CN106320313A

CN106320313A - 一种复合加筋黄土地基及其施工方法

Info

Publication number: CN106320313A
Application number: CN201610695340.XA
Authority: CN
Inventors: 谢婉丽; 郭倩怡; 刘颖莹; 赵东安; 王勇
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明公开了一种复合加筋黄土地基及其施工方法，涉及地基处理技术领域，用以解决现有技术中黄土湿陷以及由机车振动引起的黄土地基振陷的问题。复合加筋黄土地基，地基由下至上依次由灰土垫层、复合加筋黄土换填土层、复合土工膜和灰土回填土层组成，复合加筋黄土换填土层中均匀掺入玻璃纤维，复合加筋黄土换填土层中沿水平方向均匀铺设有多层双向土工格栅。本发明中复合加筋黄土地基及其施工方法将玻璃纤维与双向土工格栅相结合作为复合加筋黄土换填土层加筋材料可以提高地基整体的抗压、抗拉、抗剪强度，最大限度的消除黄土湿陷性并增强地基的抗振性能。

Description

一种复合加筋黄土地基及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理技术领域，更具体的涉及一种复合加筋黄土地基及其施工方法。

背景技术

我国黄土分布面积达6.4×105km2，主要分布于西北、华北地区，黄土从上之下依次堆积有新近堆积的Q4全新世黄土以及Q3马兰黄土、Q2离石黄土，其中新近堆积的Q4全新世黄土分布于西北黄土高原表层地带，其物理力学性质复杂，处于不稳定、欠固结的状态，具有较强的湿陷性及振陷性；Q3马兰黄土大孔隙、垂直节理发育，结构疏松、有湿陷性或强烈湿陷性；Q3离石黄土土层致密，承载力大，无湿陷性或具有轻微湿陷性。因此在黄土广泛分布地区，高速公路、铁路、桥梁、隧道以及建筑物等在建设设计的过程中都难以避免的会遇到黄土地基湿陷、振陷的问题。这是由于黄土具有独特的结构特征，即黄土颗粒因点式接触所造成的多孔性结构形态，而这种多孔结构是黄土在水、力共同作用下产生湿陷、振陷的首要条件。

目前，我国黄土地基换填技术领域多采用灰土垫层黄土来提高黄土地基的地基承载力，灰土可在一定程度改善黄土的水敏性，同时具有一定的胶凝强度，但是其自身承载力相对较低，抗拉强度较低，并且在换填过程中难以做到将全部湿陷性黄土换填，因而当上部建筑物重量过大时，垫层下部黄土受压，灰土承载力不足，抗拉强度较小，易使基础或垫层甚至上部建筑产生开裂和破损。

为了防止黄土地基在雨水或机车振动的作用下所产生的稳定性破坏以及不均匀沉降所造成的巨大损失。现今加筋土多采用钢筋等作为地基加筋材料，由于其在减轻地基变形量过大的问题有着明显的效果，因而在地基处理领域中应用广泛，但实际上单纯使用这些带状或网状筋条的加筋材料并不能从根本上改善黄土多孔性的微观结构形态，因此难以有效控制黄土地基的竖向变形，以及彻底消除建(构)筑物黄土地基湿陷、振陷的问题。除此之外不少地区采用竹片、秸秆等作为地基加筋材料，这种加筋材料环保生态，不会影响土壤自身物理化学性能，但是竹片、秸秆自身抗拉强度及韧性相对较低，并且易分解腐蚀，地基易发生开裂，作为加筋材料难以长久维持地基承载力。

因此，如何经济合理的在满足地基加固的基础上，并且有效的消除黄土湿陷以及由机车振动引起的黄土地基振陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种复合加筋黄土地基及其施工方法，用以解决现有技术中黄土湿陷以及由机车振动引起的黄土地基振陷的问题。

