專利名稱:基礎(chǔ)土壤水平靜態(tài)加密的方法
本發(fā)明涉及一個(gè)給作基礎(chǔ)用的松散土壤增加密度的方法，本方法可以在含水層之上也可以在含水層之下，按已知的土層厚度在任一深度上實(shí)施。
人們已經(jīng)知道有各種增加土壤密度的方法，這些方法有可能提高土壤的力學(xué)特性，特別是在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)減少總沉降和差異沉降。
這些方法在于利用不同的手段減少存在于組成土壤的、并常常是含水的固體組分之間的空隙的體積。
人們尤其了解一些方法，這些方法在于向土壤內(nèi)注入流體組分，諸如水泥灰漿或硅石的凝膠體，它們?cè)趬毫ο聺B入土壤的空隙，并在凝固后提高土壤的緊密度。
當(dāng)問題涉及到嚴(yán)格意義上的密度增加時(shí)，那些向土壤中注入流體組分的方法實(shí)施起來是難以掌握的，因?yàn)楹茈y掌握注入物的數(shù)量，使它正好不多不少，結(jié)果不是土壤加固得不夠，就是使用了過多的注入流體，使這一方法變得不夠經(jīng)濟(jì)。
人們也建議過，從孔道內(nèi)向土壤中注入高粘度的水泥砂漿，以形成連續(xù)的水泥砂漿園柱，在園柱和被處理的土壤之間形成輪廓比較明顯的界面，這樣土壤就受到輻射狀的擠壓并在各園柱之間被壓緊。
然而，這個(gè)方法的實(shí)施并沒有得到理想的結(jié)果，因?yàn)槿藗儾荒艽_定在什么時(shí)候停止注入水泥砂漿為好。
憑經(jīng)驗(yàn)，人們通常認(rèn)為水泥砂漿的注入應(yīng)該一直進(jìn)行到，例如，覆蓋層，尤其土地的表面開始隆起，或者一直進(jìn)行到水泥砂漿從土壤和孔道里的管子之間向外溢出為止。
人們也認(rèn)為在這個(gè)方法的實(shí)施過程中，當(dāng)人們看到水泥砂漿沉淀或分解時(shí)，水泥砂漿的注入應(yīng)當(dāng)停止。
經(jīng)驗(yàn)表明，這些準(zhǔn)則的執(zhí)行使得這一方法不能迅速而可靠地實(shí)施。
本發(fā)明是關(guān)于這種方法的改進(jìn)，使得能夠使用有限量的水泥砂漿，取得最大的土壤密度增加，而同時(shí)又不使大多數(shù)的土壤物質(zhì)被塑化。
本發(fā)明的目的是提供一種增加土壤密度的方法，在這一方法中，我們從多組孔道里向土壤中注入水泥砂漿。這一方法的特點(diǎn)在于從第一重網(wǎng)絡(luò)的孔道中進(jìn)行第一批水泥砂漿注入，水泥砂漿的粘度很大，內(nèi)摩擦角很大。這種水泥砂漿的注入在一層厚度已知、深度約在2到30米之間的土層中進(jìn)行。這一方法的特點(diǎn)還在于用同一種類的水泥砂漿在第二重網(wǎng)絡(luò)的孔道中進(jìn)行第二批注入，第二重網(wǎng)絡(luò)的位置在第一重網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的中央。同時(shí)注入按這樣的方式進(jìn)行，使得在本方法的實(shí)施過程中，水泥砂漿的總注入量，在由沙子構(gòu)成的土壤中低于土壤總體積的7%，在由淤泥構(gòu)成的土壤中約低于土壤總體積的5%，在含約10%膠質(zhì)粘土的土壤中約低于土壤總體積的3%。
在按照本發(fā)明實(shí)施的另一種方法中，可以作兩批以上的注入，每批注入都在前一重網(wǎng)絡(luò)的中央的孔道中進(jìn)行。
按照本發(fā)明，應(yīng)該注入土壤的水泥砂漿的總量，最好差不多相等地分配到各個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明可應(yīng)用于由粗糙的顆粒狀物質(zhì)構(gòu)成的土壤中，在各固體顆粒的尺寸不一致的情況下，最大顆粒的尺寸不大于100mm。如果最大顆粒的尺寸不大于5cm，本發(fā)明的方法可適用于各種類型的顆粒狀物質(zhì)。
本發(fā)明的方法適用于沙土、淤泥，也適用于某些粘土。
