一种微波处理红层泥岩桩基桩底沉渣的方法

技术领域

本发明涉及建筑工程、公路工程、铁路工程等的桩基础领域，具体是一种微波处理红层泥岩桩基桩底沉渣的方法。

背景技术

我国近年来涌现出大量的高层、超高层城市房屋建筑，与此同时，桩基础在工程中的运用也越来越多。红层在我国分布非常广泛，特别是四川盆地，红层泥岩跨越了成都、乐山、眉山、芦山、宝兴、大邑、绵竹、蒲江，新津、彭山、攀枝花等各大中城市。随着铁路、公路、桥梁的日益增多，桩基础被广泛应用于高层和重型建(构)筑物的基础中。因此，大部分桩基工程会不同程度地穿过红层泥岩分布地区。红层泥岩属于红层中软弱岩，其强度介于岩与土之间。红层泥岩也具有亲水性较强，透水性较弱，失水易收缩，遇水易软化或膨胀，强度偏低的特点。红层泥岩桩基础在建筑物、构筑物的荷载作用下，表现出复杂易变、变形大、承载力低等工程特性。桩底沉渣是影响桩基承载力的重要因素，过厚的沉渣将产生“软垫”效应，从而降低桩承载力，增加桩身沉降。现有的沉渣处理方法有旋挖钻孔清孔方法、水泵清桩法、真空吸泥法等。旋挖钻清孔方法采用机械捞渣方式，以达到规范规定的沉渣厚度，但孔底沉渣不可能被完全清理干净，浪费时间且成本很高。水泵清孔法会在很大程度上损坏桩基的结构，导致桩基的结构不稳定而影响打桩的质量。真空吸泥法所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但容易破坏桩基的稳定性，工程上亟需一种可以快速经济的红层泥岩桩基桩底沉渣处理方法。

微波作用一种新型的加热方式，被广泛应用于岩土体材料处理领域。不同于传统加热方式，微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热，可使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十份之一就可达到加热目的。红层泥岩桩底沉渣一般具有亲水性强、透水性弱、失水易收缩、遇水易软化、强度偏低和黏土含量较高等特性，这为其微波加热提供了理论基础。微波加热可以快速降低红层泥岩桩底沉渣含水量，提高红层泥岩沉渣的强度，从而降低有沉渣引起沉降，提升红层泥岩桩基础承载力。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是：快速降低红层泥岩桩底沉渣的含水率，使其强度增大，提高桩基的承载力、粘结性，减小桩身沉降。相比传统的沉渣处理方法，本发明的不同之处在于a微波加热提高了水分散失速率；b改变了红层泥岩桩底沉渣的力学性质。

为了实现上述目的，本发明所提供的红层泥岩桩基础桩底沉渣微波处理方法，包括以下步骤：

步骤1：通过室内或室外试验测试地基的物理力学参数，根据桩基规范和实际情况进行合理打孔。

步骤2：将微波发生装置、水平波导管、竖向波导管和微波探头连接，将竖向波导管置于桩孔中并固定。

步骤3：接通电源，调节功率控制器对红层泥岩桩底沉渣进行处理。同时处理多组沉渣可提高效率。也可对一组沉渣反复处理，直至性能完全改善。

步骤4：微波处理后继续用其他方法对红层泥岩桩底沉渣进行进一步处理，直到满足工程了力学性能。

步骤5：对另外一组桩孔，重复步骤2、3、4。

进一步的设置在于：

所述的波导管包含竖向波导管和水平波导管两种，二者通过相应尺寸的螺口套筒式波导接头连接，这种连接方式具有强度高、密封较好、错位和倾斜较小、结构简单，外径较小，装卸方便等特点，波导管有多种形式，可以分为矩形波导管、圆形波导管、半圆形波导管等。

所述的竖向波导管置于一定深度和宽度的桩孔中，但是竖向波导管壁和桩孔之间应该留有一定距离，这样便于施工时设备的布置，也方便排出孔内积水等；如果桩孔不稳定易塌陷，可以采用绑钢筋支模浇筑进行支护处理，所述的竖向波导管通过在路基上安装压力夹板对其进行加固并且保持平衡。

所述微波发生装置主要包括电源、磁控管和变压器、功率控制器、冷却水循环装置(环形器、水负载)。所述的电源用来控制电流开关；

所述的功率控制器用来调节功率大小，控制热量输出；所述的变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压；

所述的水平波导管通过可拆卸式接口连接微波发生装置，将电磁能转化为热能，使其能够不间断的提供能量，微波频率为2.45GHz，功率的大小可由功率调节器来调节，功率大小范围为1—30kW。

