用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法，解决现有技术中向路基中注水的管道会被堵塞的技术问题。该用于修复黄土路基的套管包括底端封闭顶端开口的外套管，外套管内设有注水管，注水管包括注水孔段，注水孔段的管壁上设有多个注水孔，注水孔段外包覆有纱网，外套管和注水管之间设有防脱离结构，当套管沿钻好的孔下沉时，注水孔段被外套管保护，避免下沉过程中注水孔段上的注水孔被泥土堵塞，当注水时，纱网可保护注水孔段，防止孔中的泥浆堵塞注水孔。本发明专利技术用于修复黄土路基的方法根据路基需要下沉的位置和高度，计算需要向路基注入的水量、套管的布置间距和范围，可主动控制黄土路基的下沉高度。

【技术实现步骤摘要】
用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法
本专利技术涉及公路维护
，具体涉及一种用于修复黄土路基的套管及修复黄土路基的方法。
技术介绍
筑路工程的路基修建中，很多时候规划的路线所在的地面高低不平，各路段存在落差，并不能直接作为路基，需要对原地面低处进行填方，从而将规划的路线修成平坦的路基。在路基施工完成后，一方面受地质、地形、水文及气候等自然环境影响，另一方面也受到路基自身荷载和车辆动载的作用，导致路基一般都会有一定的自然沉降。对于路基的下沉，如果路基整体沉降，且下沉数据一致的话，则并不会影响路面使用，但实际上多数公路的下沉量是不一致的，特别是在填土或填石高度较大的高填方区段，原地面的土体路基通车后沉降较小，而高填方路基通车后沉降经常发生且不可控，导致原地面的土体路基和高填方路基之间出现较大的沉降差，路基差异沉降会影响路面使用质量，引起路面平整度、标高指标变化，甚至会引起路面开裂网裂等病害。对于发生沉降差的路基，后期需要修复维护才能使道路继续使用，目前，国内外的路基沉降控制理念，主要集中在高填方路基下沉后的“补差”，路基下沉一点需要补上一点，这种方式需要长期、反复进行，施工较为被动，费工、费力且严重影响正常通行。在我国西北黄土地区，路基渗透性远较水平方向大，各向抗剪强度有明显差别，易遭冲刷和冲蚀，具有湿陷性质，道路更加容易发生沉降差导致无法继续通行。公开号为CN105970911A的中国专利技术专利记载了一种大厚度湿陷性黄土的处理方法，其步骤为：1)在土层中沉入小直径钢护筒形成桩孔，桩孔的深度等于或者小于湿陷性黄土地层的厚度；2)在桩孔内插入①1-6根排水板或②带有多个排水孔的中空水管或③带有多个喷嘴的中空钢管至桩孔底端；3)重复进行步骤1)和2)直至整个场地内布满有注水装置的桩孔；4)向桩孔内的注水装置中注水或者加压注水，使湿陷性黄土在浸水后进行自重湿陷性沉降；5)对地基土体的湿陷性沉降量进行观测记录，直至地基土体的湿陷变形稳定；6)采用填料挤密法或者强夯法对地基上层土体进行加固处理。该专利文献记载了在黄土路基上钻孔后插入带有多个排水孔的中空水管，然后通过中空水管向路基中注水，从而使湿陷性黄土在浸水后进行自重湿陷性沉降。该过程存在以下问题：(一)黄土在沉降过程中，中空水管周围充满泥土，会导致中空水管上的排水孔堵塞而无法继续注水，若继续注水，则需将中空水管从路基中拉出清理，待排水孔疏通后继续插入路基注水，导致反复施工，且排水孔还会被堵塞；(二)该方法粗放盲目向路基中注水，路基沉降不可控，在向路基中注水过程中可能导致注水过多而沉降过大，或注水过少而沉降过低，无法准确改善路基的沉降差。因此，有必要提供一种能够有效改善沉降差、适于黄土路的路基沉降修复工具和修复方法。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种用于修复黄土路基的套管，本专利技术一方面提供一种修复黄土路基的方法，解决现有技术中向路基中注水的管道会被堵塞的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面是：设计一种用于修复黄土路基的套管，包括底端封闭顶端开口的外套管，所述外套管内设有注水管，所述注水管包括注水孔段，所述注水孔段的管壁上设有多个注水孔，所述注水孔段外包覆有纱网，所述外套管和注水管之间设有防脱离结构。