[发明专利]微波加热加固湿陷性黄土地基的方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种微波加热加固湿陷性黄土地基的方法。

背景技术

黄土指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，湿陷性黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷。黄土在世界上分布相当广泛，占全球陆地面积的十分之一，中国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，我国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原，华北的黄土平原是世界上规模最大的黄土平原。由于黄土具有大孔隙和较小的密度，特别是湿陷性黄土遇水后，不仅土体强度降低而且土体结构发生破坏后产生显著的沉降，造成了大量的地基失稳事故。加热焙烧法是黄土地基加固的一种方法，传统加热采用汽油、天然气等各种燃料作为加热源，存在污染、难以控制、处理深度浅、加固深度不够等各种缺点，严重的限制了加热法加固黄土地基的技术发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其方法步骤简单，实现方便，能有效地消除黄土地基的湿陷性，并有效提高了黄土地基的承载力，适应范围广，无污染，现场易控制，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于该方法包括以下步骤:

步骤一、确定处理区域：根据湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)，确定湿陷性黄土地基的平面处理范围和处理厚度；

步骤二、钻孔并对钻孔周围土体进行微波照射加热：采用工程地质钻机钻孔，钻孔的深度与湿陷性黄土地基的处理厚度相同，钻孔的布置形式为梅花形、矩形或长方形；在钻孔的过程中，每钻完一个钻孔，均采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热；

所述钻孔周围土体微波加热装置包括工程地质钻机本体和微波发射机构，所述工程地质钻机本体包括钻机底盘、设置在钻机底盘底部的履带式行走机构和设置在钻机底盘顶部的动力头，所述微波发射机构包括放置在钻机底盘顶部的磁控管、连接在动力头上且能够由动力头带动旋转的第一波导、竖直连接在第一波导底部的第二波导和连接在第二波导底部且用于伸入钻孔内对钻孔周围土体进行微波照射加热的微波天线，所述第一波导通过与其转动连接的第三波导与磁控管连接；所述第一波导、第二波导和第三波导的内径相等；

步骤三、钻孔充填：采用粘性土充填各个钻孔，并进行分层夯实；

步骤四、褥垫层施工：清理黄土地基表面的污染物及浮土，在黄土地基表面铺设厚度为200mm～300mm的中砂、粗砂或级配砂石，分层压实行成褥垫层。

上述的微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于：步骤二中采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热时的微波功率为10kW～20kW。

上述的微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于：步骤二中采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热时的微波照射时间根据如下方法确定：

步骤201、给定微波照射时间为t₀，通过二维中心对称瞬态热传导控制方程确定温度为1100℃时的加热范围半径r₁、温度为800℃时的加热范围半径r₂、温度为600℃时的加热范围半径r₃和温度为400℃时的加热范围半径r₄；其中，T(r,t)为微波照射时间为t时加热范围半径为r点位置处的温度，为梯度算子且k为黄土地基的导热系数，ρ为黄土地基的密度，C为黄土地基的比热容，Q(r,t)为微波照射时间为t时加热范围半径为r点位置处的热量，且Q(r,t)根据公式计算得到，其中，P_d为微波的功率密度，f为微波发散频率，ε_o为真空介电系数，ε″_r为黄土地基的介电损耗因子，E_o为电场有效值且P为微波的功率，Z为微波的阻抗，B为第一波导、第二波导和第三波导的内径；