膨胀土路基化学剂注浆施工方法与流程

本申请涉及膨胀土路改性，具体而言，涉及膨胀土路基化学剂注浆施工方法。

背景技术：

1、膨胀土亦称“胀缩性土”，浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土，由于土中含有较多的蒙脱石、伊利石等黏土矿物，故亲水性很强。当天然含水率较高时，浸水后的膨胀量与膨胀力均较小，而失水后的收缩量与收缩力则很大；天然孔隙比愈大时，膨胀量与膨胀力愈小，收缩量与收缩力则大些。这类土对建筑物会造成严重危害，但在天然状态下强度一般较高，压缩性低，易被误认为是较好的地基。

2、利用膨胀土制作路基，应做好地表的防渗与排水措施，也可适当加大基础荷载与基础深度以及提高建筑物的刚度并设沉降缝；或将持力层范围内的膨胀土挖除，用砂或其他非膨胀土回填；

3、膨胀土粘粒成分主要由强亲水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。该土具有吸水膨胀.失水收缩并往复变形的性质，对路基的破坏作用不可低估，并且构成的破坏是不易修复的。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出膨胀土路基化学剂注浆施工方法，包括该膨胀土路基化学剂注浆的施工方法包括：

2、步骤a，在干燥环境下测量土壤稳定剂与聚丙烯纤维的自由膨胀率；

3、步骤b，将土壤稳定剂、聚丙烯纤维分别与膨胀土混合后进行水稳试验及无侧限抗压强度试验；

4、步骤c，根据测定的自由膨胀率以及试验结果分析确定单掺土壤稳定剂的最优稀释比及单掺聚丙烯纤维的最佳纤维掺量；

5、步骤d，将确定好掺量的土壤稳定剂、聚丙烯纤维按照预定掺量与膨胀土混合，测试环境改变为潮湿环境再次测试，确定干湿循环条件下对于测试结果的影响；

6、步骤f，基于宏观力学强度试验及细观裂隙、微观孔隙观察，分析土壤稳定剂-聚丙烯纤维复合改良膨胀土的效果；

7、步骤g，得到分析数值以后，将大批量的土壤稳定剂、聚丙烯纤维按照分析数值混合后，按比例注入用于制作路基的膨胀土中。

8、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤c中，土壤稳定剂改性膨胀土的最优稀释比(体积比)为1∶150，聚丙烯纤维的最佳纤维掺量(质量比)为1∶500。

9、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤g中，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，需先测定高边坡稳定性的主要因素中膨胀土的凝聚力(c值)以及内摩擦角(φ值)对于边坡路基稳定性的影响，根据膨胀土的凝聚力(c值)以及内摩擦角(φ值)对于边坡路基稳定性的影响关系选择在注浆时加装卸荷槽、矮脚墙或高脚墙。

10、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤d中测定单掺土壤稳定剂的最优稀释比及单掺聚丙烯纤维的最佳纤维掺量时，基于热膨胀比拟增湿膨胀原理，测试水平、竖向间的差异膨胀性，推导土体增湿膨胀的应力-应变方程，利用无荷膨胀率试验有限元模型加以参数验证；建立abaqus有限元强度折减模型，采用正交试验极差分析法，研究含水率变化条件下边坡稳定性影响因素的作用效应及敏感性。

11、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤g中，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，需额外测定降雨、气温、空气湿度、风以及太阳辐射对于边坡稳定性的影响，并且分析土体龟裂、地表植被和土体-大气相互作用之间的关联效应。

12、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤g，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，在膨胀土路基内加装抗滑桩、锚杆。

13、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤c中，根据条分法计算原理，极限平衡条件中考虑膨胀力，在数值模型中，将湿度场中的膨胀力等效为水压力，计算膨胀土基坑的安全性，并模拟实验以后做出降雨时间-路基基坑安全系数的定量函数曲线关系图版。

14、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤c中，基于吸力、饱和度、平均有效应力、修正吸力、孔隙比构建的水土特征曲线及压实曲线，压实膨胀土中吸力及体积的变化进行实验，并根据实验结果制作函数图版。

15、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤c中，加入分析不同干湿循环次数、不同围压对膨胀土应力-应变和抗剪强度的影响并测试，确定探究降雨-蒸发作用对膨胀土路基强度特性的影响关系。

16、根据本申请实施例的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，在步骤c的基础上，加入探究降雨入渗引起的膨胀土边坡变形破坏机理研究了在不同竖向植筋带长度、设置间距等影响因素下膨胀土制作边坡时的变形破坏特征。

17、本申请的有益效果：

18、1、该方法利用聚丙烯纤维与土壤稳定剂共同发挥作用，能有效提高复合改良后膨胀土的无侧限抗压强度，且强度衰减速率得到抑制，膨胀土细、微观裂隙扩展速率得到有效控制，可为土壤稳定剂及聚丙烯纤维复合改良膨胀土在边坡工程方面的应用提供一定的帮助。

