CN102888794B - 一种在泥石流软基上铺垫道路的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在泥石流软基上铺垫道路的施工方法,包括以下步骤：泥石流特性参数考察；泥石流体承载力计算；路基箱的选择、摆放就位；所述路基箱为封闭钢板结构的长方形箱体，铺装设备选择；吊装、铺设的施工设备选择1.0～1.6m³常规反铲；利用反铲挖掘机挖斗挖装一块路基箱，并运送到拟定铺设位置；将路基箱摆放在已平整后的路基上，按路基箱长边垂直于铺垫道路轴线的方式进行铺设，并与上一块已铺设路基箱长边紧靠。有益的是，本方法一是保证了设备快速安全通过淤泥区，为设备进场创造了条件；二是为大型挖掘设备在松软泥石流淤积体上安全进占至江边展开河道疏通作业创造了条件。

Description

一种在泥石流软基上铺垫道路的施工方法

技术领域

本发明涉及一种道路施工方法。

背景技术

在泥石流抢险过程中，特别是河道被泥石流阻塞后的抢险工作，通常会遇到以下难点：一是淤积严重，堆积体构成复杂。堆积体中有泥石流、树木、房屋，甚至整栋楼房，清除难度很大；二是施工条件受限，河道上被泥石流阻塞后，大量堆积体基本都在水下，而且泥石流堆积区及河道两岸均为软基，大型机械无法直接进入进行河道开挖；三是淤堵河段水面宽阔，落差小、流速慢，不利于利用水流冲刷淤堵河道，清淤疏通工作主要依靠机械挖掘；四是正值主汛期，河流上游来水多，加之有上游降雨形成的洪峰流量及水位变幅大的风险，会增加了水下施工的难度，也将对抢险救援人员的安全和施工进度造成较大影响；五是清淤疏通作业既有挖方、又有填方，而且在施工过程中还会不断出现新的淤积，施工工程量巨大。如何让大型挖掘设备到达松软的泥石流淤积体上进行河道疏通是排险的关键。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种能够让大型挖掘设备到达松软的泥石流淤积体上进行淤泥清理的道路施工方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，包括以下步骤。

1）泥石流特性参数考察。

2）泥石流体承载力计算。

a）泥石流承载力按照天然地基允许静承载力计算，其计算公式为：

R=m_Bγ（B-3）+m_Dγ_p（D-1.5）；

式中：R—地基允许静承载力；

γ—土的天然容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

γ_p—地基面以上土的加权平均容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

B—与地面接触基础宽度，履带反铲取履带总宽，路基箱取路基箱长度，当B小于3m时取3m，B大于6m时取6m；

D—埋置深度，泥石流路基按照地面计，D为陷机深度，D小于1.5m时取1.5m；

m_B、m_D为接触面宽和埋深的承载力修正系数，按表1选用；

表1地面接触宽度和陷机深度承载力修正系数表

经计算，泥石流承载力R=4.59～6.8tf。

b)泥石流路基经动力折减后的承载力计算，其折减承载力计算公式为：

R_a=a_RR；

式中：R_a—经振动折减后的地基承载力，tf/m²；

a_R—地基承载力折减系数，反铲行走时，R_a=0.8，停留开挖时，R_a=1/（1+β_h*a/g）；

β_h—泥石流地基的动沉陷影响系数，按表2取值；

g—重力加速度，m/s²。

表2土的沉陷影响系数β_h值表

经计算，泥石流基础在振捣情况下折减承载力R_a=3.67～5.44tf。

c)路基承载力验算，

A、中心受压，p=W/F≤R_a；

B、偏心受压，pmax=W/F+M_xx^xmax/I_x+M_yx^ymax/I_y≤1.2R_a；

式中：p、pmax—地基平均压应力和最大压应力，tf/m²；

W—设备总重量，tf；

F—基础底面积，m²；

I_x、I_y—基础底面x、y向通过其形心轴的惯性矩，m⁴；

x^xmax、x^ymax—通过基础底面形心的轴至x、y向的基础边缘的最大距离，m；

经计算，挖掘机在没有铺垫路基箱的道路上行走时，路基受压应力P=6.1tf，泥石流基础不能满足挖掘机行走所需路基承载条件，在铺设4.5m宽路基箱后，路基受压力P=1.5tf≤R_a，挖掘机在泥石流软基上也具备行走条件。

