用取土器连续静压，砂土及水位下黏性土采用泥浆护壁回转钻进。
S2：沿着裂缝开挖探槽，然后分层压实回填素土，基于步骤S1所得的探测结果，在裂缝四周设置单向防渗墙1，保证治理区土体不受环境变化影响（如降雨、渗水等）用于提高裂缝四周土体的防渗能力，防止裂缝继续发展，从根本上解决湿陷问题。
其中，单向防渗墙1的设置方法，包括以下步骤：
S21：首先开挖裂缝四周，开挖处距离裂缝300mm~500mm，避免干扰裂缝，开挖段的宽度为950mm，底部坡度为10°~20°，两端对称；裂缝的四周设置具有三层单向透水结构的单向防渗墙1，如图2-4所示。
S22：在开挖段，离裂缝112mm处、310mm处、422mm处、622mm处、734mm处分别沿裂缝长度方向布设模板，在距离较近的两个模板的两端布设有沿裂缝宽度方向的模板；模板长度由所要处理的裂缝长度来确定，模板高度为300mm。
S23：分别在离裂缝内侧0mm处、离裂缝内侧312mm处、离裂缝内侧624mm处均设置有钢丝网6；每个钢丝网6远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别设有第一防渗膜7、第二防渗膜8，第一防渗膜7的厚度大于第二防渗膜8的厚度，第一防渗膜7的厚度为40±2µm，第二防渗膜8的厚度为5±2µm；具体的，0mm处的钢丝网6远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有聚氧化烷（厚度40±2µm）和聚丙烯腈（厚度5±2µm），312mm处的钢丝网6远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有羧甲基化纤维素（厚度40±2µm）和聚丙烯（厚度5±2µm），624mm处的钢丝网6远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有羧甲基化纤维素（厚度40±2µm）和聚氯乙烯（厚度5±2µm）；
钢丝网6为的网孔为400目，厚度2mm；钢丝网6的长度由所要处理的裂缝长度和宽度来确定，高度为300mm；第一防渗膜7、第二防渗膜8起到防水作用，阻止水进入裂缝，避免裂缝继续发展。
S24：在模板围合的区域内浇筑透水混凝土，得透水混凝土层5，透水混凝土层5内预先置入带孔管道2，带孔管道2底部安装有抽水泵3，抽水泵3的出口通过管道连接至地面上；待透水混凝土凝固后，去掉所有模板；
其中，透水混凝土层5的厚度为110mm，带孔管道2直径110mm，带孔管道2（PVC管）从底部到离地面2500mm处的管身布置有多个透水孔，透水孔呈梅花状分布，透水孔直径6~7mm，间距75~80mm，管身外包裹200目过滤网。
S25：在透水混凝土层5远离裂缝的一侧填筑灰土垫层9，由外至内设置的灰土垫层9、透水混凝土层5的单向透水性能逐步增强，得到沿裂缝长度方向一侧的单向防渗墙1；将灰土（质量比2：8）或者水泥土（质量比1：9）填充至透水混凝土层5的外侧，压实，即得灰土垫层9，灰土垫层9厚度为200mm。由于碱性石灰粉和黏土中的二氧化硅、三氧化二铝之间产生了复杂的化学反应，夯实后的灰土具有很好的强度、耐水性和整体性。
S26：按照相同的方法，设置其它三方向的单向防渗墙1，包围裂缝；
S27：每300mm~500mm高度施工一次，直到离地面2500mm处，单向防渗墙1及裂缝上方铺筑防渗垫层4，防渗垫层4用质量比2：8灰土做，厚度2500mm，防渗垫层4的顶部与地面平齐。
注：透水混凝土的技术指标分为拌合物指标和硬化混凝土指标。
(1)拌合物：坍落度（与普通混凝土不同，透水混凝土无坍落度要求）；凝结时间（初凝不少于2h）；浆体包裹程度（包裹均匀，手攥成团，有金属光泽）。
(2)硬化混凝土：强度（C15～C30 ）；透水性为1mm/s-5.3 mm/s；孔隙率10%～20%。
(3)抗冻融循环：不低于 D100。
本发明实施例带孔管道2、抽水泵3、单向防渗墙1的相互配合，能很好的把渗透的水排出土体，起到良好的耐久性及实用性。透水混凝土层5内部具有连续孔径，既具有透水性又具有足够的强度，单向防渗墙1周围土体的水被灰土垫层9吸收，透水混凝土层5底部的水依次通过带孔管道2、抽水泵3及时排出；此外，透水混凝土层5的毛细吸水作用与透水混凝土层5的孔隙率、透水系数密切相关，透水混凝土层5内部水分的毛细作用，有利于灰土垫层9中的水分迁移至透水混凝土层5中，最终通过带孔管道2、抽水泵3及时排出。防止水渗透到裂缝内部，避免裂缝进一步发展，增强了有裂缝区域的承载能力，保持黄土自身优点的同时克服了黄土自重湿陷性裂缝的风险，从根本上解决黄土自重湿陷性问题，大幅降低了裂缝对场地建设的不利影响，提高了土地利用效率，节约土地资源。
S3：用智能微动勘探技术检测防渗效果，同时用物探（微动勘探）手段检测深度裂缝位置及规模，根据现场测得的天然源面波记录利用SPAC法（空间自相关）计算可得各测点的频散能量图（即频率速度谱），如图5所示，并转换为速度深度域频散曲线，根据面波频散曲线的特征确定面波层速度，由式（1）反演得到横波速度，绘制面波彩色剖面图，如图6所示，利用彩色剖面绘制等速度剖面图，保证所有的检测和监测数据满足规范的要求，达到裂缝勘察的目的。
(1)；
(2)；
