专利名称：一种用土工袋处理膨胀土地区地基的方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膨胀土地基处理方法，具体地说是涉及一种利用土工袋处理 膨胀土地基的方法，该方法可以抑制膨胀土浸水膨胀变形、防止膨胀土地基开裂、 增强膨胀土强度。
二背景技术：
膨胀土 (岩)中富含以蒙脱石为主的亲水矿物，具有吸水时体积膨胀、失水 时土体收縮变形的特点。吸水时产生较高的膨胀力。反复胀縮的结果使得土(岩) 体结构发生破坏，力学强度随之降低。因此，膨胀土地区工程建设中常遇到以下 几个主要问题
a. 建筑物地基的变形问题
膨胀土体吸水膨胀、失水收縮的结果，使得地基隆起与开裂，产生不均匀变形；
b. 边坡稳定性问题
膨胀土边坡在长期胀縮作用下，土 (岩)体结构发生破坏，使得土体强度降 低，同时出现大量的裂隙与裂缝。因此，膨胀土边坡表层吸水含水量增大时，极 易产生沿着裂隙、裂缝的滑动破坏；
C.膨胀岩土的洞室稳定问题
由于膨胀土的强度随含水量的增加而降低，因此，在膨胀土地区开挖洞室时， 若遇雨水则有塌方的危险。
因此，在膨胀土地区建设工程项目需进行地基处理。目前，常规的膨胀土地 基处理方法有换土法、化学改良法和桩基础等。换土法即是把工程建设地的膨 胀土全部或部分挖掉，换以非膨胀性土，以消除或减少地基的胀縮变形。通常膨 胀土地区近距离往往缺乏非膨胀土料源，需要从较远地区取得，同时开挖出来的 膨胀土需要大面积的弃料堆场，因此，存在成本高、占用土地多、对当地环境和 水土流失影响大等问题；化学改良法即用一定量的石灰、水泥或矿渣等物掺入到 膨胀土中，以改变膨胀土的特性，达到消减膨胀土的胀縮变形的目的。由于该方 法把化学物质掺入到土壤中，改变了土壤的性质，不利于环保；膨胀土桩基础的
工作状态较复杂，浸水膨胀时在桩侧和土之间产生胀切力，失水收缩后又会在桩 身周围产生负摩擦，而且，浸水后，由于土体强度降低，土体变软，桩的承载力 会大大下降。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有技术中的不足，提供一种用土工袋处理膨胀土 地区地基的方法，其特征在于处理方法步骤如下
(a) 首先在工程建设地根据设计要求的深度把膨胀土 (1)开挖出来，并把 开挖出来的膨胀土 (1)装入一系列的土工袋(2)内，并帮扎好袋口后，形成的
袋装膨胀土 (3)待用；
(b) 在开挖深度处理层底面裸露的土层面上，用碾压机械压实此土层，并
在此层面上铺上一层防渗水的油毛毡或土工膜；
(c) 把步骤(a)的袋装膨胀土 (3)吊至工程地基处，按纵横交错的排列 方式放置袋装膨胀土 (3)，然后用碾压机械压成扁平状，直至压实到设计要求的
密实度为止，袋装膨胀土 (3)之间的空隙(4)用开挖的膨胀土 (1)填充；
(d) 按步骤(c)的方式逐层施工，直至到顶层，形成建筑物的地基，在地
基的斜坡表面上设有表面保护(5)。
上述步骤(a)所述的土工袋是由掺加了 1%防老化剂的聚丙烯材料制成，
平面尺寸为40-100 cm X 40-100 cm。
上的用土工袋处理膨胀土地区地基的方法在工民建地基中的应用。 上述用土工袋处理膨胀土地区地基的方法在公路与铁路地基中的应用。
图1为用土工袋处理膨胀土机理分析概念图。袋装膨胀土经压实后，在上载 压力作用及膨胀土发生浸水膨胀变形时，袋子周长伸长，从而在袋子中产生一个 张力T。袋子张力T对土袋内的膨胀土起到一个约束作用，使得土颗粒间的接触 力N增加。由于土体强度本质上源于土颗粒间的摩擦强度，土颗粒间接触力N 增加意味着土颗粒间的摩擦强度增大(符合摩擦定律F二nN， n: 土颗粒间摩擦系 数)，因此，袋装膨胀土的整体强度提高。同时袋子张力T限制了膨胀土的浸水 膨胀变形。