3）路基箱的选择、摆放就位；所述路基箱为封闭钢板结构的长方形箱体，其最短长度计算公式为：

Lmin=(W₁+W₂)/B×R×0.278，

或Lmin=αW₁/(BR-1)；

式中：Lmin—路基箱长度；

R—地基允许承载力；

W₁—设备自重；

W₂—路基箱重量；

B—路基箱拼接宽度，非刚性连接取6m；

α—路基箱每㎡重量系数，为宽1m，厚0.1m时取3.597；

经计算，路基箱长度Lmin选择4.5m可以满足1.6m³反铲通行要求。根据施工需要，每台反铲单独工作时需要铺设路基箱8块，满足前后交替铺设施工要求。

4）铺装设备选择；吊装、铺设的施工设备选择1.0～1.6m³常规反铲。不宜长臂挖掘机铺设，长臂挖掘机工作半径大，效率低。

5）利用反铲挖掘机挖斗挖装一块路基箱，并运送到拟定铺设位置。

6）将路基箱摆放在已平整后的路基上，按路基箱长边垂直于铺垫道路轴线的方式进行铺设，并与上一块已铺设路基箱长边紧靠。

7）重复上述步骤4）和步骤5）完成单块不重复基箱铺垫道路；或者，至第8块路基箱铺设完成后，利用挖掘机拆除第1块铺设的路基箱，铺设到第8块路基箱前面，完成循环使用路基箱铺垫道路，利用8块路基箱进占至开挖工作面。

优选地，单块不重复基箱铺垫道路所用路基箱与相邻路基箱之间刚性连接。相邻两块路基箱经过刚性连接如焊接之后，能够满足轮胎型设备通过。

优选地，在已铺设路基箱上面重叠错位铺设第2层路基箱，路基箱长边垂直于铺垫道路轴线。

优选地，在第2层路基箱上面铺设3层路基箱，第3层路基箱平行于铺垫道路轴线。

进一步地，路基箱抗滑稳定系数Kc≥1.3。抗滑稳定系数Kc计算的计算公式为：

Kc=W·μ/px≥［Kc］，

式中：W—设备总重量，tf；

px—设备作用在路基箱上的水平力，tf；

μ—路基箱与泥石流的摩擦系数，可按照表3选用；

［Kc］—滑动安全系数，一般地，［Kc］=1.3。

表3路基箱与土的摩擦系数μ

经计算，反铲水平推力小于2tf，路基箱水平摩擦力为11tf，Kc=5.5≥［Kc］，路基箱和设备是安全的。

进一步地，路基箱倾覆稳定系数K₀=2～5.3。倾覆稳定系数K₀计算公式为：

K₀=ΣM₀/ΣM_y≥［K₀］，

式中：ΣM_y—倾覆力矩，即反铲操作时被作用的定向水平力或机器扰动力与放大系数的乘积作为静力当量产生的力矩，tf·m；

ΣM₀—稳定力矩，tf·m；

［K₀］—倾覆稳定安全系数，一般取［K₀］=1.5。

经计算，抗倾覆稳定系数，K₀=2～5.3≥［K₀］。

有益的是，本方法一是保证了设备快速安全通过淤泥区，为设备进场创造了条件；二是为大型挖掘设备在松软泥石流淤积体上安全进占至江边展开河道疏通作业创造了条件。

具体实施方式

路基箱在泥石流软基上铺垫道路分单块一次铺设使用和循环使用两种情况，单块一次铺设路基箱施工工艺流程为：泥石流特性参数考察→计算泥石流体承载力→选择路线→路基箱运输、卸车→起铺块路基平整→挖掘机装运单块路基箱→路基箱摆放就位→路基箱局部调整、试压→下一块路基箱铺设。循环使用路基箱铺垫道路施工艺流程为：安全作业范围路基初平整→第一至六块路基箱铺设→反铲在第二至八块上将第一块挪到侧面→依次重复以上步骤，直到通过特殊路段→反铲将第一块铺放在第六块前面→反铲将侧面的第一块装入铲斗内。