式中：V S为地层的剪切波速度（m/s）；V R为地层的面波速度（m/s）；η S为面波和剪切波速度换算系数；μ d 为泊松比。
从图6的面波彩色剖面图即可分析出裂缝的处理效果。微动勘探具有施工简单、成本低、对环境无影响的优点。测线布置方式：由于场地条件限制，微动台阵采用一字型，测线垂直裂缝走向，裂缝两端各10m，测点步长1m。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，采用一种用于黄土湿陷性裂缝的治理结构，包括单向防渗墙（1），所述单向防渗墙（1）具有单向透水功能，单向防渗墙（1）设于裂缝的四周，单向防渗墙（1）的底部低于裂缝的底部；单向防渗墙（1）及裂缝上方铺筑防渗垫层（4），防渗垫层（4）的顶部与地面平齐；
每个所述单向防渗墙（1）的底部的纵截面呈V型，坡度为10°~ 20°，两端对称，单向防渗墙（1）的最底部安装有带孔管道（2），带孔管道（2）底部安装有抽水泵（3），抽水泵（3）的出口通过管道连接至地面上；
包括以下步骤：
S1，勘测裂缝的位置、宽度、深度、长度信息；
S2，基于勘测的裂缝信息，在裂缝的四周设置具有单向透水功能的单向防渗墙（1），单向防渗墙（1）及裂缝上方铺筑防渗垫层（4），防渗垫层（4）的顶部与地面平齐；
S3，检测防渗效果，使得检测和监测数据满足规范的要求；
所述步骤S2中，单向防渗墙（1）的设置方法具体为：
S21：沿着裂缝开挖探槽，然后分层压实回填素土，在裂缝四周开挖，开挖段的底部坡度为10°~ 20°，两端对称；
S22：在开挖段，离裂缝112mm处、310mm处、422mm处、622mm处、734mm处分别沿裂缝长度方向布设模板，在距离较近的两个模板的两端布设有沿裂缝宽度方向的模板；
S23：分别在离裂缝内侧0mm处、离裂缝内侧312mm处、离裂缝内侧624mm处均设置有钢丝网（6）；
S24：在模板围合的区域内浇筑透水混凝土，得透水混凝土层（5），透水混凝土层（5）内预先置入带孔管道（2），带孔管道（2）底部安装有抽水泵（3），抽水泵（3）的出口通过管道连接至地面上；待透水混凝土凝固后，去掉所有模板；
S25：在透水混凝土层（5）远离裂缝的一侧填筑灰土垫层（9），由外至内设置的灰土垫层（9）、透水混凝土层（5）的单向透水性能逐步增强；得到沿裂缝长度方向一侧的单向防渗墙（1）；
S26：按照相同的方法，设置其它三方向的单向防渗墙（1），包围裂缝；
S27：每300mm ~ 500mm高度施工一次，直到离地面2500mm处，单向防渗墙（1）及裂缝上方铺筑防渗垫层（4），防渗垫层（4）的顶部与地面平齐。
2.根据权利要求1所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述单向防渗墙（1）包括多层单向透水结构，每层单向透水结构从远离裂缝至靠近裂缝的方向依次设有灰土垫层（9）、透水混凝土层（5）、钢丝网（6），钢丝网（6）远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别设有第一防渗膜（7）、第二防渗膜（8），第一防渗膜（7）的厚度大于第二防渗膜（8）的厚度，所述带孔管道（2）设于透水混凝土层（5）的底部。
3.根据权利要求2所述用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述透水混凝土层（5）的透水性为1mm/s-5.3 mm/s；孔隙率10%～20%。
4.根据权利要求2所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述钢丝网（6）为400目，厚度2 ~ 3mm。
5.根据权利要求1所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述带孔管道（2）的管身设置多个直径6 ~ 7mm的透水孔，透水孔呈梅花状分布，间距75 ~ 80mm，带孔管道（2）的管身外包裹200 ~ 300目过滤网。
6.根据权利要求2所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述透水混凝土层（5）的厚度为110mm，灰土垫层（9）厚度为200mm。
7.根据权利要求1所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述步骤S1中，勘测裂缝信息采用地质雷达、示踪法或钻探法实现。
8.根据权利要求1所述一种用于黄土湿陷性裂缝的勘察治理方法，其特征在于，所述步骤S23中，0mm处的钢丝网（6）远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的聚氧化烷和厚度5±2µm的聚丙烯腈，312mm处的钢丝网（6）远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的羧甲基化纤维素和厚度5±2µm的聚丙烯，624mm处的钢丝网（6）远离裂缝和靠近裂缝的一侧分别喷有厚度40±2µm的羧甲基化纤维素和厚度5±2µm的聚氯乙烯。
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