本發(fā)明的方法適用于各種來源的填土(例如開挖清理出的雜物，甚至由大塊粘土、瓦礫和工業(yè)或市鎮(zhèn)垃圾構(gòu)成的填土)。
可以從本發(fā)明提供的方法中得到好處的土壤可以是不浸透水的，也可以相反，是在含水層以下的。
在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行加固的土壤，一般地，應(yīng)位于地面以下2米或更深的地方。然而，在有必要給靠近地表的土壤增加密度時(shí)，可以在實(shí)施本方法的過程中在場(chǎng)地上堆放重物，施工后再行移走。
在水泥砂漿注入技術(shù)的現(xiàn)狀下，處理深度被限制在30米左右，但是，通過改進(jìn)泵送技術(shù)這個(gè)深度還可以增加。
根據(jù)本發(fā)明使用的水泥砂漿，舉例來說，可以由優(yōu)質(zhì)沙石骨料和按重量比10-15%的水泥或其它膠結(jié)材料組成，水泥/水的比例約在0.15-0.3%之間，所用骨料的粒度100%在2cm以下，其中25%小于0.1cm，這可能有必要添加填料。
對(duì)于這類水泥砂漿，亞伯拉罕(Abrahams)園錐下陷約3-4cm。
為實(shí)施本方法，要鉆一批孔道形成第一重網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)格邊長(zhǎng)約為5-7米。
這些孔道以直徑較小為好，例如直徑為50到100mm。
為了使得被塑化的土壤的體積被限制在可以接受的最小范圍內(nèi)，應(yīng)對(duì)最后一批注入水泥砂漿的孔道間的距離予以選擇。
注入應(yīng)在各個(gè)不同的孔道中依次進(jìn)行，每次注入高度為1-2米，同時(shí)，每注入一段相同的高度之后，提升導(dǎo)管。
在另一種方法中，可以用幾乎是連續(xù)的方式提升導(dǎo)管，同樣實(shí)現(xiàn)注入。
在粘性土壤中實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，在最后一重網(wǎng)絡(luò)的中央設(shè)置垂直排水道是有好處的，當(dāng)土壤間隙中出現(xiàn)明顯的超壓時(shí)，它能使超壓迅速消失。
為進(jìn)行注入，可以使用砂漿泵，它的注入壓力應(yīng)能達(dá)到8兆帕(80公斤/厘米2)，而流量可以小到3升/分以下。
這個(gè)方法實(shí)施的結(jié)果在孔道周圍的土壤中形成一個(gè)連續(xù)的水泥砂漿圓柱，它有一個(gè)規(guī)則的表面，和被處理的土壤之間有一個(gè)明顯的界限。
按照本發(fā)明，水泥砂漿不應(yīng)通過絲狀水道或特殊的開裂表面滲入到土壤物質(zhì)中去。
通過在某些網(wǎng)格中心的正位上進(jìn)行土壤學(xué)試驗(yàn)，諸如標(biāo)準(zhǔn)滲透試驗(yàn)以及透度計(jì)或壓力計(jì)試驗(yàn)，可以監(jiān)測(cè)用本發(fā)明的方法取得的增加密度的效果。
現(xiàn)在，通過下面的說明并參照附圖來陳述清楚本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
圖(1)是一個(gè)平面圖，它表示為了實(shí)施本發(fā)明的方法的一種實(shí)現(xiàn)方式所采用的三重網(wǎng)絡(luò)的布置。
圖(2)是一個(gè)示意性的剖面圖，它表示了按照本發(fā)明進(jìn)行注入的實(shí)施情況。
從圖(1)可以看到第一重網(wǎng)絡(luò)的孔道的布量，它用園圈1表示，而第二重網(wǎng)絡(luò)的孔道用三角形2表示，它處在由孔道1組成的網(wǎng)格的中央。
在表示的實(shí)施方式中，設(shè)置有第三重網(wǎng)絡(luò)，它的孔道用正十字3表示，它們處在由孔道1和孔道2共同組成的網(wǎng)格的中央。
用大量的孔道，分多段、每次用很少量的水泥砂漿實(shí)施本發(fā)明，可使得最大量的土壤物質(zhì)避免塑化，也就是說，它們只是受到了由假彈性剪切變形產(chǎn)生的外應(yīng)力。這就非常有效地提高了經(jīng)過這樣處理的土壤的力學(xué)特性，特別是它們的抗剪模數(shù)。