优选的，所述防脱离结构包括设于所述注水管底端外壁面的外凸缘，以及设于所述外套管顶端内壁面的内凸缘。优选的，所述注水管的上端为扩径段，所述注水孔段和扩径段之间为锥形过渡段，所述内凸缘的上表面为相应的锥面，所述注水孔段位于所述外套管内时，所述锥形过渡段与所述锥面贴合。优选的，还包括连接管，所述连接管与所述注水管的顶端螺纹连接，所述连接管的顶端壁面上设有吊孔。优选的，所述注水管的底端设有防水垫，所述防水垫与所述外套管的内壁面相匹配；所述外套管的底端为尖端。本专利技术的第二方面是：设计一种修复黄土路基的方法，该方法利用前述的用于修复黄土路基的套管，包括以下步骤：(1)在黄土路基路面布设钻孔点位，在各钻孔点位钻孔，这些孔用于下沉套管；(2)在钻出的各孔中分别下沉套管；(3)将所述套管顶端向上拉，使得所述注水管的注水孔段从所述外套管内拉出；(4)全部的所述套管的顶部均连接水管，由所述套管同时向路基中注水；(5)路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中回填土体并夯实或者向孔中注入混凝土并震动夯实，使混凝土在孔中凝结形成混凝土桩。优选的，在所述步骤(4)中，向路基中的注水总量由下列步骤计算出：a.根据公式(1)计算高填方路段的沉降量，以此来确定原状土体路段的沉降量，原状土体路段的沉降量应当与高填方路段的沉降量相同公式(1)中，St—t时刻高填方夯实地基后的工后沉降；H—填方高度；E—填筑体变形模量；b.根据公式(2)计算原状土体路基中第i层土的自重湿陷系数δzsi：公式(2)中的参数根据现场获取的第i层土的土试样试验测得，其中，ep—保持天然湿度和结构的土试样，对该土试样加压，ep为土试样下沉稳定后的孔隙比；ep′—上述加压稳定后的土试样，在浸水饱和条件下，下沉稳定后的孔隙比；e0—土试样的初始孔隙比；δzsi-第i层土的自重湿陷系数；c.进一步根据步骤b的方式计算原状土体路基中所有注水土层的自重湿陷系数；d.根据公式(3)计算原状土体路基的湿陷沉降量：δzs＝β∑δzsi·Hi(3)公式(3)中，δzsi-第i层土的自重湿陷系数；Hi-第i层土的厚度，单位为mm；δzs-原状土体总的湿陷沉降量，与St相同；β-因地区土质而异的修正系数，β按下列规定取值：1)陇西地区取1.50；2)陇东-陕北-晋西地区取1.20；3)关中地区取0.90；4)其它地区取0.50；e.结合计算得的自重湿陷系数δzsi，并根据公式(4)推导出第i层土的含水率：公式(4)中，Wi-所述第i层土的含水率；Ip—土塑性指数；f.根据公式(5)推导出所述第i层土的注水量：公式(5)中，Vi土-路基中第i层土的体积，按照地质勘探中划分土体层数、厚度和原状土体路基长度计算；Vi注水-路基中第i层土的注水量；g.根据以上公式(3)、(4)、(5)，建立路基土体总的注水体积与原状土体总的湿陷沉降量之间的关系：h.根据公式(7)推导出原状土体路基中总的注水体积：V总注水＝V土含水＝∑Vi注水(7)公式(7)中，V总注水-路基土体总的注水体积；V土含水-路基土体中注水所产生总的含水体积。优选的，套管的布设间距由下列步骤计算出：a.根据公式(8)、(9)、(10)、(11)计算套管底部的流量V1＝Q顶/A1(9)Q底＝V2·A2(11)其中，公式(8)的前提条件是假设套管顶部和底部土体的大气压强相同，同时不考虑能量损耗：公式(8)、(9)、(10)、(11)中，ρ-水的密度；g-重力加速度；H-套管埋设深度，根据现场设计确定；P-向套管中的注水压力，根据注水采用泵的型号确定，要求压力小于2.5Mpa；V1-套管顶部水的流速；V2-套管底部水的流速；Q顶-套管顶部的流量，根据安装在顶部的超声波流量计测定；A1-外套管内径；Q底-套管底部的流量；A2-注水管内径；b.