具体的，复合加筋黄土地基，地基由下至上依次由灰土垫层、复合加筋黄土换填土层、复合土工膜和灰土回填土层组成，复合加筋黄土换填土层中均匀掺入玻璃纤维，复合加筋黄土换填土层中沿水平方向均匀铺设有多层双向土工格栅。

优选的，复合加筋黄土换填土层包括灰土和黄土，灰土与黄土的体积比为45:100，混合形成改良黄土，复合加筋黄土换填土层中的玻璃纤维与改良黄土的质量比为0.5:100，复合加筋黄土换填土层的换填厚度为2-3m，黄土为Q₃或Q₂黄土。

优选的，灰土垫层由灰土和黄土组成，灰土和黄土的体积比为30:70，灰土垫层的压实系数≥0.93，黄土为Q₃或Q₂黄土。

优选的，复合土工膜为经编复合土工膜，厚度为2mm，经编复合土工膜中编织有合成纤维。

优选的，玻璃纤维为无碱玻璃纤维丝，无碱玻璃纤维丝的直径为11μm，长度为9mm，密度为2.5g/cm³，抗拉强度为1.25GPa。

优选的，双向土工格栅为钢塑土工格栅，钢塑土工格栅内部设有钢丝，双向土工格栅的单位面积质量为520g/m²，横向网孔边长为40mm，纵向网孔边长为40mm，纵向抗拉强度为26.09KN/m，横向抗拉强度为25.91KN/m，纵向延伸率为12.3％，横向延伸率为12.8％。

优选的，灰土回填土层由灰土和黄土组成，灰土和黄土的体积比为30:70，灰土回填土层的压实系数≥0.95，黄土为Q₃或Q₂黄土。

复合加筋黄土地基的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工前准备以及平整欲开挖的场地；

S2、在平整后的场地开挖基坑，将基坑底部清理干净并对基坑底部进行整平夯实，基坑底部压实后，按照基坑标准进行验收；

S3、灰土垫层(1)的铺设：将灰土和黄土混合加水搅拌，将搅拌后的灰土和黄土混合物分层填筑到基坑中，压实，灰土垫层(1)填筑压实后进行灰土垫层(1)的验收；

S4、复合加筋黄土换填土层(2)的铺设：将灰土与黄土加水进行搅拌混合，形成改良黄土，将玻璃纤维(5)加入改良黄土中进行搅拌混合，搅拌至无成束的玻璃纤维(5)，将搅拌后混合有玻璃纤维(5)的改良黄土直接分层铺填于灰土垫层(1)上，分层填铺后进行压实，铺设复合加筋黄土换填土层(2)时，复合加筋黄土换填土层(2)中间隔铺设多层双向土工格栅。

S5、复合土工膜(3)的铺设：将复合土工膜直接平铺在复合加筋黄土换填土层(2)上，复合土工膜与基坑侧面之间要压平贴紧，且保证复合土工膜不能破损；

S6、灰土回填土层(4)的铺设：将灰土和黄土混合加水搅拌，将准备好的基础(7)放置于所述复合土工膜(3)上，将搅拌后的灰土和黄土混合物围绕基础(7)分层填筑压实于复合土工膜(3)之上。

优选的，具体步骤为：

S1、施工前准备以及平整欲开挖的场地；

S2、在平整后的场地开挖基坑，基坑坡度≤1:10，将基坑底部清理干净并对基坑底部进行整平夯实，压实系数≥0.93，基坑底部压实后，按照基坑标准进行验收；

S3、灰土垫层的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，将搅拌后的灰土和黄土混合物分层填筑到基坑中，压实，灰土垫层填筑压实后厚度为45cm，然后进行灰土垫层的验收；

