一种用于准确调控地基沉降的地基处理方法及其施工装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于准确调控地基沉降的地基处理方法及其施工装置，属于土木工程技术领域。所述的处理方法根据拟消除的地基沉降量，确定挤扩器的数量和直径扩展量，通过挤扩器在土中按照指定速率地逐步扩张，向周围土体施加水平载荷，迫使土体排水固结、孔隙率降低，直至孔隙减少量达到设计目标值，实现准确调控地基沉降的目的。所述的施工装置为挤扩器，所述挤扩器至少包含一个II型挤扩器单元，扩展后可以形成斜扩型变直径桩孔。本发明专利技术通过可控直径的挤扩，根据预定目标准确定量地消除地基中的孔隙，达到准确控制地基沉降量的目的；对于道路拓宽工程，可以准确的控制新老道路地基的差异沉降。施工设备简便、施工方法简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地基处理方法，属于土木工程
具体地说，是指一种可以准确调控地基沉降的地基处理方法及其施工装置。
技术介绍
目前我国正处于公路拓宽工程的高峰期，公路拓宽工程带来了道路地基处理的新的问题。老公路经多年使用，其地基在路基路面荷载和车辆运行荷载作用下已完成固结， 沉降已稳定；而新建拓宽道路路基路面施工完成后，在路基路面自重作用下和车辆运行荷载作用下，地基仍会产生相当量的沉降；从而造成新老道路差异沉降，进而造成路面结构破坏，影响道路正常使用。为避免此类现象发生，必须严格控制新老路基的差异沉降，即严格控制拓宽新建道路地基的沉降。因此，常常不得不使用工程造价昂贵的砼桩、水泥土桩等地基处理方法。然而即使是这种高成本的地基处理方法，从其工作原理及设计方法都难以准确控制其沉降量。因此难以得到安全、经济的工程效果。
技术实现思路
地基产生沉降的本质是其孔隙率的减小。在相同的土质条件下，只要地基孔隙率达到同一水平后，在同样荷载作用下地基的沉降量就应该是一样的。老路下的地基在路基路面结构自重和车辆运行荷载的作用下完成固结，土体孔隙率达到在此荷载作用下的最小值，因此在上述荷载作用下不会发生新的沉降。而拓宽新路的路基下的地基尚未完成固结， 土的孔隙仍然较大，因此，在路基、路面及车辆荷载作用下地基土孔隙会继续减少，从而产生新老路基的差异沉降。显然，在拓宽新路的路面结构施工之前，如果能够使其下地基土的孔隙率与老路下地基土的孔隙率相等，则在路基、路面及车辆运行荷载作用下新路基也不会产生新的沉降，新老路基即不会产生差异沉降。基于此原理，本专利技术提出一种在路面结构施工前就可以使拓宽新路地基土的孔隙率与老路地基土的孔隙率一致的地基处理方法。该地基处理方法可以准确控制地基沉降量并且成本低廉，从而可以准确的控制新老道路地基的差异沉降。根据现行设计规范，在拓宽新路施工前必须进行新老道路下的地基勘察，从勘察报告中可以分别获取新、老道路下地基的孔隙率，据此可以计算得出拓宽新路下地基单位体积土体比老路下地基单位体积土体多出的孔隙体积。采用下述的施工装置和施工方法消除该多余的孔隙，即可达到消除新老道路地基差异沉降的目的。本专利技术中所提供的地基处理方法是指根据拟消除的地基沉降量，确定挤扩器的数量和直径扩展量，通过挤扩器在土中按照指定速率地逐步扩张，向周围土体施加水平载荷，迫使土体排水固结、孔隙率降低，直至孔隙减少量达到设计目标值，实现准确调控地基沉降的目的。所述的孔隙减少量是指新路下地基单位土体比老路下地基多出的孔隙量，根据所述的孔隙量可以计算得出各挤扩器的间距及挤扩器扩展直径。所述的地基处理方法具体过程如下第一步根据不同深度土层拟消除的孔隙量(根据拟加固土的孔隙率与目标孔隙率的差值计算确定)，确定挤扩器不同深度挤扩后直径以及各挤扩器之间的距离；第二步将组合好的处于收缩状态的挤扩器植入土中设计深度；第三步根据土质条件确定挤扩器扩张时直径扩展速率，使挤扩器在设计深度处开始扩展，迫使土中的水进入扩展后的挤扩孔中或者被挤扩器挤扩入土层中设置的砂井或排水板，土层中的孔隙逐步减少，直至挤扩器扩张至设计直径和形状。第四步将挤扩形成的桩孔中的水疏干，向桩孔中浇注桩体材料、向上收起挤扩器，即完成地基处理施工。其中，视土质条件，挤扩器可以在桩体材料浇筑之前收起，也可以在桩体材料浇筑之后收起。所述挤扩器至少包含一个II型挤扩器单元。所述的II型挤扩器单元主要由中心螺杆、反向螺母、正向螺母、支撑杆、支撑梁、扩展叶片和透水滤膜构成。