一种加固膨胀土基坑边坡的方法与流程

本发明涉及一种膨胀土基坑改良领域，具体涉及一种基于微波加固膨胀土基坑边坡的方法。

背景技术：

城市化建设不断发展，各地高层建筑层出不穷，城市用地就显得捉襟见肘，对地下空间利用要求的提高使得基坑越来越深，随之而来的基坑安全事故也越来越频繁。基坑工程在整个建设工程的安全、成本中起着决定性影响，因此不可忽视其重要性。而膨胀土作为一种特殊性质的黏土,其含有大量的亲水性矿物，具有吸水膨胀、失水收缩的特点，在人工开挖、降雨等情况下易造成基坑失稳。同时膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布，在工程中经常由于对膨胀土性质认识不足，对深基坑支护的疏忽，造成边坡垮塌、支护变形过大、周围建筑沉降等重大工程问题。因此，对膨胀土基坑边坡的支护问题解决刻不容缓。

在传统的边坡支护技术中,大都通过外力加固形成一定的支护作用，如锚杆锚索、土钉墙支护以及挡土墙,高压喷射注浆法是一种较新但技术较为成熟的支护手段,应用于很多深基坑边坡的支护。使用注浆法进行基坑支护操作简单、固结体强度大、可靠性高。但是由于膨胀土的水敏性高，仅1％-2％的含水量变化就会引起体积膨胀，尚未凝固的水泥浆中的水分会引起土中含水率的暂时增加，影响土体稳定性。同时注浆后膨胀土中的化学反应时间较长，因此，急需一种快速、有效处理膨胀土基坑边坡的方法。

微波技术可以促使浆液快速凝固，提高混凝土早期强度，提高施工效率，缩短工期。此外，微波还可以改善膨胀土理化性质，进一步提高基坑稳定性。

技术实现要素：

因此，有必要发明一种基于微波技术改良膨胀土基坑的方法，通过该方法促使土体快速凝结，提高施工效率。

为达到上述目的，使用注浆与微波联用方法，本发明提供如下技术方案。一种基于微波技术改良膨胀土基坑的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据工程建设需求，确定处理区域；

步骤2：利用钻机或震动打桩机在膨胀土基坑边坡钻孔至预定位置，并将注浆管置入孔内；

步骤3：将制备完成的浆液通过注浆管注入至待加固土体中；

步骤4：注浆同时，启动微波加热系统，加速水泥的早期水化，使得浆液早期强度较快形成；

步骤5：注浆完成后，继续对浆液-土体混合体进行微波辐照，促进岩土体中的浆液快速固化凝结，同时降低岩土体本身的含水率，降低土体的膨胀性，提高土体的抗剪强度。达到设计标准后移至下一钻孔，重复以上步骤。

进一步的设置在于：

所述的桩机可以辅助注浆管进入不同角度边坡上的钻孔。

所述的水泥浆准备系统包括水箱、水泥仓、搅拌机、浆桶、高压水泥泵。其中，搅拌机两端分别连接水箱和水泥仓，水与水泥进入搅拌机充分搅拌后进入与搅拌机相连接的浆桶，所述的浆桶用于暂时贮备水泥浆；最后，开始工作时，浆桶中的水泥浆进入其另一端相连的高压水泥泵；所述的高压水泥泵通过高强度压力使水泥浆进入注浆管，为后续工作做准备。

所述的注浆管为双重注浆管，分别注入水泥浆和空气与少量生石灰的混合气体。

所述的注浆管体设置了微波控制装置、空压机与微波传输装置。

所述的微波控制装置装于注浆管最上端，通过一条隐藏电路与底端微波传输装置相接，为微波传输装置的工作创造条件，微波控制装置包括控制电源与功率控制系统，其中控制电源用于开启与关闭微波控制系统，功率控制系统用于调节不同微波功率的大小。

所述的空压机用于压缩生石灰与空气的混合气体，提高空气分子运动速度，使其具有动能转化为压力能，从而提高压缩气体的压力。

所述的微波传输装置安装于注浆管下部，包括磁控管和波导管和冷却水系统。所述的磁控管设置于管底端，其将电能转化为微波能量，工业微波频率一般是2.45ghz。所述的波导管设置于注浆管下部，包裹下部管体，波导管传输来自磁控管的微波频率，使波导管附近物质产生均匀内能。所述冷却水循环装置保证微波传输装置的正常运行，且波导管需开孔，开孔位置与注浆管喷孔口一致，注浆管喷嘴直径一般为2—3.2mm，外层波导管直径大约不小于5cm。