S4、复合加筋黄土换填土层的铺设：将灰土与黄土加水进行搅拌混合，形成改良黄土，其中，灰土与黄土的体积比为45:100，将玻璃纤维加入改良黄土中进行搅拌混合，搅拌至无成束的玻璃纤维，其中，玻璃纤维与改良黄土的质量比为0.5:100，将搅拌后混合有玻璃纤维的改良黄土直接分层铺填于灰土垫层上，分层填铺后进行压实，每层厚度为20-25cm，压实度≥95％，铺设复合加筋黄土换填土层时，复合加筋黄土换填土层中每间隔1m铺设一层双向土工格栅。

S5、复合土工膜的铺设：将幅宽大于1m的复合土工膜直接平铺在复合加筋黄土换填土层上，复合土工膜的接头之间采用胶粘，复合土工膜之间以及复合土工膜与基坑侧面之间要压平贴紧，且保证复合土工膜不能破损；

S6、灰土回填土层的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，将准备好的基础放置于所述复合土工膜上，将搅拌后的灰土和黄土混合物围绕基础分层填筑压实于复合土工膜之上，压实系数≥0.95。

本发明具有以下有益效果：

(1)将玻璃纤维与双向土工格栅相结合作为复合加筋黄土换填土层加筋材料，不仅可发挥玻璃纤维提高改良灰土的黏聚力和内摩擦角的性能，增加改良灰土的抗裂、抗拉、抗压和抗剪强度，同时提高地基的抗振性能，进而达到有效控制地基变形的作用；在复合加筋黄土换填土层中水平布设双向土工格栅作为黄土地基加筋材料，可极大增强地基承载力，减少地基沉降，两者结合形成复合地基，可以提高地基整体的抗压、抗拉、抗剪强度，最大限度的消除黄土湿陷性并增强地基的抗振性能。

(2)采用灰土和黄土混合作为回填土层可以在一定程度上改善黄土的水敏性，并且灰土具有一定的水稳定性和胶凝强度，减轻回填土层在动静荷载作用下的侧向变形，同时施工简单，造价相对低廉。

(3)玻璃纤维作为补强材料相较于其他土工纤维具有拉伸强度高、伸长小、弹性系数高、刚性佳、吸水性小、绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好等特点，并且价格低廉，是其他土工纤维材料价格的1/3。

(4)同水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料相比，玻璃纤维与土体的作用属于物理过程，对土体的基本化学性质和物理结构无明显改变，不影响土壤生态环境。

(5)在该复合地基中布设一层复合土工膜，很好地阻隔外界水体的渗入，保证了整个复合地基的强度和稳定性。该地基施工简单、经济，不但解决了黄土地区黄土地基承载力不足，导致地基开裂问题，同时可以解决由于降水渗入导致地基失效的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的复合加筋黄土地基结构示意图。

附图标记说明：

1-灰土垫层，2-复合加筋黄土换填土层，3-复合土工膜，4-灰土回填土层，5-玻璃纤维，6-双向土工格栅，7-基础。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供一种复合加筋黄土地基，地基由下至上依次由灰土垫层1、复合加筋黄土换填土层2、复合土工膜3和灰土回填土层4组成，复合加筋黄土换填土层2中均匀掺入玻璃纤维5，复合加筋黄土换填土层2中沿水平方向均匀铺设有3层双向土工格栅6，具体的，铺设的双向土工格栅6为钢塑土工格栅，钢塑土工格栅内部设有钢丝，双向土工格栅6的单位面积质量为520g/m²，横向网孔边长为40mm，纵向网孔边长为40mm，纵向抗拉强度为26.09KN/m，横向抗拉强度为25.91KN/m，纵向延伸率为12.3％，横向延伸率为12.8％。