所述中心螺杆由三段相间排列的反向螺纹段和正向螺纹段组成，每段正向螺纹段上旋套有一个正向螺母，每段反向螺纹段上旋套有一个反向螺母，每个反向螺母和正向螺母上铰接有数量相同的若干支撑杆。其中相邻的一对正反向螺纹段的螺距相同，且其上旋套的一对正反向螺母上铰接的支撑杆长度相同，形成若干支撑杆对，支撑杆对中的支撑杆的另一端铰接在支撑梁上同一点。第三段螺纹段的螺距与上述正反两段螺纹段的螺距不同，其上旋套的正向或者反向螺母上铰接的支撑杆长度与上面所述的支撑杆对的支撑杆的长度相同或不同，该支撑杆另一端铰接于所述的支撑梁上另一点，支撑梁外连扩展叶片，扩展叶片外包覆透水滤膜。本专利技术具有如下优点及功效1)通过筒型和斜扩型挤扩器可控直径的挤扩，可以根据预定目标准确定量地消除地基中的孔隙，从而达到准确控制地基沉降量的目的；特别是对于道路拓宽工程，可以准确的控制新老道路地基的差异沉降。2)施工设备简便、施工方法简单，是成本低廉的准确控制地基沉降量的地基处理方法。附图说明图Ia——I型挤扩器单元挤扩前横剖面示意图；图Ib——I型挤扩器单元挤扩后横剖面示意图；图Ic——I型挤扩器单元挤扩前纵剖面示意图；图Id——I型挤扩器单元挤扩后纵剖面示意图；图2a——II型挤扩器单元挤扩前纵剖面示意图；图2b——II型挤扩器单元挤扩后纵剖面示意图；图3——类扇形扩展叶片简易示意图；图4——实施例二中的变截面组合挤扩器简易示意图；图5——为实施例三中的变截面组合挤扩器简易示意图。图中标号及符号说明如下A反向螺纹段；B扩展叶片；C反向螺母；D正向螺母；F支撑梁；G支撑杆；H正向螺纹段；I中心螺杆；Y透水滤膜。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供一种用于准确调控地基沉降的地基处理方法，所述的处理方法具体为第一步根据不同深度土层拟消除的孔隙量，确定挤扩器不同深度挤扩后直径以及各挤扩器之间的距离；所述的孔隙量根据拟加固土的孔隙率与目标孔隙率的差值计算确定。第二步将组合好的处于收缩状态的挤扩器植入土层至设计深度；第三步使挤扩器在设计深度处开始扩展，迫使土中的水进入扩展后的挤扩孔中或者被挤扩器挤扩入土层中设置的砂井或排水板，土层中的孔隙逐步减少，直至挤扩器扩张至设计直径和形状。所述的挤扩器扩张时按照一定的扩展速率进行，挤扩直径的扩展速率需根据土质条件(如强度、渗透系数等)设计确定，一般按每次扩展2 5mm，每3 4小时扩展一次的方式进行扩展。第四步桩孔中的水排除后，向桩孔中浇注桩体材料、向上收起挤扩器，即完成消除土体预定孔隙量的施工。其中，视土质条件，挤扩器可以在填充材料浇注之前收起，也可以在填充材料浇注之后收起。当土质条件较好，挤扩后的孔可以自立，挤扩器收起后孔不会坍塌时，则可以先收起挤扩器，然后浇注桩体材料。如果土质条件不好，挤扩后孔不能自立， 挤扩器收起后孔壁土体会坍塌，则可以先浇注填充材料，然后收起挤扩器。上述的地基处理方法中所述的挤扩器由若干节挤扩器单元组合连接而成，挤扩前的挤扩器为直筒形收缩状态，挤扩后的挤扩器为变直径的扩展状态，如图h、2b所示，所述的挤扩器至少包含一个II型挤扩器单元，所述的II型挤扩器单元主要由中心螺杆I、反向螺母C、正向螺母D、支撑杆G、支撑梁F、扩展叶片B和透水滤膜Y构成。所述中心螺杆I由三段相间排列的两个反向螺纹段A和一个正向螺纹段H组成，正向螺纹段H上旋套有一个正向螺母D，每段反向螺纹段A上旋套有一个反向螺母C，每个反向螺母C和正向螺母D上铰接有数量相同的若干支撑杆G。其中相邻的一对正反向螺纹段的螺距相同，如图加中上面两个正向螺纹段H和反向螺纹段A，且其上旋套的一对正反向螺母上铰接的支撑杆G长度相同，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于准确调控地基沉降的地基处理方法，其特征在于：所述的地基处理方法是根据拟消除的地基沉降量，确定挤扩器的数量和直径扩展量，通过挤扩器在土中按照指定速率地逐步扩张，向周围土体施加水平荷载，迫使土体排水固结、孔隙率降低，直至孔隙减少量达到设计目标值，实现准确调控地基沉降的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝林，田雨，于浩，程寅，黄新，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11