一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系及加固方法与流程

本发明属于地基加固工程领域，涉及一种黄土地基加固体系及加固方法，尤其涉及一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系及加固方法。

背景技术：

我国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区，约占国土面积的6.6％。湿陷性黄土土质较均匀、结构疏松、孔隙发育，由于具有不同于普通细粒土的特殊成分和性质。在干燥状态小土体强度较高，压缩性较小，但浸水后土体结构迅速破坏而产生显著下沉变形，土体强度迅速降低，地基承载力大幅减小。

由于湿陷性黄土具有上述不良工程地质特性，且湿陷性黄土在浸水后的湿陷变形具有局部性、突然性和不均匀性，导致修建在其上的建筑物或构筑物常产生不均匀沉降，并伴随裂缝的出现，严重影响建筑物的安全，潜在危害性巨大。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种结构力学性能合理、整体性和防渗性好以及承载力高的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系及加固方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，其特征在于：所述湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系包括加筋碎石桩、土工格室加筋碎石层、EVA防水板、土工布垫层以及混凝土面层；所述加筋碎石桩纵向伸入待加固的湿陷性黄土地基层中；所述加筋碎石桩是多根并行设置；多根加筋碎石桩并行设置后的截面呈梅花形；所述土工格室加筋碎石层平铺设置在多根加筋碎石桩的上表面；所述混凝土面层、土工布垫层以及EVA防水板自上而下依次铺设在土工格室加筋碎石层的上表面；所述加筋碎石桩与土工格室加筋碎石层通过预埋注浆管进行联合注浆并形成整体的加筋碎石框架结构加固体系。

作为优选，本发明所采用的加筋碎石桩包括土工格栅套筒以及填充在土工格栅套筒内部的碎石；所述加筋碎石桩的桩径是0.5m～1.0m；所述相邻两根加筋碎石桩的桩间距是3m～5m；所述土工格栅套筒中所填充的碎石的最大粒径不大于80mm，所述土工格栅套筒中所填充的碎石的含泥量不大于5％；所述土工格栅套筒是由抗拉强度不低于30kN/m的土工格栅制成；土工格栅制作土工格栅套筒需要搭接时，土工格栅的搭接长度不小于30cm。

作为优选，本发明所采用的土工格室加筋碎石层包括土工格室以及填充在土工格室中的碎石；所述土工格室的抗拉强度不小于150kN/m；所述土工格室的断裂延伸率不大于10％；所述土工格室中的碎石的最大粒径不大于100mm；所述土工格室中的碎石的含泥量不大于5％；所述土工格室加筋碎石层的厚度为20cm～50cm。

作为优选，本发明所采用的EVA防水板的抗拉强度不小于18MPa，所述EVA防水板的断裂延伸率不小于550％，所述EVA防水板的撕裂强度不小于100kN/m。

作为优选，本发明所采用的土工布垫层的单位面积质量不低于200g/m²。

作为优选，本发明所采用的联合注浆时采用的注浆液是水泥浆；所述水泥浆中掺入水玻璃以及UEA膨胀剂；所述水玻璃与水泥浆的重量比是1％～3％；所述UEA膨胀剂与水泥浆的重量比是8％～10％；所述水泥浆中的水灰比范围是0.8：1～1：1；所述联合注浆时的注浆压力为0.1～0.5Mpa。

作为优选，本发明所采用的混凝土面层的混凝土强度等级不小于C25，所述混凝土面层的厚度不小于30cm。

一种基于如上所述的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系的加固方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)整平场地，进行施工放线，确定设计桩孔位置；

2)采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻至设计深度并进行清孔；

3)沿孔壁内侧安放土工格栅套筒，预埋注浆管；

4)向孔内分批填筑碎石并振捣直至孔内碎石填筑完成；

5)在湿陷性黄土地基上铺设土工格室，并填筑碎石至标高；

6)待碎石填筑完成后，通过已预埋的注浆管，自下而上进行注浆，注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管，依次完成加筋碎石桩以及土工格室加筋碎石层的注浆工作；当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当注浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆；必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至注浆液填充满土工格室加筋碎石层，结束注浆工作；

7)待注浆液凝固并达到预期强度后，自下而上依次铺设EVA防水板以及土工布5各一层；

8)铺设混凝土面层。

本发明的优点：

本发明提供了一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，该加固体系包括加筋碎石桩、土工格室碎石层、EVA防水板、土工布垫层和混凝土面层。加筋碎石桩、土工格室加筋碎石层、EVA防水板、土工布垫层和混凝土面层自下而上依次布设；加筋碎石桩和土工格室加筋碎石层通过预埋注浆管进行联合注浆，形成一个整体的加筋碎石框架结构加固体系。本发明针对湿陷性黄土地基遇水湿陷，产生不均匀沉降变形，同时承载力大幅降低，严重危害上覆建筑物安全性的工程实际问题，提供了一种结构力学性能合理、整体性和防渗性好以及承载力高的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系。本发明显著提高了湿陷性黄土地基的整体性稳定性，极大提高了湿陷性黄土路基的承载能力；同时，EVA防水板以及土工布垫层具有较好的防渗性能，可以避免湿陷性黄土地基因水分浸入产生的不均匀沉降变形。

附图说明

图1是本发明所提供的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系的剖视结构示意图；

图2是本发明所采用的加筋碎石桩的平面结构示意图；

图3是本发明所采用的土工格室加筋碎石层的剖视结构示意图；

图4是本发明所采用的加筋碎石桩和土工格室加筋碎石层联合注浆示意图；

其中：

1-湿陷性黄土地基层；2-加筋碎石桩；3-土工格室加筋碎石层；4-EVA防水板；5-土工布垫层；6-混凝土面层；7-碎石；8-土工格栅套筒；9-土工格室；10-注浆管；11-注浆泵。

具体实施方式

参见图1，本发明公开了一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，该湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系包括加筋碎石桩2、土工格室加筋碎石层3、EVA防水板4、土工布垫层5以及混凝土面层6；加筋碎石桩2纵向伸入待加固的湿陷性黄土地基层1中；加筋碎石桩2是多根并行设置；多根加筋碎石桩2并行设置后的截面呈梅花形；土工格室加筋碎石层3平铺设置在多根加筋碎石桩2的上表面；混凝土面层6、土工布垫层5以及EVA防水板4自上而下依次铺设在土工格室加筋碎石层3的上表面；加筋碎石桩2与土工格室加筋碎石层3通过预埋注浆管进行联合注浆并形成整体的加筋碎石框架结构加固体系。

参见图2，本发明所采用的加筋碎石桩2包括土工格栅套筒8以及填充在土工格栅套筒8内部的碎石7；加筋碎石桩2的桩径是0.5m～1.0m；相邻两根加筋碎石桩2的桩间距是3m～5m；土工格栅套筒8中所填充的碎石7的最大粒径不大于80mm，土工格栅套筒8中所填充的碎石7的含泥量不大于5％；土工格栅套筒8是由抗拉强度不低于30kN/m的土工格栅制成；土工格栅制作土工格栅套筒8需要搭接时，土工格栅的搭接长度不小于30cm。

参见图3，本发明所采用的土工格室加筋碎石层3包括土工格室9以及填充在土工格室9中的碎石；土工格室9的抗拉强度不小于150kN/m；土工格室9的断裂延伸率不大于10％；土工格室9中的碎石的最大粒径不大于100mm；土工格室9中的碎石的含泥量不大于5％；土工格室加筋碎石层3的厚度为20cm～50cm。

EVA防水板4的抗拉强度不小于18MPa，EVA防水板4的断裂延伸率不小于550％，EVA防水板4的撕裂强度不小于100kN/m。土工布垫层5的单位面积质量不低于200g/m²。联合注浆时采用的注浆液是水泥浆；水泥浆中掺入水玻璃以及UEA膨胀剂；水玻璃与水泥浆的重量比是1％～3％；UEA膨胀剂与水泥浆的重量比是8％～10％；水泥浆中的水灰比范围是0.8：1～1：1；联合注浆时的注浆压力为0.1～0.5Mpa。混凝土面层6的混凝土强度等级不小于C25，混凝土面层6的厚度不小于30cm。