其中，复合加筋黄土换填土层2包括灰土和黄土，黄土为Q₃或Q₂黄土，灰土与黄土的体积比为45:100，混合形成改良黄土，复合加筋黄土换填土层2中的玻璃纤维5与改良黄土的质量比为0.5:100，复合加筋黄土换填土层2的换填厚度为3m；添加的玻璃纤维5为无碱玻璃纤维丝，无碱玻璃纤维丝的直径为11μm，长度为9mm，密度为2.5g/cm³，抗拉强度为1.25GPa；通过玻璃纤维与黄土颗粒紧密接触，从微观结构上有效改善黄土多孔的结构形态，提高改良黄土的黏聚力和内摩擦角，增加改良黄土的抗裂、抗拉、抗压和抗剪强度，同时提高地基的抗振性能，进而达到有效控制地基变形；在复合加筋黄土换填土层2中水平布设双向土工格栅6作为黄土地基加筋材料，可极大增强地基承载力，减少地基沉降，两者结合形成复合地基，可以提高地基整体的抗压、抗拉、抗剪强度，最大限度的消除黄土湿陷性并增强地基的抗振性能。

灰土垫层1由灰土和黄土组成，黄土为Q₃或Q₂黄土，灰土和黄土的体积比为30:70，灰土垫层1的压实系数≥0.93。

复合土工膜3为经编复合土工膜，厚度为2mm，经编复合土工膜中编织有合成纤维作为增强材料，经编复合时，即利用经编捆绑线在经，纬纱与短纤针刺非织防水土工布的纤维层间反复穿行，使三者编结为一体。当施加的外力撕裂材料的瞬时，纱线会沿初裂口拥集，增加抗撕裂强度。该膜具有高抗拉强度，低延伸率的特点，具有加筋增强、隔离、防护作用的防渗材料，防止水分渗入复合地基中。

灰土回填土层4由灰土和黄土组成，黄土为Q₃或Q₂黄土，灰土和黄土的体积比为30:70，灰土回填土层(4)的压实系数≥0.95。

具体的，复合加筋黄土地基及其施工方法，包括以下步骤：

S1、施工前准备以及平整欲开挖的场地。

S2、在平整后的场地开挖基坑，基坑坡度≤1:10，将基坑底部清理干净并对基坑底部进行整平夯实，压实系数≥0.93，基坑底部压实后，按照基坑标准进行验收。

S3、灰土垫层1的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，使搅拌后的灰土含水率接近该地黄土最优含水率，将搅拌后的灰土和黄土混合物分层填筑到基坑中，压实，灰土垫层1填筑压实后厚度为45cm，然后进行灰土垫层验收。

S4、复合加筋黄土换填土层2的铺设：将灰土与黄土加水进行搅拌混合，形成改良黄土，拌合后的灰土含水率接近该地黄土最优含水率，其中，灰土与黄土的体积比为45:100，将玻璃纤维5加入改良黄土中进行搅拌混合，搅拌至无成束的玻璃纤维5，其中，玻璃纤维5与改良黄土的质量比为0.5:100，将搅拌后混合有玻璃纤维5的改良黄土直接分层铺填于灰土垫层1上，分层摊铺后进行压实，每层厚度为25cm，压实度≥95％，总厚度铺设3m，铺设复合加筋黄土换填土层2时，复合加筋黄土换填土层2中每间隔1m铺设一层双向土工格栅6。

S5、复合土工膜3的铺设：将幅宽大于1m的复合土工膜3直接平铺在复合加筋黄土换填土层2上，复合土工膜3的接头之间采用胶粘，接缝宽50mm，复合土工膜3之间以及复合土工膜3与基坑侧面之间要压平贴紧，且保证复合土工膜3不能破损，复合土工膜3不宜拉的过紧，不能在膜底留有气泡，复合土工膜3与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固，连接部位涂刷2mm厚的乳化沥青粘结，以防止连接部位发生渗漏现象。

S6、灰土回填土层4的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，将准备好的基础7放置于复合土工膜3上，将搅拌后的灰土和黄土混合物围绕基础7分层填筑压实于复合土工膜3之上，压实系数≥0.95。

