CN104099937B - 一种可有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高填方回填区域回填的施工方法，其采用砂砾石、土工布、加筋带和包裹体进行回填，其中所述砂砾石为粒径不大于100mm，针片状颗粒含量低于10%，粒径小于0.1mm的颗粒含量不大于10%，含泥量不超过5%，渗透系数不小于1×10cm^-3/s，颗粒级配良好、质地坚硬的粗砂或砾石。本发明的施工方法完成回填区域的回填后，可以不经过沉降期沉降而直接进行上部建筑物的施工，而无需像现有的回填方法中至少需要6个月的沉降期；并且符合设计要求及工程检测的各项技术标准。本发明可以大幅度缩短工期，从而具有显著的经济效益。

Description

一种可有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法

技术领域

本发明涉及一种高填方回填区域回填的施工方法。

背景技术

根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》应计算渡槽基础的地基最终沉降量及沉降期。通常的渠系建筑物加筋挡墙的施工方法需要经过至少6个月的沉降期，以满足工程的要求。因此大幅度延误了工程进度。

专利CN101787707A给出了一种复合加筋格宾挡土墙的施工方法，其使用了高强土工格栅和其上叠加的加筋格宾单元，以减少施工成本。其使用的回填材料为土，作用是形成挡土墙，利用其抗滑稳定原理但不能保证沉降稳定；因此其所需要的沉降期较长且抗较大渗流冲刷性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、可极大的缩短沉降期、加快施工进程，并且排水性良好，尤其适用于渠系建筑物及多雨地区的回填区域的施工。

本发明所采用的技术方案为：

本发明的施工方法采用砂砾石、土工布、加筋带和包裹体进行回填，其中所述砂砾石为粒径不大于100mm，针片状颗粒含量低于10％，粒径小于0.1mm的颗粒含量不大于10％，含泥量不超过5％，渗透系数不小于1×10cm^‐3/s，颗粒级配良好、质地坚硬的粗砂或砾石。

进一步的，本发明的施工方法包括下述步骤：

步骤一：土工布的铺设：按常规步骤及标准完成回填区域基面的整平和压实；回填区域基面及坡面铺设反滤土工布，土工布嵌入回填区域基面坡面不小于10cm，土工布铺设与回填区域基面贴实并固定牢固；土工布各铺设幅之间搭接时，搭接宽度不小于50cm；

步骤二：砂砾石及加筋带的铺设：铺设预定铺设厚度的砂砾石，采用进占式铺料，并碾压压实至预设的压实厚度，碾压前对砂砾石加水湿润，加水量0.1～0.2t/m³；铺设预定宽度及长度的加筋带，相邻加筋带与下层砂砾石固定，大面积铺设加筋带后，整体调整平直度，当填盖一层砂砾石后，在碾压前，再次用人工或机具力度均匀的拉紧加筋带，使加筋带在砂砾石中为绷紧受力状态；按照常规方法铺设预设长度的包裹体；按照此步骤逐层铺设至设计标高。

进一步的，本发明的施工方法所述加筋带和包裹体的铺设方法和铺设量满足下述公式：

(一)通过公式(1)计算筋带拉力：

T_i＝KK_a(γ₁z₁+γ₂h)S_xS_y      (1)

其中T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

K—筋带拉力峰值附加系数，取1.5；

k_a—回填区域砂砾石主动土压力系数；

γ₁—加筋体填料容重，单位为kN/m³；

z_i—筋带深度，单位为m；

γ₂—加筋体上部土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

S_x—加筋带水平间距；

S_y—加筋带垂直间距；

(二)通过公式(2)计算筋带宽度：

b_i＝T_i/T_ga  (2)

其中b_i—第i单元筋带宽度，单位为m；

T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

T_ga-筋带容许抗拉强度，单位为kN/m；

(三)通过公式(3)计算筋带锚固长度：

L_1i＝K_fT_i/[2f’b_i(γz_i+γ’h)]   (3)

其中：L_1i—第i单元筋带锚固长度，单位为m；

K_f—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

T_i—第i单元筋带所受拉力kN；

f’—筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

b_i—第i单元筋带宽度，单位为m；

γ—回填区域第i单元填料容重，单位为kN/m³；

z_{i‐‐‐‐}筋带深度，单位为m；

γ’—回填区域上层建筑土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

(四)通过公式(4)计算筋带反向包裹长度：

L₀＝K_fT_i/[4f’(γ₁Z_i+γ₂h)]

(4)

