一種減少軟土地基沉降的處理方法
2023-06-17 06:31:41 1
專利名稱：一種減少軟土地基沉降的處理方法
技術領域：
本發明屬於土木工程技術，尤其涉及一種減少軟土地基沉降的處理方法，特別適用於處理軟土地基中不同基礎類型間的沉降差。
背景技術：
軟土地基具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強、滲透性低、抗剪強度低、承載能力差等特點。在軟土地基上修築路基等填方工程時，工程荷載極易導致地基產生過量沉降，並因軟土的低滲透性使地基固結沉降的持續時間很長，從而影響工程的正常運營。如軟土地區的橋頭填方路段，其地基的沉降變形持續時間可達數年甚至數十年，而橋頭處的橋梁樁基礎則限制了橋面的沉降變形，使得橋面沉降量遠低於橋頭填方路段的沉降量，從而造成路面出現明顯的差異沉降變形，車輛從軟土填方路段開上橋面或從橋面下來開往軟土填方路段時都會出現明顯的震動或跳躍現象，也即由於不同基礎類型間的沉降差導致了出現「橋頭跳車」現象，影響了行車安全，使道路的養護費用大幅提高。為了減少軟土地基產生過量的工後沉降，目前採取的工程措施主要包括三大類:
(1)將工程荷載下傳到深部土層的樁基法，即通過樁體把工程荷載傳遞到地基深部，以減少壓縮性高軟土層的附加荷載，但使用樁基加固軟土地基的方法存在工程造價較高的問題；
(2)通過排水固結、注漿、加筋、部分置換等措施加固軟土層，提高軟土層的強度和工後抵抗變形能力，採用這種方法加固軟土層，一是造價較高、施工周期較長，二是解決沉降變形的效果常常不夠理想；(3)採用輕質材料作為填築材料，減少作用於地基上的工程荷載，如採用EPS板塊(expanded polystyrene board,可發性聚苯乙烯板)、EPS顆粒混合輕質土、泡沫混凝土等，但由於採用輕質材料作為填築材料的填築體，其強度會較其他材料填築體低，有可能不能滿足工程要求的強度而影響使用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，利用浮力原理，提供一種減少軟土地基沉降變形的處理方法。本發明採用如下的技術方案:
一種減少軟土地基沉降的處理方法，所述的處理方法包括將浮力單元豎向置於軟土地基地下水位以下的步驟，所述的浮力單元為全封閉的輕質、中空結構。本發明中浮力單元的作用是產生浮力來減小工程荷載在地基軟土層中產生附加應力，浮力單元採用全封閉的輕質、中空結構，其目的是為了產生足夠大的浮力。作為優選，所述的浮力單元在剖面上的排列方式為一層或多層。若需要處理的軟土地基較厚或上覆工程荷載較大時，可以採用剖面上多層排列的浮力單元。若需要處理的軟土地基較薄或上覆工程荷載較小時，可以採用剖面上一層排列的浮力單元。作為優選，所述的浮力單元的形狀為全封閉的中空幾何體。
更優選的，所述的浮力單元的形狀為兩端封閉的圓柱形中空管狀體。作為優選,所述的浮力單兀的內徑為5 20cm、壁厚2 5mm、長度I 5m。作為優選，所述的浮力單元的材料為塑料。浮力單元由於長期置於飽和軟土地基中，需要耐分解、耐腐蝕並且具有一定強度的材料。更優選的，所述的浮力單元的材料為聚氯乙烯(PVC)。本發明的技術原理是:把一系列浮力單元，如兩端封閉的塑料中空圓柱形管狀體，豎向置入軟土地基中，使它們處於地下水位以下，由於浮力單元會在軟土層中產生如在水中一樣的效果，即排開浮力單元本身體積大小的軟土，從而產生相應的浮力，可以利用浮力單元產生的浮力來減小工程荷載在地基軟土層中產生附加應力，達到降低地基軟土層壓縮變形的目的。作用原理如圖1所示，圖中路基填方等工程荷載q作用在軟土地基上，在地基土中置入浮力單元後，部分工程荷載將由浮力單元的浮力所平衡，從而減小了工程荷載在浮力單元所在深度範圍及下部地基土層中的附加應力，減小地基土層的壓縮變形量。本發明所述的減少軟土地基沉降的處理方法中，所述的將浮力單元豎向置於軟土地基地下水位以下的方法包括如下步驟:
(1)確定需要進行處理的地基面積，將浮力單元豎向置入軟土地基中地下水位以下，利用浮力單元與土層間的摩擦力及頂端的工程荷載，使浮力單元穩定在軟土地基土層中；
(2)確定置入的浮力單元的規格和數量，平面上採用0.3 1.0m間隔方式置入浮力單元，所述的浮力單元的面積佔需要進行處理的地基面積的10% 30%。所述的步驟(I)中將浮力單元豎向置入軟土地基的方法為鑽孔植入或豎向壓入。該方法首先在把一系列浮力單元，如全封閉的內徑為5 20cm、壁厚2 5mm、長度I 5m的塑料中空圓柱形管狀體豎向鑽孔植入或壓入待處理的軟土地基中，使它們處於地下水位以下，利用浮力單元的浮力減小工程荷載在地基軟土層中產生附加應力，達到降低地基軟土層壓縮變形的目的。在確定需要進行處理的地基範圍內，將浮力單元豎向置入軟土地基中，將浮力單元豎向置入軟土地基中地下水位以下，利用浮力單元與土層間的摩擦力及頂端的土層壓力，使浮力單元穩定在土層中；進一步確定置入浮力單元的規格和數量，平面上採用0.3 1.0m間隔方式豎向置入浮力單元，浮力單元的面積佔需要進行處理的地基總面積的10% 30%，浮力單元在剖面上的排列方式為一層或多層。