圖(2)表示了正在按照本發(fā)明進(jìn)行處理的土壤的剖面圖。
圖(2)表示了一根在等待注入的管子4，管子4穿過了土壤的表層5，這一層不能按照本發(fā)明進(jìn)行處理，它也穿過了土層6，這一層應(yīng)予增加密度。
管子4可以放進(jìn)事先打好的孔道7中。
在另一種方法中，也可以用管子4來打孔。
用水泥砂漿泵9把混凝土灌注到管子4的底部8處，為了使整個(gè)土層6增加密度，管子要逐漸地或分步地提升。
下面介紹三個(gè)例子，這些例子絕不限制將本發(fā)明用于其它類型的土壤。
例1增加沙土的密度通常對(duì)這類土壤力求給出的作業(yè)率為
qa＝300千帕下面的表中給出了按照需處理的土壤體積計(jì)算出的需要注入的水泥砂漿的比例△V/V%。
qcl指要處理的沙質(zhì)土層的透度計(jì)的阻力的峰值，用兆帕表示，對(duì)這種沙質(zhì)土層來說實(shí)施本發(fā)明的方法之后，這個(gè)阻力最少是10兆帕。
Epi表示用普通壓力計(jì)(即非自動(dòng)鉆孔的)測(cè)量的變形模數(shù)，也用兆帕表示，實(shí)施本發(fā)明的方法之后，在相同條件下測(cè)得的變形模數(shù)也大于10兆帕。
qci(兆帕) Epi(兆帕) △V/V%3 3 75 5 57 7 39 9 1我們看到對(duì)于本發(fā)明方法的實(shí)施來說，原來土壤的透度計(jì)的阻力峰值和變形模數(shù)越小，注入土層的水泥砂漿的量就越大。
當(dāng)然，水泥砂漿的注入量不是用嚴(yán)格的方法確定的，它們可能偏離上表列出的數(shù)值約10%。
例2增加由淤泥構(gòu)成的土壤的密度。
在淤泥土層的情況下，由本發(fā)明的方法可得到的密度增加的作業(yè)率qa約為200千帕左右。
下面再給出一個(gè)表，它與前面的例子中給出的表格相類似，不同之處在于在淤泥土壤的情況下，透度計(jì)上的阻力峰值的測(cè)量可能不對(duì)，因?yàn)橥付扔?jì)的峰值顯現(xiàn)的可能是土塊間隙內(nèi)的超壓。
由于這個(gè)原因，用極限壓力P1的概念代替了透度計(jì)阻力峰值qc的概念，Pl是用傳統(tǒng)方法在壓力計(jì)上測(cè)得的。
下表中Pli是在按照本發(fā)明增加密度的土壤中測(cè)得的極限壓力的初始值。
實(shí)施本發(fā)明的方法，按下表中給出的指定比例△V/V%向淤泥質(zhì)土壤中注入水泥砂漿之后，可以獲得的最終變形模數(shù)約為6兆帕，最終極限壓力約為600千帕。
Epi(兆帕) Pli(千帕) △V/V%2.5 250 53 300 35 500 1
例3含10%粘土，塑性率低于10的土壤。
在這類土壤中，按照本發(fā)明的方法經(jīng)過增加密度可以得到的作業(yè)率qa約為100千帕。
水泥砂漿的注入比△V/V%列在下表中。
Epi(兆帕) Pli(千帕) △V/V%1.8 180 32 200 1.5本發(fā)明的方法在這類含10%粘土的土壤中可得到的最終變形模數(shù)約為3兆帕，最終極限壓力約為300千帕。
我們指出，按照本發(fā)明，土壤的力學(xué)特性可能達(dá)到的提高率，在沙土中為3.3，在由淤泥構(gòu)成的土壤中約為2.4，在粘土的情況下約為1.6。
我們看到，因?yàn)樽⑷氲乃嗌皾{是一個(gè)受控制的量，這使得上面介紹的本發(fā)明的方法有可能成為一種簡(jiǎn)單、有效和經(jīng)濟(jì)的方法，可能使土壤力學(xué)特性得到很大的，可靠的改善。
當(dāng)然，在水泥砂漿的注入量低于上面指出的量時(shí)，依照本發(fā)明也能使原來的初始力學(xué)特性得到較小的改善，但是，推薦的數(shù)值應(yīng)允許在土壤的承重極限被超過的情況下，使土壤的長(zhǎng)期沉降減少到最低限度。
權(quán)利要求