其中L₀—第i单元筋带反向包裹长度，单位为m；

K_f—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

T_i—第i单元筋带所受拉力kN；

f’—筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

γ₁—加筋体填料容重kN/m³；

z_i—筋带深度m；

γ₂—加筋体上部土层容重kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度m；

(五)通过公式(5)计算活动区筋带长度：

当0＜z_i≤H₁时，L_2i＝b_H

当H₁＜z_i≤H时，L_2i＝(H-z_i)/tgβ

其中：z_i—筋带深度，单位为m；

L_2i—活动区筋带长度，单位为m；

b_H—简化破裂面的垂直部分与墙面板背面距离m；

H₁—简化破裂面上部分的高度，单位为m；

H—回填区域高度m；

β—简化破裂面的倾斜部分与水平面的夹角(°)。

进一步的，本发明的施工方法所述砂砾石的压实厚度为0.3m，所述加筋带(3)纵向和横向容许极限抗拉力均小于80kN/m。

进一步的，本发明的施工方法所述加筋带为高密度聚乙烯材质的双向土工格栅。

本发明的有益效果为：

本发明的施工方法完成回填区域的回填后，可以不经过沉降期沉降而直接进行上部建筑物的施工，而无需像现有的回填方法中至少需要6个月的沉降期；并且符合设计要求及工程检测的各项技术标准。本发明可以大幅度缩短工期，从而具有显著的经济效益。

附图说明

图1为本发明的加筋挡土墙的结构示意图；

在附图中，1砂砾石、2土工布、3加筋带、4包裹体、5回填区域基面。

具体实施方式

南水北调中线一期总干渠与青兰高速连接线交叉工程位于邯郸市南环路、西环路以及青兰高速连接线互通立交桥处，总干渠桩号为42+912～42+986，总干渠采用渡槽型式跨越高速公路，是南水北调中线总干渠上的大型交叉工程。

进、出口渠道连接段长均为20m，进口渠道连接段起点底板高程83.606m，出口渠道连接段终点底板高程为83.602m。渠底宽22.5m，渠道纵坡为1/25000。内坡坡比1∶2.25，外坡坡比1∶2.00。内坡为混凝土衬砌，衬砌板厚0.5m，底板混凝土厚0.5m，采用C25F150W6混凝土。混凝土衬砌板顺流向每10m分缝一道，横流向在渠底中间及距内坡坡脚1.0m处各设一道分缝，缝面采用紫铜止水，聚硫密封胶封口；外坡为混凝土框格护坡。进、出口渠道连接段与渡槽及相邻渠道采用紫铜止水连接。

进、出口渠道连接段与渡槽衔接，墩身高度范围采用加筋土挡墙，最大墙高约9.9m；墩身以上部分采用悬臂式挡墙挡土，最大墙高约8.3m。悬臂式挡墙底板厚0.6～1m，悬臂板厚0.5～1.17m。

进、出口渠道连接段在槽墩外侧渠坡至坡脚区域与青兰高速连接线工程通道之间的挡墙高度为11.6m～19.8m，采用扶壁式加筋土挡墙，墙面板厚1.2m，底板厚1.5m，扶壁厚0.8m，间距3.5m～4.5m。

进、出口渠道连接段渠坡坡脚至工程管理外边界与青兰高速连接线工程通道间的挡墙高度为11.6m～14.1m，拟采用扶壁式挡墙，挡墙面板厚1.2m，底板厚1.5m，扶壁厚0.8m，间距3.5m～4.5m。防护范围暂按渠道坡脚范围以外13m考虑。

如附图1所示，设计的加筋土挡墙高度9.9m，墙后回填土区域采用砂砾石1、土工布2、加筋带3和包裹体4进行回填，其中采用砂砾石1，容重20kN/m³，计算内摩擦角35°，加筋带3容许抗拉强度按80kN/m考虑，砂砾石1与加筋带3间的似摩擦系数f′＝0.4，加筋体与地基之间的摩擦系数f＝0.3。加筋带3的水平间距S_x＝1.0,垂直间距S_y＝0.3。加筋体上部悬臂挡墙高8.3m。

一、通过下述公式计算加筋带3和包裹体4的铺设方法和铺设量：

(一)通过公式(1)计算筋带拉力：

T_i＝KK_a(γ₁z₁+γ₂h)S_xS_y   (1)

其中T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

K—筋带拉力峰值附加系数，取1.5；

K_a—回填区域砂砾石主动土压力系数；

γ₁—加筋体填料容重，单位为kN/m³；

z_i—筋带深度，单位为m；

γ₂—加筋体上部土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

S_x—加筋带水平间距；

S_y—加筋带垂直间距；

(二)通过公式(2)计算筋带宽度：

b_i＝T_i/T_ga   (2)

