专利名称：用于高填方钢渣地基的高炉矿渣换填方法
技术领域：
本发明涉及一种地基换填方法，尤其涉及一种用于高填方钢渣地基的高炉矿渣换填方法。
背景技术：
在上方设置冶金炉的建设工程中，基础施工是一个重点环节。以某钢厂的氮化钒车间的建设为例，该氮化钒车间的原有厂房基础地质条件为弃渣场，下部为深度达20m的高填方钢渣地基。根据拟建工程项目所处的工程地质环境分析，将来厂房建成并投入使用后，将造成钢渣体温度提高并产生热膨胀，其原因主要有两方面①地面上部炉窑较高温度的热传导；②钢渣体自身内部的热量集聚。钢渣本身具有一定的膨胀性和分解性，而且地面雨水及生产、生活用水的下渗也将引起渣体进一步的水化作用，温度的提高易使渣体中的水分汽化而将热量向较大空间传递，提升渣体温度并导致渣体产生热膨胀，致使现有氮化钒车间地坪凹凸不平，影响了设备的使用安全。不但钢渣体热膨胀会产生垂直向胀缩应力， 同时换填材料也会产生侧向压力和水平向胀缩应力，不利于建筑物的整体和长期稳定。发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。
本发明提供了一种经济、有效并且能够解决钢渣地基热膨胀效应的高炉矿渣换填方法。
为了实现上述目的，本发明的用于高填方钢渣地基的高炉矿渣换填方法包括以下步骤在钢渣基坑中由下至上依次形成叠置的第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层并分别压实所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层，在所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层的四周设置一条贯通的凹槽，在凹槽中填充高炉矿渣。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，钢渣基坑深度为4. 5m，所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层的厚度均为1. 5m ；凹槽宽lm，深4. 5m。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，采用挖掘机和压路机相结合的方式形成叠置的第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层，并配备洒水车进行洒水作业。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，通过设置多个第一分层来形成第一高炉矿渣垫层，所述多个第一分层中的每个的厚度为200mm-300mm。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，通过设置多个第二分层来形成级配砂石垫层，所述多个第二分层中的每个的厚度为200mm-300mm。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，所述形成级配砂石垫层还包括沿钢渣基坑长度方向设置多段子级配砂石垫层并且在所述子级配砂石垫层上填入混合均勻的沙子和石头。3
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，每段子级配砂石垫层的长度为:3m。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，通过测量放线控制所述第一分层或第二分层的厚度和平整度，用铲运机配合挖掘机进行机械平整。
根据本发明的高炉矿渣换填方法，其中，通过动力触探法对所述高炉矿渣换填方法形成的高炉矿渣换填地基进行密实度检测。
本发明与现有技术相比，具有如下优点1)选用吸收热抗变形能力强及隔热效果好的高炉矿渣作为解决钢渣地基热膨胀效应的换填材料，合理利用了冶炼产生的高炉矿渣，变废为宝，降低了工程直接成本；幻设置高炉矿渣缓冲层，解决了下部钢渣热膨胀的问题；设置凹槽，解决换填材料侧向压力和水平热膨胀的问题；幻节约了土地，降低了施工难度，加快了施工工期，创造了较大的社会经济效益。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是高炉矿渣换填地基的横截面示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图对本发明的示例性实施例作详细描述。
本发明主要用于解决钢渣温度提升而产生热膨胀的问题。厂房建成后，放置其中的炉子的温度一般为200度。而高炉矿渣在高炉冶炼时的生成温度为1400-1600度，其已达到膨胀上限，高炉矿渣的比热容很大(0. 22卡/克度)且孔隙率较大，故高炉矿渣在200 度下不会产生热膨胀并完全能够解决渣体热传递导致的一系列问题。因此，本发明选用高炉矿渣和砂石结合进行换填。
图1是高炉矿渣换填地基的横截面示意图。如图1所示，换填地基包括由下至上叠置的第一高炉矿渣垫层1、级配沙石垫层2和第二高炉矿渣层3。
在本实施例中，首先按照厂房规模确定地基的处理范围。先考虑地基的换填深度， 根据实际情况，确定换填深度为4. 5m，厂房基础坐落于-1. 5m处，基础埋深为1. 5m且基础宽度为2. 5m ；垫层厚度为3m，分别为1. 5m的第一高炉矿渣垫层1和1. 5m的级配砂石垫层2， 垫层需承受上方的载荷。
当热量通过回填层传递到下部钢渣中，钢渣发热膨胀，当在回填地基下部与下方钢渣之间设置全部由高炉矿渣构成的缓冲层(即第一高炉矿渣垫层1)时，热量可在这一层中传热缓冲；级配砂石层2则由于其本身的特性可以经受较大的承载力；最上部的第二高炉矿渣层3也主要起到传热缓冲的作用，受力较小。如上所述的回填层设置，可有效减小钢渣热膨胀产生的垂直向胀缩应力。
此外，考虑到厂房投入使用后，不但钢渣体会产生垂直向胀缩应力，同时换填材料也会产生水平向胀缩应力。结合本发明的实际情况并且根据建筑物对地基强度和变形的要求，在第一高炉矿渣垫层1、级配沙石垫层2和第二高炉矿渣层3的四周设置一条贯通的凹槽，在凹槽中填充高炉矿渣，这可有效减小换填材料的侧向压力和水平胀缩应力。在本实施例中，凹槽宽度为lm，深度为4. 5m，凹槽的横截面为无底的U型槽，如图1中所示。
地基换填时，采用挖掘机和压路机相结合的方式进行回填，并且为保证最优含水率，配备1辆洒水车全天候作业。
