CN101624830B

CN101624830B - 土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法

Info

Publication number: CN101624830B
Application number: CN 200910063597
Authority: CN
Inventors: 龚壁卫; 邹荣华; 刘鸣; 谭峰屹; 程永辉; 李青云; 程展林
Original assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Current assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission; Changjiang Waterway Planning Design and Research Institute
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101624830A

Abstract

土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法，它依次包括如下步骤：(1)清基：按照施工图要求开挖边坡，清除坡面及渠底浮土；(2)放样，(3)格栅铺设：土工格栅采用人工分层铺设，在坡面向上层包裹形成反包搭接，相邻两块格栅之间为平接；格栅尾部与未开挖坡面形成顺坡面向上的延伸，格栅之间用连接棒搭接、格栅与土体之间用U型钢筋锚接。(4)铺土和碾压施工。本发明由土工格栅与膨胀土共同组成的结构，既可以解决膨胀土边坡的稳定问题，同时，还可以合理的利用渠道开挖弃料，达到结构稳定、经济合理的目的。

Description

土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法

技术领域

本发明涉及应用单向或双向高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅在膨胀土地区渠道边坡、渠底，以及膨胀土地区地基处理的一种加固技术，更具体地说它是一种土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法。

背景技术

土体加固技术早在公元前人类就已经开始应用，古罗马人曾用芦苇加固土体来修筑台伯河河堤；中国的万里长城、古埃及亚述古庙等古建筑，也都曾采用植物荆条等进行加固，以提高建筑的整体稳定性。直到近代，在中国还有采用稻草掺拌泥土搭成的“干打垒”住房，所以，将不同的工程材料配合使用，以提高构筑物的整体稳定性，是自古以来人类广泛使用的技术手段。

上世纪50年代前后，国外开始采用”土工合成材料”进行工程加固，截至到目前，土工合成材料已经大量的应用于工程建筑领域。所谓“土工合成材料”，根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(修订本)中的定义为“应用于土木工程的合成材料产品的总称”。工程中常用的土工合成材料产品有：土工织物、土工膜、土工格栅、土工复合加筋带、土工网以及土工格室等等。其中，土工格栅是一种用途广泛且施工便利、加固效果好的加筋材料，在我国的公路、铁路等部门中已大量采用土工格栅加固地基。

土工格栅作为加筋材料主要应用于填筑土层，一般在边坡挡墙、路基填土中分层铺设运用。根据其受力特点，土工格栅分为单向和双向两种型式。

土工格栅根据筋材的材质又可以划分为PE、PP、HDPE(聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯)等，此外，还有经编土工格栅、玻纤土工格栅、钢塑土工格栅等。土工格栅主要在土体中起加筋和约束固体颗粒相对移动的作用，同时，它还会使筋材两侧的土中应力分布均匀，使其周围一定范围内的土体也受到“间接的加固”作用，增强土的整体性和刚度。

膨胀土是一种遇水膨胀、失水收缩的特殊土，对于水利工程而言，膨胀土地基是一种难以处理的、对工程运行影响极大的不良地层。在以往的水利工程中，对于膨胀土地区的渠道边坡通常采用换填粘性土或边坡支护的处理措施。前者，需要大量的非膨胀土料源，同时，还造成大量的征地、拆迁等工作；后者，往往结合放缓边坡等设计措施，从而增大工程占地和渠道规模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法。这种由土工格栅与膨胀土共同组成的结构，既可以解决膨胀土边坡的稳定问题，同时，还可以合理的利用渠道开挖弃料，达到结构稳定、经济合理的目的。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法，其特征在于它依次包括如下步骤：

(1)清基：按照施工图要求开挖边坡，清除坡面及渠底浮土，要求基层平整度不超过±5cm，遇地表积水应提前进行抽排，并清挖被水浸泡后的软土，保证基坑清洁、干燥；

(2)放样：严格按照施工图放样，作好边桩、填土高度、格栅边线、边坡坡比控制；

(3)格栅铺设：土工格栅采用人工分层铺设，在坡面向上层包裹形成反包搭接，反包长度不小于100cm，相邻两块格栅之间为平接；格栅尾部与未开挖坡面形成顺坡面向上的延伸，延伸长度不小于30cm，尾部固定；格栅之间用连接棒搭接、格栅与土体之间用U型钢筋锚接。