為了減輕「橋頭跳車」現象，將浮力單元豎向置於軟土地基地下水位以下的方法中，在平面上靠近橋頭側的軟土地基中，採用間距小的方式豎向置入浮力單元，如採用0.3m的間隔置入浮力單元；在遠離橋頭方向的軟土地基中，豎向置入浮力單元間隔可以逐漸加大，例如逐漸加大至lm。本發明中的浮力單元具有質量輕、有一定的體積和強度等特徵，在軟土層中能產生較大的浮力而本身不被破壞，使用年限長且價格低廉。本發明的有益效果是:可快速處理軟土地基沉降；浮力單元豎向置入軟土地基中，處於均勻的徑向受壓狀態，降低了對浮力單元的強度要求；浮力單元除產生浮力支撐上部荷載外，如採用壓入式置入地基土體中，還產生擠密作用而增強土體的抗變形能力和土體的強度；工程實施過程操作簡便。與樁基法比較，如用碎石樁處理軟土地基，同樣的加固範圍，用本發明中的方法，達到一樣的加固效果，可以節省工程費用30%以上。
圖1是置入浮力單元減小軟土地基壓縮變形原理 圖2是本發明的地基布置的縱向剖面 圖3是圖1的A-A剖面圖。圖中:浮力單元1、軟土地基2、填方3、建築地面4、地下水位5。
具體實施例方式下面結合附圖和實施步驟對本發明進一步說明。本發明的理論基礎是浮力原理，利用浮力單元的上浮力減小填方等工程荷載作用於地基產生的附加荷載，從而減小軟土地基的壓縮變形。本發明一種減少軟土地基沉降的處理方法，把一系列浮力單元豎向置入軟土地基中，使它們處於地下水位以下，利用浮力單元的浮力減小工程荷載在地基軟土層中產生的附加應力，達到降低地基軟土層壓縮變形的目的。具體實施包括以下步驟:
(I)在軟土地基中，確定需要進行處理的地基範圍，將浮力單元I豎向置入軟土層地下水位以下，利用浮力單元I與地基土層2之間的摩擦力和上覆土層的壓力，使浮力單元I穩定在地基土層2中。當上浮力大於浮力單元I與地基土 2之間的摩擦力及上覆土層的壓力時，可採用先行填方再壓入浮力單元I的方式，以避免浮力單元上浮。(2)根據沉降控制的浮力要求，確定置入浮力單元的規格和數量，平面上一般可按
0.3 1.0m間隔方式置入浮力單元，浮力單元的面積可佔總面積的10% 30%。(3)為保證浮力單元的使用效果，應使浮力單元處於地下水位線以下。(4)浮力單元的尺寸規格可根據軟土層的物理力學性質、軟土層厚度、工程荷載大小和沉降控制要求，通過計算分析確定。如可取圓柱狀中空塑料管狀體內徑5 20cm、壁厚2 5mm、長度I 5m。(5)當軟土層厚度或工程荷載較大時，可在軟土層中置入多層浮力單元I。
權利要求
1.一種減少軟土地基沉降的處理方法，其特徵在於:所述的處理方法包括將浮力單元豎向置於軟土地基地下水位以下的步驟，所述的浮力單元為全封閉的輕質、中空結構。
2.一種減少軟土地基沉降的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元在剖面上的排列方式為一層或多層。
3.根據權利要求1或2所述的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元的形狀為全封閉的中空幾何體。
4.根據權利要求3所述的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元的形狀為兩端封閉的圓柱形中空管狀體。
5.根據權利要求4所述的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元的內徑為5 20cm、壁厚2 5mm、長度I 5m。
6.根據權利要求1或2所述的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元的材料為塑料。
7.根據權利要求6所述的處理方法，其特徵在於:所述的浮力單元的材料為聚氯乙烯。
8.一種減少軟土地基沉降的處理方法，其特徵在於:所述的將浮力單元豎向置於軟土地基地下水位以下的方法包括如下步驟: (1)確定需要進行處理的地基面積，將浮力單元豎向置入軟土地基中地下水位以下，利用浮力單元與土層間的摩擦力及頂端的土層壓力，使浮力單元穩定在土層中； (2)確定置入的浮力單元的規格和數量，平面上採用0.3 1.0m間隔方式豎向置入浮力單元，所述的浮力單元的面積佔需要進行處理的地基面積的10% 30%。
9.根據權利要求8所述的處理方法，其特徵在於:所述的步驟(I)中將浮力單元豎向置入軟土地基的方法為鑽孔植入或豎向壓入。
全文摘要
本發明公開一種減少軟土地基沉降的處理方法，在待處理的軟土地基中豎向置入浮力單元，並使它們處於地下水位以下，利用浮力單元的浮力減小工程荷載在地基軟土層中產生附加應力，達到降低地基軟土層壓縮變形的目的。本發明基於浮力原理，可實現快速處理軟土地基沉降的目標，浮力單元豎向置入軟土地基處於均勻的徑向受壓狀態，工程實施過程操作簡便並有良好的適應性。
文檔編號E02D3/02GK103195047SQ20131013613
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者尚嶽全, 吳敏捷, 範立峰, 孫紅月 申請人:浙江大學