一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法与流程

本发明涉及软土地基加固施工，具体涉及一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法。

背景技术：

1、在沿海地带广泛分布着数米至数十米的深厚软黏土层，这种软土层具有含水率高、孔隙比大、富含有机质、低强度、高压缩性、低渗透性等特点。在这类软土地基上建设道路或其他建筑工程前，必须对其进行加固处理以提高地基承载力，减小工后沉降。常规的软基处理方法主要有换填垫层法、预压法、强夯法、振冲法、水泥土搅拌法等，但这些方法普遍存在着工期长、费用高、工艺复杂等问题。近年来爆炸法由于工期短，费用低，不受处理深度限制等优点而被广泛用于软基加固施工领域。爆炸法加固地基是在地基中钻凿成孔，将炸药置于所需加固处理的深度，利用炸药爆炸释放的巨大能量对周围土体产生挤密作用，进而提高地基承载力及稳定性。目前爆炸法加固软基常用到炸药、雷管等管制品，材料相对难以获取，且炸药爆炸为化学反应，危险性高，对周围土壤和地下水会产生一定的污染。

技术实现思路

1、针对现有爆炸法加固软基技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，解决现有的爆炸法软基处理技术炸药获取困难、爆炸噪声大、对地基土和地下水污染大的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，包括以下步骤：

4、s1：在软土地基上铺设砂垫层作为排水通道，同时在砂垫层底部预埋若干沉降板；

5、s2：打设袋装砂井作为竖向排水通道；

6、s3：填土至交工面标高，作为堆载预压法的上覆荷载；

7、s4：测量放线，爆孔的位置按梅花桩型布设；

8、s5：钻凿爆孔；

9、s6：确定干冰气爆装置的埋置深度，位于爆孔内最底部的干冰气爆装置距爆孔孔底2m，自下而上按3m等间距埋设干冰气爆装置，位于爆孔内最顶部的干冰气爆装置筒顶距离孔口深度不小于2m；

10、s7：根据干冰气爆装置的埋置深度、间距以及场地条件确定爆孔内各干冰气爆装置中的干冰充装量；

11、s8：组装并埋设干冰气爆装置，封孔；

12、s9：启动干冰气爆装置，激发干冰粉的快速气化，释放出的高压气体，利用气爆挤土；

13、s10：通过步骤s1埋设的沉降板进行土体沉降观测，并开挖探井，取软土地基不同深度处土样进行土体物理力学参数测试，确定爆后地基土体的强度和压缩性指标；

14、s11：根据步骤s10的沉降观测结果和试验测试结果，确定是否进行二次爆炸，若地基条件符合地基处理要求，则完成地基处理，否则，重复s4-s10，直至达到地基稳定要求。

15、作为一种优选，步骤s1中，在软土地基上铺设砂垫层之前需要将软土地基整平，砂垫层铺设厚度为500mm，砂垫层由砾石、粗砂、细砂按不同厚度自下而上分层铺设。

16、作为一种优选，步骤s2中，袋装砂井长度按拟处理软基深度确定，直径100mm，按正方形等间距布置，间距取2m。

17、作为一种优选，步骤s5中，爆孔的间距取4m，爆孔孔径为100mm，孔深按设计要求的拟处理土层深度确定。

18、作为一种优选，干冰气爆装置包括干冰气爆筒、加热导线、引爆导线、安全导管和密封堵头，干冰气爆筒壁厚为5mm，干冰气爆筒设有泄能槽；干冰气爆筒内设有干冰粉舱、加热棒、铝热剂药包和电点火柴，加热棒通过加热导线与外部电源连接，用于对干冰粉舱内的干冰进行加热使其液化，铝热剂药包、电点火柴通过引爆导线与外部电源连接，用于激发液态二氧化碳瞬时气化；密封堵头设置在干冰气爆筒的开口处，安全导管穿过密封堵头与干冰粉舱连接，安全导管能够外接传感器监测干冰气爆筒的内部压力，同时可在激发液态二氧化碳不成功时对干冰气爆筒进行泄气。

19、作为一种优选，干冰气爆筒呈圆柱状，直径为90mm、长度为1000mm，壁厚5mm。

20、作为一种优选，泄能槽位于干冰气爆筒中部，泄能槽的长度200mm，槽深3mm。

21、作为一种优选，堆载预压法的堆载土料采用碎石土，厚度根据设计要求的预压荷载确定。

22、作为一种优选，步骤s7中，位于爆孔孔底的干冰气爆装置中的干冰充装量要大于位于爆孔孔口的干冰气爆装置中的干冰充装量。

23、作为一种优选，步骤s8中，将干冰气爆装置放入爆孔时需将安全导管、加热导线和引爆导线露出爆孔，然后再封孔，封孔料材料为粉质黏土。安全导管泄气口安装堵头，封孔前安全导管的泄气出口不完全封堵，留有一定的泄气能力，防止前期干冰气爆装置中的干冰粉气化聚压，封孔后再将泄气出口的堵头拧紧以封闭干冰气爆装置。