1.一種用來給土層增加密度的方法，在這一方法中，通過多組孔道(1、2、3)向土壤中注入水泥砂漿，其特征在于通過第一層網(wǎng)絡(luò)的孔道(1)注入第一批粘度很大、內(nèi)摩擦角很大的水泥砂漿，水泥砂漿的注入在深度約為2米到30米之間的土層(6)中進(jìn)行；這一方法的特征還在于用同一種類的水泥砂漿在第二重網(wǎng)絡(luò)的孔道(2)中進(jìn)行第二批注入，第二重網(wǎng)絡(luò)位于第一重網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格的中央。同時(shí)，注入按這樣的方式進(jìn)行，它使得在本方法的實(shí)施過程中，水泥砂漿的總注入量，在由沙子構(gòu)的土壤中低于土壤總體積的7%，在由淤泥構(gòu)成的土壤中約低于土壤總體積的5%，在含約10%的膠質(zhì)粘土的土壤中約低于土壤總體積的3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，一定量的水泥砂漿的注入是分成兩批以上，在兩重以上網(wǎng)絡(luò)的孔道中進(jìn)行的，每一重網(wǎng)絡(luò)分別位于前重網(wǎng)絡(luò)形成的網(wǎng)格的中央。
3.根據(jù)上述任一權(quán)利要求
提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，應(yīng)予注入土壤的水泥砂漿的總量被幾乎相等地分別注入到所有不同的孔道中。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求
提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，被注入的水泥砂漿由重量比為10%-15%的水泥或其它膠結(jié)材料和優(yōu)質(zhì)沙石骨料組成，水泥/水的比例約在0.15～0.30%之間，砂石骨料的粒度100%在2cm以下，其中25%在0.1cm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，使用的水泥砂漿的亞伯拉罕(Abrahams)園錐下陷約在3至4cm之間。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求
提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，組成第一重網(wǎng)絡(luò)的孔道(1)組成邊長(zhǎng)約為5-7米的網(wǎng)格。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求
提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，所有孔道(1，2，3)的直徑約在50-100mm之間。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求
提出的一種方法，它的特點(diǎn)是，在粘土土壤中實(shí)施時(shí)，在最后一重網(wǎng)絡(luò)的中央設(shè)置垂直排水孔道，以便在處理過程中迅速消除土層內(nèi)間隙中的超壓。
專利摘要
本發(fā)明是一種增加土壤密度的方法。它是將粘度很大，內(nèi)摩擦角很大的水泥砂漿用砂漿泵分批從多重網(wǎng)絡(luò)的孔道中分段地注入土壤。被處理的土層的厚度應(yīng)已知，深度應(yīng)在2—30米之間。水泥砂漿的總注入量，在由沙子構(gòu)成的土壤中，低于土壤總體積的9％，在由淤泥構(gòu)成的土壤中，約低于土壤總體積的5％，在含約10％的膠質(zhì)粘土的土壤中，約低于土壤總體積的3％。
文檔編號(hào)E02D3/12GK86104084SQ86104084
公開日1987年12月30日 申請(qǐng)日期1986年6月20日
發(fā)明者邁克爾·加姆賓 申請(qǐng)人:索萊坦奇公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan