专利名称：利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法
技术领域：
本发明涉及一种地基处理方法，属于土木工程中的施工技术领域。具体地说是指一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异性沉降的地基处理方法。
背景技术：
目前，公路拓宽工程在我国正处于高峰期。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，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。
发明内容
地基产生沉降的过程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，土的孔隙率仍然较大，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，如果能够使拓宽新路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，本发明提出一种地基处理方法，即在新路路基路面结构施工前，在新路地基中填入膨胀材料，通过填入地基中的膨胀材料体积的缓慢膨胀，逐步挤压周围土体，最终使新路地基各层土的孔隙率与老路地基土孔隙率一致。本发明提供的是一种可以准确控制新老路基沉降量的成本低廉的地基处理方法，从而可以准确地控制新、老道路的路基的差异沉降，具体地基处理方法如下第一步，确定新路地基和老路地基的孔隙率差值。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量，即孔隙率差值。采用本发明提供的施工方法消除新路地基下多余的孔隙，即可达到消除新老地基差异沉降的目的。第二步，根据新路地基和老路地基的孔隙率差值，确定打孔预定深度。在新路即道路拓宽部分，选择适当部位打孔至预定深度。所述的适当部位是指在新路地基上打孔并在孔内加入膨胀材料后，膨胀材料膨胀所产生的体积膨胀可以消除新路地基和老路地基之间的孔隙率差值。如果老路地基孔隙比为N1,待拓宽新路地基孔隙比Ntl,加入膨胀材料后，未膨胀时半径径为Rtl，选取的膨胀材料的体积膨胀系数为μ，设膨胀材料完全膨胀后截面半径为R1,采用三角布桩方式，孔间距为X，孔深度为h，根据挤扩前后土含量相同，可得到
权利要求
1.利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是包括如下步骤第一步，确定老路地基和新路地基的孔隙率差值；第二步，根据孔隙率差值确定打孔预定深度；第三步，根据膨胀材料的膨胀率和孔隙率差值计算得出孔深度的预定区段所需的膨胀材料含量；第四步，在新路地基上打孔至预定深度，在所述孔内加入膨胀材料，并将膨胀材料压实；第五步，经过膨胀材料各组分之间以及膨胀材料与土中水之间的反应，膨胀材料膨胀，均匀挤压周围土体，达到排水固结降低新路地基孔隙率的效果，最终使新路地基孔隙减少量达到设计目标值。
2.根据权利要求1所述的一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的膨胀材料包括膨胀组分和填充组分，其中膨胀组分占全部膨胀材料的质量百分比为60% 100%，其余为填充组分。
3.根据权利要求2所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的膨胀组分有以下三类(1)煅烧得到工业石灰，包括生石灰，或者过烧石灰，或者两者组合；(2)煅烧得到的氧化镁，包括重烧氧化镁、轻烧氧化镁、或者两者组合，其活性氧化镁含量占75%以上；(3)能够生成硫铝酸钙类的材料组合，即多种组分反应后可生成硫铝酸钙。
4.根据权利要求3所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的工业石灰的煅烧温度为900°C 1200°C，保温时间为超出正常保温时间4 10小时；所述的氧化镁煅烧温度为800°C 1450°C，保温时间I 8小时。
5.根据权利要求3所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的多种组分反应后生成硫铝酸钙，所述的多种组分包括但不限于硫铝酸盐水泥加石膏；或者为高铝水泥加石膏；或者为水化铝酸四钙加石膏；或者为铝酸三钙加石膏；或者为硫酸铝加石灰加石膏；或者为煅烧明矾石加石膏，或者为天然明矾石加石膏。
6.根据权利要求2所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的填充组分为含活性氧化硅、活性氧化铝成分的工业废渣或天然材料，包括但不限于粉煤灰、钢渣、煅烧煤矸石、矿渣；填充组分粒径小于80 μ m。
7.根据权利要求1所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的打孔是在新路地基上竖直向下或倾斜向下打孔，倾斜角度与铅垂线的夹角为5 30度。
8.根据权利要求1所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的将膨胀材料压实具体采用以上三种方法中的一种(a)将有端部单向封挡的管植入土中预定深度后，向管内加入膨胀材料，用直径小于管内径的圆杆将膨胀材料挤压密实；边挤压圆杆，边将管外抽；抽管幅度以加入的膨胀材料压实后能够填充无管孔段全部体积为宜；重复上述过程，直至拟填膨胀材料的孔段全部填满膨胀材料并压实为准；然后将孔口填封；(b)将膨胀材料填入模具中，用压力机将其压成指定压实度的膨胀材料圆柱块；将膨胀材料圆柱块依次塞入孔中并压实，然后将孔口填封；所述模具直径小于成孔管外径I一10mm、长度小于孔深度；(c)将有端部单向封挡的管植入土中预定深度后向管中加入膨胀材料，用直径小于管内径的圆杆将膨胀材料压实；然后圆杆夯击膨胀材料使膨胀材料向周围土体中挤扩，边填充膨胀材料边夯击，边向外抽管；重复上述步骤，至拟填充膨胀材料的孔段全部填满，使得膨胀材料在土中挤扩形成大于孔管直径的柱状体。
9.根据权利要求1所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述孔的孔径在7cm 30cm之间；
10.根据权利要求1所述一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，其特征是所述的预订深度是新路地基和老路地基的孔隙比差值小于2%的深度。
全文摘要
本发明公开了一种利用膨胀材料准确调控新老路基差异沉降的地基处理方法，属于土木工程中的施工技术领域。所述方法在新路地基中填入膨胀材料，通过填入地基中的膨胀材料体积的缓慢膨胀，逐步挤压周围土体，最终使新路地基各层土的孔隙率与老路地基土孔隙率一致。本发明可以准确地控制新、老道路的路基的差异沉降，施工方法简单，是一种成本低廉，经济可靠的准确控制地基沉降量的地基处理方法。
文档编号E02D3/12GK102995513SQ20121047750
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者李建猛, 刘金龙, 杨建伟, 黄新 申请人:北京航空航天大学