24、作为一种优选，步骤s9中，按干冰气爆装置的埋置深度自下而上（孔底到孔口）依次启动，各干冰气爆装置间启动时间间隔为1s。启动干冰气爆装置时，首先启动外部加热电源，通过加热棒对干冰粉舱进行加热，使干冰粉融化为液态二氧化碳，再启动引爆电源，通过电点火柴激发铝热剂药包，使液态二氧化碳瞬时气化形成高压气体，在干冰气爆筒泄能槽处泄出，挤压爆孔周围土体。

25、作为一种优选，步骤s10中，土体沉降持续观测时间为3天。

26、工作原理为：先在深层软土地基中钻凿深孔，将干冰爆破装置置于需加固处理的深度进行爆炸，在地基中设置一定的袋装砂井作为竖向排水通道，在软基上部铺设砂垫层作为水平排水通道，然后在砂垫层上附加一定的填土堆载，利用干冰相变泄爆产生的冲击能激发软土较高的孔隙水压力，并在上覆堆载压力作用下使孔压逐渐消散，孔隙水逐步被排出，土体固结，从而改善土体的强度和压缩性指标。

27、总的说来，本发明具有如下优点：

28、本发明提出的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，通过干冰相变气爆作用激发深层软土的超孔隙水压，并结合堆载预压法，使超孔压消散，土体强度和压缩性指标得到改善，相对于传统的炸药爆炸法加固软土地基具有处理深度深、材料易获取（炸药、雷管属于管制品）、成本低、噪音小、对土体和地下水污染小等优点。

技术特征：

1.一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：步骤s1中，在软土地基上铺设砂垫层之前需要将软土地基整平，砂垫层铺设厚度为500mm，砂垫层由砾石、粗砂、细砂按不同厚度自下而上分层铺设。

3.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：步骤s2中，袋装砂井长度按拟处理软基深度确定，直径100mm，按正方形等间距布置，间距取2m。

4.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：步骤s5中，爆孔的间距取4m，爆孔孔径为100mm，孔深按设计要求的拟处理土层深度确定。

5.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：干冰气爆装置包括干冰气爆筒、加热导线、引爆导线、安全导管和密封堵头，干冰气爆筒壁厚为5mm，干冰气爆筒设有泄能槽；干冰气爆筒内设有干冰粉舱、加热棒、铝热剂药包和电点火柴，加热棒通过加热导线与外部电源连接，用于对干冰粉舱内的干冰进行加热使其液化，铝热剂药包、电点火柴通过引爆导线与外部电源连接，用于激发液态二氧化碳瞬时气化；密封堵头设置在干冰气爆筒的开口处，安全导管穿过密封堵头与干冰粉舱连接，安全导管能够外接传感器监测干冰气爆筒的内部压力，同时可在激发液态二氧化碳不成功时对干冰气爆筒进行泄气。

6.按照权利要求5所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：干冰气爆筒呈圆柱状，直径为90mm、长度为1000mm，壁厚5mm。

7.按照权利要求5所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：泄能槽位于干冰气爆筒中部，泄能槽的长度200mm，槽深3mm。

8.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：堆载预压法的堆载土料采用碎石土，厚度根据设计要求的预压荷载确定。

9.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：步骤s8中，将干冰气爆装置放入爆孔时需将安全导管、加热导线和引爆导线露出爆孔，然后再填封孔料，封孔料为粉质黏土，安全导管泄气口安装堵头，封孔前安全导管的泄气出口不完全封堵， 封孔后再将泄气出口的堵头拧紧以封闭干冰气爆装置。

10.按照权利要求1所述的一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，其特征在于：步骤s10中，土体沉降持续观测时间为3天。

技术总结
本发明涉及一种基于干冰相变气爆技术的深层软弱地基加固施工方法，方法利用干冰相变气爆作用对深层软弱土体进行爆炸挤密，使软基中产生较高的超孔隙水压力，同时结合堆载预压法，在软土地基中预设袋装砂井作竖向排水通道，砂垫层作水平排水通道，在上覆堆载压力作用下使软基中超孔压消散，土体逐渐排水固结，强度指标得到提高，属于软土地基加固施工技术领域。

技术研发人员：李斌,陈忠章,安关峰,梁欢,麦宇博,李波,郭润植,陈伟华
受保护的技术使用者：广州市市政集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5