本发明的工作原理如下:

a.水泥浆通过喷嘴高压喷射和切割土体，和膨胀土体充分混合，生成强度较高的胶凝物质；空气与少量生石灰的混合气体经过空压机，产生巨大压力，经由管体下部喷嘴喷入土体，生石灰遇到膨胀土中的水，水化为钙离子，生成新物质氢氧化钙，进一步生成碳酸钙沉淀，与土颗粒之间形成胶结，从而提高了膨胀土体的承载力。

b.微波波长更长，具有更好的穿透性。微波透入膨胀土土体时，土壤中极性分子与微波电磁场相互作用，在电磁场作用下，土壤内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能引起温度的升高。在反应时用以微波加热，提高温度可加速水泥的早期水化，提高早期强度；也加速了生石灰与膨胀土土中水反应速度，促进碳酸钙沉淀的形成。在反应凝结后用以微波加热，在土体胶结凝固后，可通过控制微波管温度对凝固后的土壤进行加热，使土中剩余少量水分子蒸发掉而碳酸钙沉淀物不被分解。缩短土体固结时间，水泥凝固与沉淀物混合，形成强度更大的土体。

与相关处理膨胀土基坑的方法相比，本发明所提供的一种微波加固膨胀土基坑边坡的方法优势在于：

(1)本发明中可从不同角度处理膨胀土基坑边坡，包括地基。

(2)本发明利用微波辐照混合土体，加快反应进程，加速土体的固结，缩短施工周期。

(3)本发明通过微波辐照改良了膨胀土性质，提高边坡稳定性。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图

图2为本发明的高压喷射机械装置图

图中：1桩机，2注浆管，3微波传输装置，4空压机，5微波控制装置，6高压泥浆泵，7浆桶，8水箱，9搅拌机，10水泥仓

具体实施方法

如图1所示，本发明的一种微波加固膨胀土基坑边坡的方法，包括以下步骤：

步骤1：确定处理区域，根据膨胀土地区建筑技术规范(gb50112-2013)确定膨胀土基坑边坡的处理范围和处理厚度；

步骤2：利用钻机或震动打桩机在膨胀土基坑边坡钻孔至预定位置，钻孔布置形式为梅花形、矩形或长方形。一种多方向高压喷射注浆装置就位，利用桩机辅助注浆管插进钻孔至预定深度；

步骤3：制备完水泥浆，同时往空压机中加入少量生石灰。水泥浆与混合气体同时通过高压泥浆泵进入注浆管并从喷孔快速喷出，利用桩机缓慢匀速提升、旋转注浆管，以切割、混合膨胀土土体。

步骤4：在此时，启动控制电源，功率控制系统，和微波传输装置以控制温度，提高温度可加速水泥的早期水化，早期强度较快形成；也加速了生石灰与膨胀土土中水反应速度，促进碳酸钙沉淀的形成。

步骤5：形成强度较高的水泥胶凝物质与碳酸钙沉淀物的混合固结土体后，调节功率控制系统控制用以微波进行辐照，使土中剩余少量水分子蒸发掉，增加了土颗粒之间的联系,降低膨胀自由度，提高土体的抗剪强度。达到设计标准后移至下一钻孔，重复以上步骤。

如图2所示，一种用微波处理膨胀土基坑的方法，所述的一种多向高压喷射注浆装置包括桩机1，注浆管2、水泥浆准备系统(6、7、8、9、10)三个大部分。

所述的桩机1可以辅助注浆管进入不同角度边坡上的钻孔。

所述的水泥浆准备系统(6、7、8、9、10)包括水箱8、水泥仓10、搅拌机9、浆桶7和高压水泥泵6。其中，搅拌机9两端分别连接水箱8和水泥仓10，并且左侧连接浆桶7，浆桶7连接高压泥浆泵6。搅拌机9中是来自水箱8、水泥仓10的搅拌后的混合物，经由浆桶7进入高压泥浆泵6。

所述的注浆管2为双重注浆管，分别注入水泥浆和空气与少量生石灰的混合气体。

所述的注浆管体2设置了微波控制装置5、空压机4与微波传输装置3。空压机4在注浆管2上部，其顶部连接微波控制装置5；注浆管2下部安装有微波传输装置3。

本发明提供的是一种利用微波加固膨胀土基坑边坡的方法，该方法是微波与注浆改性方法结合，微波使得原有的改性过程加快，效率提高，工期缩短，强度大大提高，经济性高。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意所组成的技术方案。