本发明在提供湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系的同时，还公开了一种基于该加固体系的加固方法，该方法包括以下步骤：

1)整平场地，进行施工放线，确定设计桩孔位置；

2)采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻至设计深度并进行清孔；

3)沿孔壁内侧安放土工格栅套筒8，预埋注浆管10；

4)向孔内分批填筑碎石7并振捣直至孔内碎石填筑完成；

5)在湿陷性黄土地基1上铺设土工格室9，并填筑碎石7至标高；

6)待碎石7填筑完成后，通过注浆泵以及已预埋的注浆管10，自下而上进行注浆，注浆过程请参见图4，在注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管10，依次完成加筋碎石桩2以及土工格室加筋碎石层3的注浆工作；当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当注浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆；必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至注浆液填充满土工格室加筋碎石层3，结束注浆工作；

7)待注浆液凝固并达到预期强度后，自下而上依次铺设EVA防水板4以及土工布5各一层；

8)铺设混凝土面层6。

下面结合具体的实施例对本发明所述的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系及其施工方法做进一步说明。

实施例1

如图1～4所示，一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，包括湿陷性黄土地基层1、加筋碎石桩2、土工格室加筋碎石层3、EVA防水板4、土工布垫层5和混凝土面层6；其中，加筋碎石桩2、土工格室加筋碎石层3、EVA防水板4、土工布垫层5和混凝土面层6自下而上依次布设；加筋碎石桩2和土工格室加筋碎石层3通过预埋注浆管10进行联合注浆，形成一个整体的框架结构加固体系。

加筋碎石桩2的直径为1.0m，长度为3m，呈梅花形布置，水平向间距为5m；土工格栅套筒8的抗拉强度为50kN/m，幅宽3m。土工格室加筋碎石层3的厚度为30cm，土工格室9抗拉强度为300kN/m，最大延伸率为5％。EVA防水板4的抗拉强度为20MPa，断裂延伸率650％，撕裂强度110kN/m。土工布5的单位面积质量250g/m²。注浆液为32.5级矿渣水泥浆，并掺入3％的水玻璃，掺入9％的UEA膨胀剂，水灰比为0.8：1，注浆压力为0.3Mpa。混凝土面层6的混凝土强度等级为C30，混凝土面层6的厚度为30cm。

本发明提供的湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，其施工步骤如下：

1)整平场地，进行施工放线，确定设计桩孔位置。

2)采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻至设计深度并进行清孔。

3)沿孔壁内侧安放土工格栅套筒8，预埋注浆管10。

4)向孔内分批填筑碎石7并振捣直至孔内碎石填筑完成。

5)在湿陷性黄土地基1上铺设土工格室9，并填筑碎石7至标高。

6)土工格室加筋碎石层3施工完毕后，通过已预埋的注浆管10，按图4所示自下而上进行注浆，注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管10，依次完成加筋碎石桩2以及土工格室加筋碎石层3的注浆工作。其中下部注浆工作应连续进行，当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆。必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至浆液填充满土工格室加筋碎石层3，结束注浆工作。

7)待浆液凝固并达到一定强度后，依次铺设EVA防水板4和土工布5各一层。

8)铺设混凝土面层6。

本发明提供了一种湿陷性黄土地基碎石框架结构加固体系，该体系加筋碎石桩2、土工格室碎石层3、EVA防水板4、土工布垫层5和混凝土面层6。其中，加筋碎石桩2和土工格室碎石层3通过整体注浆而形成的框架结构加固体系，显著提高了湿陷性黄土地基1的整体性稳定性，极大提高了湿陷性黄土路基1的承载能力；同时，EVA防水板4以及土工布垫层5具有较好的防渗性能，可以避免湿陷性黄土地基1因水分浸入导致承载力降低以及不均匀沉降变形等问题的产生。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，凡对本发明技术方案进行等效修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。