1、泥石流承载力计算，泥石流承载力按照天然地基允许静承载力计算，计算公式为：

R=m_Bγ（B-3）+m_Dγ_p（D-1.5）

式中：R—地基允许静承载力；

γ—土的天然容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

γ_p—地基面以上土的加权平均容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

B—与地面接触基础宽度，履带反铲取履带总宽，路基箱取路基箱长度，当B小于3m时取3m，B大于6m时取6m；

D—埋置深度，泥石流路基按照地面计，D为陷机深度，D小于1.5m时取1.5m；

m_B、m_D为接触面宽和埋深或陷机深度的承载力修正系数，按表1选用；

经计算，泥石流承载力R=4.59～6.8tf。

2、泥石流路基经动力折减后的承载力计算，反铲在行走及开挖中作用在泥石流地基表面的荷载为动荷载，对泥石流地基产生冲击力，泥石流路基的承载力将会下降，其折减承载力计算公式为：

R_a=a_RR

式中：R_a—经振动折减后的地基承载力，tf/m²；

a_R—地基承载力折减系数，反铲行走时，R_a=0.8；

停留开挖时，R_a=1/（1+β_h*a/g）；

β_h—泥石流地基的动沉陷影响系数，按表2取值；

g—重力加速度，m/s²。

经计算，泥石流基础在振捣情况下折减承载力R_a=3.67～5.44tf。

3、路基承载力验算

A、中心受压，p=W/F≤R_a；

B、偏心受压，pmax=W/F+M_xx^xmax/I_x+M_yx^ymax/I_y≤1.2R_a；

式中：p、pmax—地基平均压应力和最大压应力，tf/m²；

W—设备总重量，tf；

F—基础底面积，m²；

I_x、I_y—基础底面x、y向通过其形心轴的惯性矩，m⁴；

x^xmax、x^ymax—通过基础底面形心的轴至x、y向的基础边缘的最大距离，m。

经计算，挖掘机在没有铺垫路基箱的道路上行走时，路基受压应力P=6.1tf，泥石流基础不能满足挖掘机行走所需路基承载条件，在铺设4.5m宽路基箱后，路基受压力P=1.5tf≤R_a，挖掘机在泥石流软基上也具备行走条件。

4、路基箱的滑动稳定及倾斜稳定计算

4.1、抗滑稳定系数Kc计算，计算公式为：

Kc=W·μ/px≥［Kc］；

式中：W—设备总重量（力），tf；

Px—设备作用在路基箱上的水平力，tf；

μ—路基箱与泥石流的摩擦系数，可按照表3选用；

［Kc］—滑动安全系数，一般［Kc］=1.3。

经计算，反铲水平推力小于2tf，路基箱水平摩擦力为11tf，Kc=5.5≥［Kc］，路基箱和设备是安全的。

4.2、倾覆稳定系数K₀计算，计算公式为：

K₀=ΣM₀/ΣM_y≥［K₀］

式中：ΣM_y—倾覆力矩，即反铲操作时被作用的定向水平力或机器扰动力与放大系数的乘积作为静力当量产生的力矩，tf·m；

ΣM₀—稳定力矩，tf·m；

［K₀］—倾覆稳定安全系数，一般取［K₀］=1.5。

经计算，抗倾覆稳定系数K₀=2～5.3≥［K₀］

5、铺设地基条件的选择

路基箱在淤泥中所受的浮力略小于路基箱的重量，路基箱的作用必须依靠路基的弱承载力或路基泥石流体里的碎石骨架来发挥，因此，路基箱铺设范围尽量选择稍干或路基内有相当比例的碎石路段，而不能选择完全液化或灵敏度St大于16的路基。