先在钢渣地基上挖掘4. 5m深的基坑，然后在钢渣基坑中由下至上依次形成叠置的第一高炉矿渣垫层1、级配沙石垫层2和第二高炉矿渣层3并分别压实第一高炉矿渣垫层 1、级配沙石垫层2和第二高炉矿渣层3。最好对第一高炉矿渣垫层1和级配砂石垫层2进行分层铺设以保证精确的厚度和平整度以及地基的承载能力，其分层铺设的厚度以及压实遍数宜根据垫层材料、施工机械设备等通过现场试验确定。在本实施例中，通过设置多个第一分层来形成第一高炉矿渣垫层1，并且通过设置多个第二分层来形成级配砂石垫层2，通过实际换填试验，每个第一分层和第二分层的厚度为200mm-300mm。此外，形成级配砂石垫层2还包括沿钢渣基坑长度方向设置多段子级配砂石垫层并且在子级配砂石垫层上填入混合均勻的沙子和石头，这样可确保级配砂石垫层的密实度和承载能力。
如图1所示，-4. 5m至-3. Om段为第一高炉矿渣垫层1，其中每个第一分层的厚度为300mm。严格控制每层第一分层的厚度不超过350mm，回填完后用铲运机配合挖掘机进行机械平整。
-3. Om至-1.5m段为级配沙石垫层2。在回填至_3. Om处后，沿基坑长度方向设置多段子级配砂石垫层，每段子级配砂石垫层的长度为:3m，在子级配砂石垫层上填入沙子和石头，并用挖掘机进行均勻机械搅拌。每个第二分层的厚度同样不超过350mm，之后用铲运机配合挖掘机进行平整。
-1. 5m以上段为第二高炉矿渣层3，由于该层受力较小，对其的回填铺设要求较低，可按照常规的回填要求和方式进行。
通过测量放线控制第一分层和第二分层的厚度和平整度。首先由专业技术人员利用全站仪并通过已知坐标点，确定回填面的精确位置、标高。例如。每隔300mm测量一次， 在回填基坑四周标记，保证每次回填厚度及平整度。同时，质量员对整个测量放线过程进行全程跟踪，记录，监督测量放线、放样的准确性。
回填每层回填层之后，需对各层进行压实处理。压实顺序先从基坑的一角上开始， 在基坑相对的另一角结束。碾压时压路机运行方向应垂直于基坑边线，避免无规则碾压造成死角，且下一次碾压的轮迹与上一次碾压轮迹重叠的宽度应不小于轮迹的1/3，碾压的遍数以达到规定的压实度为准。压实厚度应在现场设置标志，并用洒水车及现场接入水管等方式进行洒水作业，以保证碾压质量。压实处理除了通过本实施例的碾压处理，还可以采用振密或重锤夯实等方法。
对于高炉矿渣的换填质量，采用密实度试验等方法来检测高炉矿渣并不科学，且没有相关规范标准。经过研究和现状调查，在实施例中，创新的采用动力触探法对高炉矿渣地基的密实度进行检测。经过试验，证明此方法实用可靠。
综上所述，本发明的高炉矿渣换填方法解决了高填方钢渣地基的热膨胀效应问题，具有易掌握、实用性强、满足质量要求的同时缩短工期，降低施工成本等优点，有较好的推广前景。
尽管上面结合实施例示出并描述了本发明的用于大面积软弱钢渣地基的高炉矿渣换填方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种用于高填方钢渣地基的高炉矿渣换填方法，其特征在于，所述高炉矿渣换填方法包括以下步骤在钢渣基坑中由下至上依次形成叠置的第一高炉矿渣垫层(1)、级配沙石垫层(2)和第二高炉矿渣层(3)并分别压实所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层，在所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层的四周设置一条贯通的凹槽，在凹槽中填充高炉矿渣。
2.根据权利要求1所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于钢渣基坑深度为4.5m，所述第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层的厚度均为1. 5m ；凹槽宽lm，深4. 5m。
3.根据权利要求1或2所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于采用挖掘机和压路机相结合的方式形成叠置的第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层，并配备洒水车进行洒水作业。
4.根据权利要求3所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于通过设置多个第一分层来形成第一高炉矿渣垫层，所述多个第一分层中的每个的厚度为200mm-300mm。
5.根据权利要求3所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于通过设置多个第二分层来形成级配砂石垫层，所述多个第二分层中的每个的厚度为200mm-300mm。
6.根据权利要求5所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于所述形成级配砂石垫层还包括沿钢渣基坑长度方向设置多段子级配砂石垫层并且在所述子级配砂石垫层上填入混合均勻的沙子和石头。
7.根据权利要求6所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于每段子级配砂石垫层的长度为3mο
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于通过测量放线控制所述第一分层或第二分层的厚度和平整度，用铲运机配合挖掘机进行机械平整。
9.根据权利要求8所述的高炉矿渣换填方法，其特征在于通过动力触探法对所述高炉矿渣换填方法形成的高炉矿渣换填地基进行密实度检测。
全文摘要
本发明公开了一种用于高填方钢渣地基的高炉矿渣换填方法，所述高炉矿渣换填方法包括以下步骤在钢渣基坑中由下至上依次形成叠置的第一高炉矿渣垫层(1)、级配沙石垫层(2)和第二高炉矿渣层(3)并分别压实第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层，在第一高炉矿渣垫层、级配沙石垫层和第二高炉矿渣层的四周设置一条贯通的凹槽，在凹槽中填充高炉矿渣。本发明的高炉矿渣换填方法解决了高填方钢渣地基的热膨胀效应问题，具有易掌握、实用性强、满足质量要求的同时缩短工期并且降低施工成本等优点，有较好的推广前景。
文档编号E02D3/00GK102518111SQ20111036100
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者何君, 何小龙, 刘俊, 周旭, 李兵, 段炼, 江泽平 申请人:攀钢集团工程技术有限公司