根据公式(12)、(13)计算套管的注水半径，公式(12)、(13)是采用水文地质手册三中给出的河谷抽水模型计算注水半径：Q底＝K·B(H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于修复黄土路基的套管，其特征在于，包括底端封闭顶端开口的外套管，所述外套管内设有注水管，所述注水管包括注水孔段，所述注水孔段的管壁上设有多个注水孔，所述注水孔段外包覆有纱网，所述外套管和注水管之间设有防脱离结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于修复黄土路基的套管，其特征在于，包括底端封闭顶端开口的外套管，所述外套管内设有注水管，所述注水管包括注水孔段，所述注水孔段的管壁上设有多个注水孔，所述注水孔段外包覆有纱网，所述外套管和注水管之间设有防脱离结构。2.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述防脱离结构包括设于所述注水管底端外壁面的外凸缘，以及设于所述外套管顶端内壁面的内凸缘。3.根据权利要求2所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述注水管的上端为扩径段，所述注水孔段和扩径段之间为锥形过渡段，所述内凸缘的上表面为相应的锥面，所述注水孔段位于所述外套管内时，所述锥形过渡段与所述锥面贴合。4.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，还包括连接管，所述连接管与所述注水管的顶端螺纹连接，所述连接管的顶端壁面上设有吊孔。5.根据权利要求1所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，所述注水管的底端设有防水垫，所述防水垫与所述外套管的内壁面相匹配；所述外套管的底端为尖端。6.一种修复黄土路基的方法，其利用权利要求1-6任一项所述的用于修复黄土路基的套管，其特征在于，包括以下步骤：(1)在黄土路基路面布设钻孔点位，在各钻孔点位钻孔，这些孔用于下沉套管；(2)在钻出的各孔中分别下沉套管；(3)将所述套管顶端向上拉，使得所述注水管的注水孔段从所述外套管内拉出；(4)全部的所述套管的顶部均连接水管，由所述套管同时向路基中注水；(5)路基下沉量至指定下沉深度后，将套管拔出，向孔中回填土体并夯实，或者向孔中注入混凝土并震动夯实，使混凝土在孔中凝结形成混凝土桩。7.根据权利要求6所述的修复黄土路基的方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，向路基中的注水总量由下列步骤计算出：a.根据公式(1)计算高填方路段的沉降量，以此来确定原状土体路段的沉降量，原状土体路段的沉降量应当与高填方路段的沉降量相同公式(1)中，St—t时刻高填方夯实地基后的工后沉降；H—填方高度；E—填筑体变形模量；b.根据公式(2)计算原状土体路基中第i层土的自重湿陷系数δzsi：公式(2)中的参数根据现场获取的第i层土的土试样试验测得，其中，ep—保持天然湿度和结构的土试样，对该土试样加压，ep为土试样下沉稳定后的孔隙比；ep′—上述加压稳定后的土试样，在浸水饱和条件下，下沉稳定后的孔隙比；e0—土试样的初始孔隙比；δzsi-第i层土的自重湿陷系数；c.进一步根据步骤b的方式计算原状土体路基中所有注水土层的自重湿陷系数；d.根据公式(3)计算原状土体路基的湿陷沉降量：δzs＝β∑δsi·Hi(3)公式(3)中，δzsi-第i层土的自重湿陷系数；Hi-第i层土的厚度，单位为mm；δZS-原状土体总的湿陷沉降量，与St相同；β-因地区土质而异的修正系数，β按下列规定取值：1)陇西地区取1.50；2)陇东-陕北-晋西地区取1.20；3)关中地区取0.90；4)其它地区取0.50；e.结合计算得的自重湿陷系数δzsi，并根据公式(4)推导出第i层土的含水率：公式(4)中，Wi-所述第i层土的含水率；Ip—土塑性指数；f....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建学，杨海荣，马耀辉，张宝宝，程传辉，朱清帅，张景伟，郜新军，刘建伟，陈伟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41