其中b_i—第i单元筋带宽度，单位为m；

T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

T_ga—筋带容许抗拉强度，单位为kN/m；

(三)通过公式(3)计算筋带锚固长度：

L_1i＝K_fT_i/[2f’b_i(γz_i+γ’h)]   (3)

其中：L_1i—第i单元筋带锚固长度，单位为m；

K_f—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

f’—筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

b_i—第i单元筋带宽度，单位为m；

γ—回填区域第i单元填料容重，单位为kN/m³；

z_{i‐‐‐‐}筋带深度，单位为m；

γ’—回填区域上层建筑土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

(四)通过公式(4)计算筋带反向包裹长度：

L₀＝K_fT_i/[4f’(γ₁Z_i+γ₂h)]

(4)

其中L₀—第i单元筋带反向包裹长度，单位为m；

K_f—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

T_i—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

f’—筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

γ₁—加筋体填料容重，单位为kN/m³；

z_i—筋带深度，单位为m；

γ₂—加筋体上部土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

(五)通过公式(5)计算活动区筋带长度：

当0＜z_i≤H₁时，L_2i＝b_H

当H_i＜z_i≤H时，L_2i＝(H-z_i)/tgβ

其中：z_i—筋带深度，单位为m；

L_2i—活动区筋带长度，单位为m；

b_H—简化破裂面的垂直部分与墙面板背面距离，单位为m；

H₁—简化破裂面上部分的高度，单位为m；

H—回填区域高度，单位为m；

β—简化破裂面的倾斜部分与水平面的夹角(°)。

其中H₁通过公式(6)和(7)计算。

H₂＝b_H tg(45°+ψ/2)  (6)

H₁＝H–H₂  (7)

式中，b_H—简化破裂面的垂直部分与墙面板背面距离，单位为m；

ψ—简化破裂面的内摩擦角(°)；

H₁—简化破裂面上部分的高度，单位为m；

H₂—简化破裂面下部分的高度，单位为m。

计算结果如表1所示。

表1边墩后加筋土挡墙计算表格

经计算，砂砾料回填沉降如下：

采用应力面积法计算法计算进出口连接段的地基最终沉降，

$S_{\mathrm{\∞}}={\mathrm{\Ψ}}_s{S}^{\′}={\mathrm{\Ψ}}_s\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{P_0}{E_{si}}(z_i{a}_i-z_{i-1}{a}_{1-1})$

式中：

S_∞―地基最终变形量，单位为mm；

S＇―按分层总和法计算出的地基变形量，单位为mm；

Ψ_s―沉降计算经验系数；

n―地基变形计算深度范围内所划分的土层数；

P₀―相应于作用的准永久组合时地基底面的附加应力值，单位为kPa；

E_si―基础底面第i层土的弹性模量；

Z_i、Z_i‐1―基础底面至第i层土、i‐1层土底面的距离，单位为m；

a_i、a_i‐1―基础底面计算点至第i层土、i‐1层土底面范围内的平均附加应力系数。

根据碾压式土石坝设计规范(SL274‐2001)非粘性土坝体的最终沉降量可用下式估算：

$S_t=\underset{i-1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{P_i}{E_i}{h}_i$

式中：

S_t——坝体或坝基的最终沉降量；

p_i——第i计算土层由坝体荷载产生的竖向应力；

E_i——第i计算土层的变形模量。

经计算，进出口连接段渠堤无水工况沉降量为92.52mm，加大水位工况沉降量为107.73mm，施工期沉降比例85％。

二、按照计算结果进行施工，施工步骤如下：

步骤一：回填区域基面5处理及土工布2的铺设。

铺设土工布时，先对回填区域基面5进行整平、压实，压实度达到设计要求，不允许出现凸起及凹陷的部位，严禁有土块、杂物的坚硬凸出物，无积水。

回填区域基面5铺设反滤土工布2，土工布2嵌入回填区域基面5不小于10cm。

土工布2铺设要与回填区域基面5贴实，不得有空腔，具有一定松弛度；在坡面上采用“U”钉固定牢固；土工布2各铺设幅之间可采用搭接，搭接宽度不小于50cm。

骑缝土工布2铺设401胶与回填区域基面5周圈粘结。

步骤二：砂砾石1及加筋带3的铺设。

a.铺设砂砾石1

铺设预定铺设厚度的砂砾石1，采用进占式铺料，并碾压压实至预设的压实厚度，碾压前对砂砾石加水湿润，加水量0.1～0.2t/m³，碾压顺序为中部至尾部至前部。

b.铺设加筋带3。

加筋带3采用双向土工格栅。各层土工格栅铺设前，要先填料碾压至土工格栅所在标高，在平整压实的场地上铺设。铺设土工格栅时不允许有皱褶，应展平，伸直，尽量张紧。幅与幅之间的搭接不小于0.15m，每隔1m左右用U型钉将相邻两幅格栅在搭接处与下层土层固定在一起。大面积铺设后，要整体调整平直度，当填盖一层砂砾石1后，在碾压前，应再次用人工或机具张紧格栅，力度要均匀，使格栅在土中为绷紧受力状态。