所述的冷却水循环装置来保护磁控管的正常稳定工作，内设有环形器连接水负载，用于接受反射的微波，避免反射回来的微波损坏微波源。

所述竖向波导管通过可拆卸式接口连接微波探头，便于拆卸和携带，微波探头输出微波对红层泥岩桩底沉渣进行处理。

所述微波探头出口处覆盖一层云母板，以防止水气和其他杂质进入波导管，影响微波处理效果。

所述竖向波导管外测安装红外测温仪对红层泥岩桩底沉渣温度进行实时测量。

采用本发明的方法，通过微波加热处理红层泥岩桩底沉渣，具有新意，加热速度快，能量损失小，处理范围广，处理效果好。

附图说明

图1为处理红层泥岩桩底沉渣结构示意图。

图2为微波处理红层泥岩桩底沉渣流程图

图中标号：1-电源；2-磁控管和变压器；3-功率控制器；4-冷却水循环装置(环形器、水负载)； 5-可拆卸式接口；6-水平波导管；7-螺口套筒式波导接头；8-竖向波导管；9-桩孔；10-云母板； 11-压力夹板；12-微波探头；13-红外测温仪；14-红层泥岩桩底沉渣；15-桩基；16-地基。

具体实施方法

为了使本发明的目的、技术方案及有点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种微波处理桩底沉渣的方法装置，包括电源1；磁控管和变压器 2；功率控制器3；冷却水循环装置(环形器、水负载)4；可拆卸式接口5；水平波导管6；螺口套筒式波导接头6；竖向波导管8；桩孔9；云母板10；压力夹板11；微波探头12；红外测温仪13。

所述电源1与磁控管和变压器2相连接，并连接功率控制器3；，通过调节功率控制器3，将直流电能转通过电磁反应化为微波能量，微波频率为2.45GHz。

所述的冷却水循环装置3来保护磁控管的正常稳定工作，内设有环形器连接水负载，用于接受反射的微波，避免反射回来的微波损坏微波源。

所述微波发生器通过可拆卸式接口5与水平波导管6相连接。

所述水平波导管6与竖向波导管8通过螺口套筒式波导接头7相连接，这种连接方式具有强度高、密封较好、错位和倾斜较小、结构简单，外径较小，装卸方便等特点，也便于调节方向和长度。

所述竖向波导管8置于一定深度和宽度的桩孔9中，安装深度根据现场情况确定；所述竖向波导管8和桩孔9之间应该留有一定距离，这样便于施工时设备的布置，也方便排出孔内积水等杂物，如果桩孔9不稳定易塌陷，可以采用绑钢筋支模浇筑进行支护处理

所述竖向波导管8置于桩孔9中稳定性不强，通过安装压力夹板11对其进行加固并且保持平衡。

所述竖向波导管8通过可拆卸式接口5连接微波探头12，便于拆卸和携带，通过微波探头输出微波对红层泥岩桩底沉渣进行处理。

所述的微波探头出口处覆盖一层云母板10以防止桩孔9内水气和其他杂质进入，影响微波处理效果。

所述竖向波导管8外侧焊接安装红外测温仪13对红层泥岩桩底沉渣温度进行实时监测，通过温度变化来确定处理时间。当在一个新的温度环境使用红外测温仪时，要在设备进入该环境20分钟后才能使用，这是设备适应环境温度的必要过程。

利用上述处理红层泥岩桩底沉渣的装置和处理方法,包括以下步骤:

步骤1:根据桩基规范要求对红层泥岩桩基的力学性能进行测试，用符合要求的打孔方法在土体中竖向合理打入一定数量的桩孔9，打孔过程中要注意人生安全，如果桩孔9不稳定易塌陷，可以采用绑钢筋支模浇筑进行支护处理，桩孔横截面积要稍微大一点，这样便于施工时设备的布置，也方便排出孔内积水等杂物。

步骤2:将竖向波导管8通过可拆卸式接口5连接好微波探头12并焊接安装红外测温仪 13置于桩孔9中，且微波探头出口被云母片10覆盖起保护作用，防止桩孔内水气和其他杂质进入，将竖向波导管通过压力夹板11固定并保持平衡，将竖向波导管通过螺口套筒式波导接头7与水平波导管6相连接。将水平波导管6和微波发生装置通过可拆卸式接口5相连接，同时连接红外测温仪13。

步骤3：将电源1接通，通过功率控制器3来调节功率大小，并实时监测红层泥岩桩底沉渣处理情况，通过红外测温仪13实时监控沉渣温度，通过实际处理情况和沉渣温度来确定处理时间。同时安装多个装置，对多组红层泥岩桩底沉渣一起处理，节约时间，提高效率。也可以对一组沉渣进行反复多次处理，直至红层泥岩桩底沉渣力学性能得到充分改善。

步骤4：微波处理结束后断开电源，取出微波装置，据对桩基础承载力、沉降、强度等力学性能的要求，再配合其他处理红层泥岩桩底沉渣的方法对其进行反复处理，使其物理力学性能最大程度满足规范要求。

步骤5：对另外一组桩孔，重复步骤2、3、4。

当然，本发明还可有其他多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明专利所附的权利要求的保护范围。