上述步骤中所述的该地黄土最优含水率即为指该地黄土达到最大干密度时最合适的含水量，在该含水量下可达到最佳的击实效果，上述步骤中灰土与黄土拌合后的含水率与最优含水率差异应控制在-4％～+2％之间。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种复合加筋黄土地基，其特征在于，所述地基由下至上依次由灰土垫层(1)、复合加筋黄土换填土层(2)、复合土工膜(3)和灰土回填土层(4)组成，所述复合加筋黄土换填土层(2)中均匀掺入玻璃纤维(5)，所述复合加筋黄土换填土层(2)中沿水平方向均匀铺设有多层双向土工格栅(6)。

2.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述复合加筋黄土换填土层(2)包括灰土和黄土，灰土与黄土的体积比为45:100，混合形成改良黄土，所述复合加筋黄土换填土层(2)中的玻璃纤维(5)与所述改良黄土的质量比为0.5:100，所述复合加筋黄土换填土层(2)的换填厚度为2-3m，所述黄土为Q₃或Q₂黄土。

3.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述灰土垫层(1)由灰土和黄土组成，所述灰土和所述黄土的体积比为30:70，所述灰土垫层(1)的压实系数≥0.93，所述黄土为Q₃或Q₂黄土。

4.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述复合土工膜(3)为经编复合土工膜，厚度为2mm，所述经编复合土工膜中编织有合成纤维。

5.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述玻璃纤维(5)为无碱玻璃纤维丝，所述无碱玻璃纤维丝的直径为11μm，长度为9mm，密度为2.5g/cm³，抗拉强度为1.25GPa。

6.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述双向土工格栅(6)为钢塑土工格栅，所述钢塑土工格栅内部设有钢丝，所述双向土工格栅(6)的单位面积质量为520g/m²，横向网孔边长为40mm，纵向网孔边长为40mm，纵向抗拉强度为26.09KN/m，横向抗拉强度为25.91KN/m，纵向延伸率为12.3％，横向延伸率为12.8％。

7.根据权利要求1所述的复合加筋黄土地基，其特征在于，所述灰土回填土层(4)由灰土和黄土组成，灰土和黄土的体积比为30:70，灰土回填土层(4)的压实系数≥0.95，所述黄土为Q₃或Q₂黄土。

8.一种如权利要求1-7任一所述的复合加筋黄土地基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工前准备以及平整欲开挖的场地；

9.根据权利要求8所述的复合加筋黄土地基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工前准备以及平整欲开挖的场地；

S3、灰土垫层(1)的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，将搅拌后的灰土和黄土混合物分层填筑到基坑中，压实，灰土垫层(1)填筑压实后厚度为45cm，然后进行灰土垫层(1)的验收；

S4、复合加筋黄土换填土层(2)的铺设：将灰土与黄土加水进行搅拌混合，形成改良黄土，其中，灰土与黄土的体积比为45:100，将玻璃纤维(5)加入改良黄土中进行搅拌混合，搅拌至无成束的玻璃纤维(5)，其中，玻璃纤维(5)与改良黄土的质量比为0.5:100，将搅拌后混合有玻璃纤维(5)的改良黄土直接分层铺填于灰土垫层(1)上，分层填铺后进行压实，每层厚度为20-25cm，压实度≥95％，铺设复合加筋黄土换填土层(2)时，复合加筋黄土换填土层(2)中每间隔1m铺设一层双向土工格栅。

S5、复合土工膜(3)的铺设：将幅宽大于1m的复合土工膜直接平铺在复合加筋黄土换填土层(2)上，复合土工膜的接头之间采用胶粘，复合土工膜之间以及复合土工膜与基坑侧面之间要压平贴紧，且保证复合土工膜不能破损；

S6、灰土回填土层(4)的铺设：将灰土和黄土按照30:70的体积比混合加水搅拌，将准备好的基础(7)放置于所述复合土工膜(3)上，将搅拌后的灰土和黄土混合物围绕基础(7)分层填筑压实于复合土工膜(3)之上，压实系数≥0.95。