6、路基箱的选择

按1.6m³反铲计算，反铲重量约40t，履带接地宽度0.75×2m，履带长4.7～5.06m，与地面接触面积6.57m²。按照路基箱之间不做连接，反铲履带跨5至6块路基箱后能正常工作考虑，有效宽度为5～6m，取6m，路基箱重0.278t/m²，计算需要路基箱长度L。

Lmin=(W₁+W₂)/B×R×0.278，

或Lmin=αW₁/(BR-1)；

式中：Lmin—路基箱长度；

R—地基允许承载力；

W₁—设备自重；

W₂—路基箱重量；

B—路基箱拼接宽度，非刚性连接取6m；

α—路基箱每㎡重量系数，为宽1m，厚0.1m时取3.597。

经计算，路基箱长度Lmin选择4.5m可以满足1.6m³反铲通行要求。根据施工需要，每台反铲单独工作时需要铺设路基箱8块，满足前后交替铺设施工要求。

7、铺装设备选择

吊装、铺设的施工设备宜选择1.0～1.6m³常规反铲，一般不宜长臂挖掘机铺设，长臂挖掘机工作半径大，效率低。铺设好的路基适合履带型设备通过。在轮胎型设备通过的路基箱块路段若在灵敏度在8～16间时需要做刚性连接，灵敏度在8以下可以不连接。灵敏度大于16的泥石流或稀泥体铺设路基箱后仍然不具备设备通过性。

8、施工前准备

采用载重汽车将路基箱运输到铺填路段附近堆放备用，在铺垫路基箱前，用反铲对铺垫范围进行初平整，当灵敏度大的稀泥应先抛填部分石渣，先用反铲斗齿进行平整并用斗底加压平整。

9、操作方法

9.1、利用反铲挖掘机挖斗挖装一块路基箱，并运送到拟定铺设位置。

9.2、将路基箱摆放在已平整后的路基上，按路基箱长边垂直于铺垫道路轴线的方式进行铺设，并与上一块已铺设路基箱长边紧靠。

9.3、重复上述步骤即可完成单块不重复基箱铺垫道路，若循环使用路基箱铺垫道路则在第8块路基箱铺设完成后，利用挖掘机拆除第1块铺设的路基箱，铺设到第8块路基箱前面，如此循环便可利用8块路基箱进占至开挖工作面。

9.4、若铺垫路基箱之间需钢性连接，则只适用于单块不重复路基箱铺设，在反铲挖掘机进占至道路前方时，人工将已铺装完成的路基箱进行焊接相连。

9.5、当路基过软，在铺垫单层路箱后仍无法保证设备通行，则在已铺设路基箱上面重叠铺设第2层路基箱；如果2层路基箱不能满足路基稳定要求，则在横向铺设的路基箱上沿反铲轨道行走位置铺设平行于道路轴线的第3层路基箱，提高设备通过能力。

9.6、拆除路基箱时，除进占方向相反外，其它操作与铺装相同。

9.7、使用完成后应将路基箱清洗干净，并收集整齐堆放，以备再次使用。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)泥石流特性参数考察；