土工格栅幅间搭接不小于0.15m，每隔1m左右用U型钉将相邻两幅格栅在搭接处与下层土层固定在一起。大面积铺设后，要整体调整平直度，当填盖一层砂砾料后，在碾压前，应再次用人工或机具张紧格栅，力度要均匀，使格栅在土中为绷紧受力状态。

c.包裹体4施工

加筋带3即双向土工格栅铺设后，将土工格栅从临坡侧回折，并用塑料缝合棒固定拉筋，使土工格栅与包裹体4形成一个受力整体。包裹体4采用塑料编织袋填充砂砾石而成，宽0.6m，高0.3m。

d.砂砾石1铺摊压实

砂砾石1，粒径不大于100mm，针片状颗粒含量低于10％，粒径小于0.1mm的颗粒含量不大于10％，含泥量不超过5％，渗透系数不小于1×10cm^‐3/s，颗粒级配良好、质地坚硬的粗砂或砾石，其技术指标必须满足设计要求，砂砾石1采用装载机运输小型挖掘机进行摊铺。按设计断面全宽、整幅填筑。

砂砾石1的摊铺：当加筋带3铺设定位和包裹体4施工后，及时用砂砾石1覆盖，裸露时间不得超过48小时，摊铺采用进占式铺料，每层压实厚度30cm，松铺厚度35cm，用水准仪控制每层填料的虚铺厚度，要求摊铺好的砂砾石1表面无显著的局部凹陷。

砂砾石1的压实：大面积的部位采用16t光面振动碾压实，扶壁式钢筋混凝土挡墙后侧采用DC‐25手扶式振动碾压实。

碾压前对砂砾石1加水湿润，加水量0.1～0.2t/m³；碾压作业采用进退错距法，碾迹搭压宽度不小于10cm。

严禁直接碾压加筋带3即土工格栅，严禁沿加筋带3铺设(受力)方向推土，施工机械在加筋带3上行走或碾压填筑时，筋上填料厚度不应小于0.2m。碾压机械距包裹体的距离不小于1.0m，此1.0m范围内用手扶式振动碾压实达到设计要求的密实度。

e.施工参数

经碾压试验确定的碾压参数为：

砂砾石1铺料厚度35cm，16t光面振动碾碾压6遍、DC‐25C手扶式振动碾碾压8遍、进退错距法碾压，压实沉降量5.6cm，压实有效厚度29.4cm，满足设计，(设计要求扶壁式钢筋混凝土挡墙1m范围内相对密度不小于0.7(对应干容重不小于2.03)。

f.质量控制

确保施工原材料符合设计和施工规范要求，砂砾石1铺料厚度，平整度、含水率要满足施工规范要求，填料(砂砾石1)压实检查采用灌砂法，填筑碾压面1次/200～500m³，边角夯实部位2～3次/层。

试验例1.充水沉降变形监测

青兰渡槽自2013年8月9日开始回填，11月20日完成回填后立即进行上部结构施工，12月9日工程完工后，于2013年12月14日开始填筑围堰，进行第一次充水实验。2014年4月26日进行第二次充水实验，2014年5月3日达到设计水位，2014年5月5日达到加大水位，2014年5月19日放空，截止2014年5月19日渡槽放空，监测单位共观测8期。青兰渡槽两次充、放水过程中进行沉降变形监测。

第一次充水过程中：渡槽挡土墙顶部布置8个沉降测点，槽身顶部共布置26个沉降测点。目前渡槽各沉降点累计变形量较小，变形趋势逐渐趋于平缓。进、出口挡墙顶部各沉降测点累计沉降量在0.36mm～2.08mm之间，槽身顶部各沉降测点累计沉降量在0.87mm～3.43mm之间。