(4)铺土和碾压施工：格栅铺土采用推土机进占进料，推土机粗平，再用人工精平，表面平整度不超过±5cm。

在上述技术方案中，所述的格栅铺设的具体施工步骤如下：

①首先在土工格栅和回填料碾压层底层铺设格栅材料，将格栅底部用U型钢筋固定于基层面；

②使用张拉梁将格栅自由端拽紧，并压上填土，填土用机械或人工堆放在拉紧后的格栅上面；

③采用超填50cm碾压，形成处理层，然后按照设计边坡削坡再反包，形成平整的坡面；

④压实至上层格栅标高后，将预留格栅反包到本层填土之上，与上层格栅用连接棒搭接；

⑤用通过格栅网孔而钩住格栅的张拉梁对主加筋格栅施加张拉力，绷紧格栅之间的连接并使其下结构面上的反包格栅绷紧；

⑥在保持张拉格栅的同时，用U型钢筋将本层格栅与下层土体锚接，以保证张拉设备移去后格栅不会回缩；

⑦重复以上施工步骤至顶层。

⑧顶层格栅埋在填土下面，保证填土可提供足够的约束力锚固格栅。

在上述技术方案中，所述土工格栅的材料要求为：

高密度聚乙烯(HDPE)单向或双向土工格栅；

抗拉强度：50～80kN/m；

延伸率：≤12％；

2％应变对应强度：≥10kN/m；

5％应变对应强度：≥24kN/m；

蠕变强度(20℃)：≥20kN/m；

碳黑含量：≥2.0％。

本发明土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法具有如下优点：①可充分利用工程的开挖弃料——膨胀土进行填筑，节省了弃料场地和弃料运输费用。②节约了换填非膨胀土的开采、运输费用，以及由此产生的征地、拆迁费用。③由于采用原土回填，从而最大限度的保护了当地的自然环境和生态环境。④采用土工格栅与膨胀土共同组成的结构，既可以解决膨胀土边坡的稳定问题，同时，还可以合理的利用渠道开挖弃料，达到结构稳定、经济合理的目的。

附图说明

图1为土工格栅处理层施工后的断面图。

图2-图6依次为土工格栅处理膨胀土渠道边坡的施工步骤图。

图7为本发明土工格栅的平面搭接图。

图8不同格栅强度模型试验侧向变形。

图9不同层数格栅结构与无格栅结构模型侧向变形。

图中1.延伸结构，2.U型钉，3.底层压实的膨胀土，4.逐层压实回填膨胀土，5.上下层格栅连接棒，6.格栅自由端，7.膨胀土开挖断面，8.填膨胀土并压实，9.格栅反包结构，10.底层土工格栅，11.第一层格栅，12.第二层格栅，13.第三层格栅，14.第四层格栅，15.单向或双向土工格栅。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：本发明土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法，其特征在于它依次包括如下步骤：

(4)铺土和碾压施工：格栅铺土采用推土机进占进料，推土机粗平，再用人工精平，表面平整度不超过±5cm(如图1所示)。

格栅铺设的具体施工步骤如下：

⑦重复以上施工步骤至顶层。

⑧顶层格栅埋在填土下面，保证填土可提供足够的约束力锚固格栅(如图2、图3、图4、图5、图6所示)。

其中坡面的格栅之间通过U型钉锚接(如图7所示)。

土工格栅的材料要求为：

高密度聚乙烯(HDPE)单向或双向土工格栅；

抗拉强度：50～80kN/m；

延伸率：≤12％；

2％应变对应强度：≥10kN/m；

5％应变对应强度：≥24kN/m；

蠕变强度(20℃)：≥20kN/m；

碳黑含量：≥2.0％。

室内验证试验

为进一步论证本发明的实际工程效果，通过室内模型试验，比较了有、无土工格栅加筋结构，以及不同型号土工格栅、不同加筋层厚条件下，处理层对膨胀土渠坡变形的抑制作用。

(1)试验方案

本次模型试验主要考察膨胀土体吸湿后的膨胀变形，以及土工格栅结构对膨胀变形的抑制效果。

试验在630×400×400mm的钢结构模型箱内进行，箱体一面镶嵌有厚40mm的有机玻璃作为观察窗口。为分析边坡变形形态，同时为便于监测侧向变形，模型一侧临空面采用直立边坡。

模型试验的土料为中膨胀性开挖料，试样的自由膨胀率65％。土工格栅选用了2种高密度聚乙烯HDPE的单向格栅。

(2)观测布置

试验观测数据主要为模型的侧向变形和垂直变形。

垂直变形观测：分别在模型的12cm和24cm埋深处各预置一个内部沉降标S1、S2，观测模型内部的垂直变形，同时，在模型表面设置3个表面变形测试点B1、B2、B4。