2)泥石流体承载力计算；

a)泥石流体承载力按照天然地基允许静承载力计算，其计算公式为：

R＝m_Bγ(B-3)+m_Dγ_p(D-1.5)；

式中：R—地基允许静承载力；

γ—土的天然容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

γ_p—地基面以上土的加权平均容重，泥石流区取土的浮容重，tf/m³；

B—与地面接触基础宽度，履带反铲取履带总宽，路基箱取路基箱长度，当B小于3m时取3m，B大于6m时取6m；

D—埋置深度，泥石流路基按照地面计，D为陷机深度，D小于1.5m时取1.5m；

m_B、m_D为接触面宽和埋深的承载力修正系数；

b)泥石流路基经动力折减后的承载力计算，其折减承载力计算公式为：

R_a＝a_RR；

式中：R_a—经振动折减后的地基承载力，tf/m²；

a_R—地基承载力折减系数，反铲行走时，R_a＝0.8；

停留开挖时，R_a＝1/(1+β_h*α/g)；

β_h—泥石流地基的动沉陷影响系数；

α—路基箱每㎡重量系数，为宽1m，厚0.1m时取3.597；

g—重力加速度，m/s²；

c)路基承载力验算，

中心受压，p＝W/F≤R_a；

偏心受压，p_max＝W/F+M_xx^x _max/I_x+M_yx^y _max/I_y≤1.2R_a；

式中：p、p_max—地基平均压应力和最大压应力，tf/m²；

W—设备总重量，tf；

F—基础底面积，m²；

M_x、M_y—x、y向倾覆力矩，tf·m；

I_x、I_y—基础底面x、y向通过其形心轴的惯性矩，m⁴；

x^x _max、x^y _max—通过基础底面形心的轴至x、y向的基础边缘的最大距离，m；

3)路基箱的选择、摆放就位；所述路基箱为封闭钢板结构的长方形箱体，其最短长度计算公式为：

Lmin＝(W₁+W₂)/B×R×0.278，

或Lmin＝αW₁/(BR-1)；

式中：Lmin—路基箱长度；

R—地基允许静承载力；

W₁—设备自重；

W₂—路基箱重量；

B—与地面接触基础宽度，履带反铲取履带总宽，路基箱取路基箱长度，当B小于3m时取3m，B大于6m时取6m；

α—路基箱每㎡重量系数，为宽1m，厚0.1m时取3.597；

4)铺装设备选择；吊装、铺设的施工设备选择1.0～1.6m³常规反铲；

5)利用反铲挖掘机挖斗挖装一块路基箱，并运送到拟定铺设位置；

6)将路基箱摆放在已平整后的路基上，按路基箱长边垂直于铺垫道路轴线的方式进行铺设，并与上一块已铺设路基箱长边紧靠；

7)重复上述步骤5)和步骤6)完成单块不重复基箱铺垫道路；或者，在第8块路基箱铺设完成后，利用挖掘机拆除第1块铺设的路基箱，铺设到第8块路基箱前面，完成循环使用路基箱铺垫道路，利用8块路基箱进占至开挖工作面。

2.根据权利要求1所述的在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，单块不重复基箱铺垫道路所用路基箱与相邻路基箱之间刚性连接。

3.根据权利要求1所述的在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，在已铺设路基箱上面重叠错缝铺设第2层路基箱，路基箱长边垂直于铺垫道路轴线。

4.根据权利要求3所述的在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，在第2层路基箱上面铺设第3层路基箱，第3层路基箱平行于铺垫道路轴线。

5.根据权利要求1所述的在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，路基箱抗滑稳定系数Kc≥1.3；抗滑稳定系数Kc计算的计算公式为：

Kc＝W·μ/px≥[Kc]，

式中：W—设备总重量，tf；

px—设备作用在路基箱上的水平力，tf；

μ—路基箱与泥石流的摩擦系数；

[Kc]—滑动安全系数，[Kc]＝1.3。

6.根据权利要求1所述的在泥石流软基上铺垫道路的施工方法，其特征在于，路基箱倾覆稳定系数K₀＝2～5.3；倾覆稳定系数K₀计算公式为：

K₀＝ΣM₀/ΣM_y≥[K₀]，

式中：ΣM_y—倾覆力矩，即反铲操作时被作用的定向水平力或机器扰动力与放大系数的乘积作为静力当量产生的力矩，tf·m；

ΣM₀—稳定力矩，tf·m；

[K₀]—倾覆稳定安全系数，[K₀]＝1.5。