本发明的有益效果是(1)强度上，土工袋在压实及浸水时，土工袋的周长 会伸长，伸长的结果是袋子产生一个张力，张力的作用使得袋装膨胀土的强度得 到增加；(2)变形上，由于土工袋的张力约束作用，袋装膨胀土的浸水变形比不 处理的膨胀土的浸水变形相比较大大减小，不会引起工程问题；(3)渗透性上， 袋装膨胀土堆积体的渗透系数较大，达到10—4 10—3cra/s的量级，进入土工袋组 合体的雨水或其他渗水会很快排走，不会有大量水进入土工袋内的膨胀土中；(4) 环保上，用土工袋处理膨胀土地区的地基，不会对土壤产生任何不良影响，同时， 膨胀土就地使用，不会有弃土的堆土场，是一种绿色环保的地基处理方法。
四
图1为土工袋处理膨胀土机理分析概念图； 图2为土工袋处理膨胀土路基示意图3为不同垂直压力下袋装强膨胀土袋子中发挥的最大张力；
图4为取强膨胀土的内摩擦角(|)=12°，根据最大张力计算得到的附加凝聚力
图5为初始含水量20%袋装膨胀土与膨胀土浸水变形比较图； 图6为初始含水量24%袋装膨胀土与膨胀土浸水变形比较图。 附图标记l.膨胀土， 2.土工袋，3.袋装膨胀土， 4.填充土工袋之间的空 隙的膨胀土， 5.表面保护(混凝土衬砌或草坪护坡)。
五具体实施例方式
实施例1 一种用土工袋处理膨胀土地区地基的方法，其处理方法步骤如
下
(a) 在膨胀土地区划定的工程建设地，根据设计所需的土层处理深度为4m，开 挖出这一深度的膨胀土 (1)装入100cmX100cra的土工袋(2)内，扎好袋口后， 形成的袋装膨胀土 (3)待用；
(b) 在处理层4m的裸露的土层面上，用碾压机械压实此土层；
(c) 把袋装膨胀土 (3)吊至工程地基处，按纵横交错的排列方式放置袋装膨胀 土(3)，然后用碾压机械压成扁平状，直至压实到设计要求的密实度1. 5-2. 0g/cm3 为止，袋装膨胀土 (3)之间的空隙(4)用开挖的膨胀土 (1)填充；
(d) 按上述方式逐层施工，直至到顶层，形成建筑物的地基，在地基的斜坡表 面上设置用混凝土衬砌的表面保护(5)。
实施例2 结合附图和现有的室内相关试验成果，对本发明作进一步说明。
本发明提供一种用土工袋处理膨胀土地基的方法，即把工程建设地开挖出来 的膨胀土直接装入土工袋内，按一定的排列方式堆积在工程建设的地基上，采用 碾压设备逐层把装有膨胀土的土工袋压实，形成建筑物的地基。
所述的土工袋材料是一种掺加了 1%的防老化剂(UV)的聚丙烯(pp)编织 袋，其平面尺寸室内试验使用的为40cmX40cm，实际工程中可放大至lmX lm。
所述的袋装膨胀土是利用就地开挖的膨胀土尽可能多的装入土工袋内，装满 之后，把袋口封紧，再利用碾压设备压实土工袋至需要的密实度，土工袋被压成 扁平状。
所述的袋装膨胀土，如图1，在上载压力及浸水膨胀作用下，土工袋的周长 会伸长，伸长的结果是在袋子中产生一个张力T，袋子张力T对土袋内的膨胀土 起到一个约束作用，使得袋子内的土颗粒间的接触力N增大，N增加意味着土 颗粒间的摩擦强度增大(符合摩擦定律F=kiN， n: 土颗粒间摩擦系数)。袋装膨 胀土的整体强度提高。具体来说，就是由于袋子张力的约束作用，产生了一个附 加凝聚力，使得袋装膨胀土所体现出来的凝聚力比实际的膨胀土的凝聚力要大。 根据室内试验的结果，装有膨胀土的袋子周长的伸长变形包括二部分 一部分是 膨胀土装入袋子后压实过程中产生的；另一部分是浸水膨胀变形产生的。根据土 工袋材料张力与伸长应变的关系，可以计算得到的袋子中产生的张力t的大小。 图3为计入压实过程中产生的袋子周长伸长后，初始含水量w=20%、 24%的袋 装强膨胀土浸水变形试验得到的土袋在不同垂直压力下袋子中发挥的最大张力。 计算张力t引起的土袋附加凝聚力ct，如图4所示，土袋张力引起的附加凝聚 力ct值达200 300kPa，而相同工况下膨胀土固有粘聚力在含水量w=20%、 24% 时为200kPa 、 120kPa，故比膨胀土固有的凝聚力要大。因此，膨胀土装入土工 袋后，其强度将得到大大提高。并且，由于外加垂直压力小的情况下土袋浸水变 形量大，张力引起的附加凝聚力Ct但大，土袋处理效果明显。这对工程安全来 说是非常有利的，因为膨胀土破坏通常在表层发生，而表层的土体应力不大。