侧向变形观测：在模型临空面设置3组侧向变形监测点L1、L2、L3，分别位于距离模型底部6cm、18cm和24cm处，每组有2～3个测点，观测点布置如图7。

(3)试验方案及试验过程

为研究加筋材料以及加筋间距(或层数)等因素对变形的抑制效果，比较了No1-素膨胀土回填(无格栅结构层)、No2-单层EG80格栅(抗拉强度80kN/m)、No3-双层EG80格栅、No4-单层EG50格栅(抗拉强度50kN/m)等四组模型。其中，素膨胀土回填(无格栅结构层)模型作为比较的基准，采用中膨胀性开挖料制作；有土工格栅处理层结构，按12cm一层土工格栅包裹膨胀土开挖料。具体试验方案、模型制作方法如下：

将备好含水量的中膨胀开挖料按照设定的密度分6层击实(模型临空面预先用木板分隔)。对于有格栅处理层的模型，分别在距模型底部12cm、24cm的层面上满铺土工格栅，并于凌空面一侧往上反包，反包厚度12cm，反包的格栅用上层填土压住，长度约20cm(单层加筋只在距模型底部12cm的层面上满铺并反包)。模型制作完成后，用塑料薄膜覆盖以使试样含水量均匀、恒定，自然静置24小时。

试验开始前，先拆除侧面的挡板，安放侧向变形、垂直变形监测百分表，埋设顶部供水装置，待准备工作完成以后，开始试验。先将双环的内环充水，然后控制内、外环水深分别为5cm、2cm。

试验开始初期每隔0.5h记录一次变形读数，10h之后读数间隔延长为1h。试验期间如模型箱底部积水，则及时抽出至箱底。当各测点的变形速率小于0.005mm/h时，认为变形基本稳定，终止试验。

(4)试验成果：

表1列出了上述四组方案的试验成果。成果显示：

①第一组素膨胀土(无土工格栅处理层结构)模型(No1)，在测点L1、L2、L3三点的最大侧向变形分别为19.402、17.909、11.895mm。

②第二组EG80单层单向土工格栅结构模型(No2)，在测点L1、L2、L3三点的最大侧向变形分别为11.408、9.167、8.097mm。

③第三组EG80双层单向土工格栅结构模型(No3)，在测点L1、L2、L3三点的最大侧向变形分别为3.269、4.090、4.249mm。

④第四组EG50双层单向土工格栅结构模型(No4)，在测点L1、L2、L3三点的最大侧向变形分别为5.050、7.260、6.713mm。

表1室内模型试验成果

(5)成果分析：

比较No1、No2、No3三组模型的观测数据可见，模型No1最大侧向变形为19.40mm；模型No2最大侧向变形为11.41mm；模型No3最大侧向变形为4.25mm；可见，土工格栅处理层结构对抑制土体的侧向变形效果十分显著，尤其是双层单向土工格栅结构，其侧向最大变形仅为无处理层结构模型的21.9％，说明此结构可以有效的减小膨胀土的膨胀变形，防止边坡的破坏的发生。

比较No3、No4二组模型的观测数据可见，模型No3最大侧向变形为4.25mm；模型No4最大侧向变形为7.26mm；可见，格栅材料的强度对此结构抑制土体膨胀变形也有较大影响(如图8、图9所示)。

(6)结论

①土工格栅处理层结构对抑制膨胀土的侧向变形效果显著；

②在加筋层数相同时，格栅强度越高，抑制变形的效果越好；

③根据以往的研究成果，膨胀土的破坏是由于侧向应力大于垂直应力所产生的，土工格栅结构能有效的抑制膨胀土体侧向变形，因此，它可以起到加固膨胀土边坡的作用。

土工格栅加筋结构的应用

(1)处理膨胀土地区渠道边坡或渠底

(2)用于膨胀土地区高填方挡土结构

(3)用于膨胀土地区地基或边坡处理

Claims

1.土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法，它依次包括如下步骤：

(3)格栅铺设：土工格栅采用人工分层铺设，在坡面向上层包裹形成反包搭接，反包长度不小于100cm，相邻两块格栅之间为平接；格栅尾部与未开挖坡面形成顺坡面向上的延伸，延伸长度不小于30cm，尾部固定；格栅之间用连接棒搭接、格栅与土体之间用U型钢筋锚接；

(4)铺土和碾压施工：格栅铺土采用推土机进占进料，推土机粗平，再用人工精平，表面平整度不超过±5cm；

其特征在于所述的格栅铺设的具体施工步骤如下：

⑦重复以上施工步骤至顶层；

2.根据权利要求1所述的土工格栅处理膨胀土渠道边坡的方法，其特征在于所述土工格栅的材料要求为：

高密度聚乙烯(HDPE)单向或双向土工格栅；

抗拉强度：50～80kN/m；

延伸率：≤12％；

2％应变对应强度：≥10kN/m；

5％应变对应强度：≥24kN/m；

蠕变强度(20℃)：≥20kN/m；

碳黑含量：≥2.0％。