19、2、该方法在制作改性膨胀土后，填充路基时加入了扩体锚杆+支护桩，能够对于膨胀土地区基坑工程具有良好适用性，可为类似工程基坑支护设计提供一定的帮助。

20、3、该方法提供了在三种环境(干燥环境、潮湿环境、干湿循环环境下)对于改性前后的膨胀土进行充分实验、测试，最终可以得出优质聚丙烯纤维与土壤稳定剂的化学剂填充比例，形成更优质的改性膨胀土。

21、4、该装置突破了膨胀土边坡多场信息监测与滑坡灾害早期预警技术，研发了“表-浅-深”一体化的膨胀土边坡韧性生态防护技术，形成了膨胀土边坡防护工程健康诊断方法与快速修复技术，社会、经济和环境效益显著，应用前景广阔。

22、总结：该方法中的土壤稳定剂可有效降低膨胀土的自由膨胀，增强膨胀土的水稳性，改性膨胀土的最优稀释比(体积比)为1∶150；聚丙烯纤维的加筋作用能有效提高膨胀土的无侧限抗压强度，且最佳纤维掺量为0.2％(质量比)；聚丙烯纤维与土壤稳定剂共同发挥作用，能有效提高复合改良后膨胀土的无侧限抗压强度，且强度衰减速率得到抑制，膨胀土细、微观裂隙扩展速率得到有效控制，用改良后的膨胀土能够保证道路在较长时间内路基的稳定和路面平整度的同时，还能够达到安全、舒适行车的目的，必须解决因膨胀土路基而造成的一系列工程问题。

技术特征：

1.膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，该膨胀土路基化学剂注浆的施工方法包括：

2.根据权利要求1所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤c中，土壤稳定剂改性膨胀土的最优稀释比(体积比)为1∶150，聚丙烯纤维的最佳纤维掺量(质量比)为1∶500。

3.根据权利要求1所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤g中，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，需先测定高边坡稳定性的主要因素中膨胀土的凝聚力(c值)以及内摩擦角(φ值)对于边坡路基稳定性的影响，根据膨胀土的凝聚力(c值)以及内摩擦角(φ值)对于边坡路基稳定性的影响关系选择在注浆时加装卸荷槽、矮脚墙或高脚墙。

4.根据权利要求1所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤d中测定单掺土壤稳定剂的最优稀释比及单掺聚丙烯纤维的最佳纤维掺量时，基于热膨胀比拟增湿膨胀原理，测试水平、竖向间的差异膨胀性，推导土体增湿膨胀的应力-应变方程，利用无荷膨胀率试验有限元模型加以参数验证；建立abaqus有限元强度折减模型，采用正交试验极差分析法，研究含水率变化条件下边坡稳定性影响因素的作用效应及敏感性。

5.根据权利要求3所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤g中，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，需额外测定降雨、气温、空气湿度、风以及太阳辐射对于边坡稳定性的影响，并且分析土体龟裂、地表植被和土体-大气相互作用之间的关联效应。

6.根据权利要求3所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤g，利用改良以后的膨胀土铺设边坡路基时，在膨胀土路基内加装抗滑桩、锚杆。

7.根据权利要求1所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤c中，根据条分法计算原理，极限平衡条件中考虑膨胀力，在数值模型中，将湿度场中的膨胀力等效为水压力，计算膨胀土基坑的安全性，并根据模拟实验膨胀路基改性前后，做出降雨时间-路基基坑安全系数的定量函数曲线关系图版。

8.根据权利要求1所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤c中，基于吸力、饱和度、平均有效应力、修正吸力、孔隙比构建的水土特征曲线及压实曲线，压实膨胀土中吸力及体积的变化进行实验，并根据实验结果制作函数图版。

9.根据权利要求8所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤c中，加入分析不同干湿循环次数、不同围压对膨胀土应力-应变和抗剪强度的影响并测试，确定探究降雨-蒸发作用对膨胀土路基强度特性的影响关系。

10.根据权利要求7所述的膨胀土路基化学剂注浆施工方法，其特征在于，在步骤c的基础上，加入探究降雨入渗引起的膨胀土边坡变形破坏机理研究了在不同竖向植筋带长度、设置间距等影响因素下膨胀土制作边坡时的变形破坏特征。

技术总结
本申请实施例提供膨胀土路基化学剂注浆施工方法，涉及膨胀土路改性领域。其包括步骤A，在干燥环境下测量土壤稳定剂与聚丙烯纤维的自由膨胀率；步骤B，将土壤稳定剂、聚丙烯纤维分别与膨胀土混合后进行水稳试验及无侧限抗压强度试验；步骤C，根据测定的自由膨胀率以及试验结果分析确定单掺土壤稳定剂的最优稀释比及单掺聚丙烯纤维的最佳纤维掺量，该方法能有效提高复合改良后膨胀土的无侧限抗压强度，且强度衰减速率得到抑制，膨胀土细、微观裂隙扩展速率得到有效控制，用改良后的膨胀土能够保证道路在较长时间内路基的稳定和路面平整度的同时，还能够达到安全、舒适行车的目的，必须解决因膨胀土路基而造成的一系列工程问题。

技术研发人员：何云勇,梅本强,叶尚其,龚臻,丁春,冉小松,张曦,刘自强,喻国轩,魏琨,张乐
受保护的技术使用者：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15