所述的袋装膨胀土，从室内浸水变形试验来看，袋装膨胀土单体变形量随上 载压力的增加而减小，当上载垂直压力达到一定的值后趋于稳定。这是因为当上 载垂直压力比较小，不足以平衡试样膨胀力时，膨胀力对浸水膨胀变形的作用明 显，而当上载垂直压力逐渐增大，膨胀力的作用所占的比例逐渐减小，直至完全 消失。从袋装膨胀土和不装袋的膨胀土的浸水变形对比试验，如图5、图6所示， 袋装膨胀土的竖向膨胀率均比膨胀土的膨胀率要小。
所述的袋装膨胀土组合体的渗透系数k，不论是垂直向还是水平向，都比较 大，达到1(T l(T'cm/s的量级，因此袋装膨胀土组合体相当于一种半透水材料。 如果地基设计有良好的排水系统，雨水或其它渗水很快就会从组合体间填土中排 掉，不大可能会渗入到土工袋内部的膨胀土，不会引起土工袋内膨胀土中的水分 很大的变化。
所述的袋装膨胀土，工程应用时，层与层之间需纵横交错排列，从室内的摩 擦试验看，层与层之间的摩擦系数大于l.O， 一般在1.05 1.2之间。因此，堆 积的土工袋层与层之间稳定性是可以保证的。
所述的土工袋处理膨胀土地区的地基方法，适用于建筑、交通、水利等领域， 具体来说，可用于工民建地基、公路与铁路地基、渠道边坡、堤坝、挡墙等。
权利要求
1.一种用土工袋处理膨胀土地区地基的方法，其特征在于处理方法步骤如下(a)首先在工程建设地根据设计要求的深度1-10米把膨胀土(1)开挖出来，并把开挖出来的膨胀土(1)装入一系列的土工袋(2)内，并帮扎好袋口后，形成的袋装膨胀土(3)待用；(b)在开挖深度处理层底面裸露的土层面上，用碾压机械压实此土层；(c)把步骤(a)的袋装膨胀土(3)吊至工程地基处，按纵横交错的排列方式放置袋装膨胀土(3)，然后用碾压机械压成扁平状，直至压实到设计要求的密实度1.5-2.0g/cm3为止，袋装膨胀土(3)之间的空隙(4)用开挖的膨胀土(1)填充；(d)按步骤(c)的方式逐层施工，直至到顶层，形成建筑物的地基，在地基的斜坡表面上设有表面保护(5)。
2. 根据权利要求1所述的一种用土工袋处理膨胀土地区地基的方法，其特征 在于步骤(a)所述的土工袋是由掺加了 1%防老化剂的聚丙烯材料制成，平面 尺寸为40-100 cm X 40-100 cm。
3. 如权利要求1所述的用土工袋处理膨胀土地区地基的方法在工民建地基 中的应用。
4. 如权利要求1所得糊的用土工袋处理膨胀土地区地基的方法在公路与铁 路地基中的应用。
全文摘要
一种用土工袋处理膨胀土地区地基的方法。该方法将工程建设地开挖出来的膨胀土直接装入材质与尺寸大小经严格控制的土工袋内，然后按一定的排列方式将土工袋堆积在工程建设地上，并采用碾压设备逐层把装有膨胀土的土工袋压实，形成建筑物的地基。该方法的作用原理为在上载压力和浸水膨胀作用过程中，土工袋的周长伸长，从而在土工袋中产生一个张力，该张力一方面约束着膨胀土的膨胀变形，另一方面相当于在膨胀土中产生了一个附加凝聚力，提高了袋装膨胀土的整体强度。用土工袋处理膨胀土地基绿色环保，施工简便，效益显著。
文档编号E02D27/02GK101168961SQ20071019064
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者刘斯宏, 汪易森 申请人:河海大学