二次充水过程中：青兰渡槽挡土墙顶部布置8个沉降测点，槽身顶部布置26个沉降测点。

目前渡槽各沉降测点累计变形量较小，变形趋势逐渐趋于平缓。

二次充水过程中渡槽进、出口挡墙顶部各沉降测点沉降量最大为3.3mm，槽身顶部各沉降测点变形量最大为4.21mm，与第一次充水相比变化不明显。

采用本发明的施工方法，在第一次及第二次充水实验中，沉降变形监测均符合设计要求，上部结构未发现沉降带来的不良影响，通水试验正常，回填分部工程已通过相关验收，工程质量优良，说明本发明的施工方法安全可靠，适用性强。

Claims (4)

1.一种有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法，其特征在于其采用砂砾石（1）、土工布（2）、加筋带（3）和包裹体（4）进行回填，其中所述砂砾石（1）为粒径不大于100mm，针片状颗粒含量低于10%，粒径小于0.1mm的颗粒含量不大于10%，含泥量不超过5%，渗透系数不小于1×10cm^-3/s，颗粒级配良好、质地坚硬的粗砂或砾石；

其包括下述步骤：

步骤一：土工布（2）的铺设：按常规步骤及标准完成回填区域基面（5）的整平和压实；回填区域基面及坡面铺设反滤土工布（2），土工布（2）嵌入回填区域基面（5）坡面不小于10cm，土工布（2）铺设与回填区域基面（5）贴实并固定牢固；土工布（2）各铺设幅之间搭接时，搭接宽度不小于50cm；

步骤二：砂砾石（1）及加筋带的铺设：铺设预定铺设厚度的砂砾石（1），采用进占式铺料，并碾压压实至预设的压实厚度，碾压前对砂砾石（1）加水湿润，加水量0.1～0.2t/m³；

铺设预定宽度及长度的加筋带（3），相邻加筋带（3）与下层砂砾石（1）固定，大面积铺设加筋带（3）后，整体调整平直度，当填盖一层砂砾石（1）后，在碾压前，再次用人工或机具力度均匀的拉紧加筋带（3），使加筋带（3）在砂砾石（1）中为绷紧受力状态；

按照常规方法铺设预设长度的包裹体（4）；

按照此步骤逐层铺设至设计标高。

2.根据权利要求1所述的一种有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法，其特征在于所述加筋带（3）和包裹体（4）的铺设方法和铺设量满足下述公式：

(一)通过公式（1）计算筋带拉力：

                （1）

其中—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

—筋带拉力峰值附加系数，取1.5；

—回填区域砂砾石主动土压力系数；

—加筋体填料容重，单位为kN/m³；

—筋带深度，单位为m；

—加筋体上部土层容重，单位为kN/m³；

—加筋体上部土层厚度，单位为m；

S _x —加筋带水平间距；

S _y —加筋带垂直间距；

(二)通过公式（2）计算筋带宽度：

                           （2）

其中b _i—第i单元筋带宽度，单位为m；

—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

—筋带容许抗拉强度，单位为kN/m；

（三）通过公式（3）计算筋带锚固长度：

L _1i  = K _f T _i  / [2f’b _i (γz _i +γ’h)]            （3）

其中：L _1i—第i单元筋带锚固长度，单位为m；

—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

f’ —筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

b _i—第i单元筋带宽度，单位为m；

γ—回填区域第i单元 填料容重，单位为kN/m³；

z _i —筋带深度，单位为m；

γ’—回填区域上层建筑土层容重，单位为kN/m³；

—加筋体上部土层厚度，单位为m；

（四）通过公式（4）计算筋带反向包裹长度：

L ₀ = K _f T _i   / [4f’(γ ₁ Z _i +γ ₂ h)]

       （4）

其中L ₀ —第i单元筋带反向包裹长度，单位为m；

—筋带抗拔稳定安全系数取2.0；

—第i单元筋带所受拉力，单位为kN；

f’ —筋带与砂砾石的似摩擦系数取0.4；

 —加筋体填料容重，单位为kN/m³；

—筋带深度，单位为m；

—加筋体上部土层容重，单位为kN/m³；

h—加筋体上部土层厚度，单位为m；

（五）通过公式（5）计算活动区筋带长度：

当  时，

当 时，

其中：z _i —筋带深度，单位为m；

L _2i —活动区筋带长度，单位为m；

—简化破裂面的垂直部分与墙面板背面距离，单位为m；

H ₁ —简化破裂面上部分的高度，单位为m；

—回填区域高度，单位为m；

—简化破裂面的倾斜部分与水平面的夹角（°）。

3.根据权利要求2所述的一种可有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法，其特征在于所述砂砾石（1）的压实厚度为0.3m，所述加筋带（3）纵向和横向容许极限抗拉力均小于80kN/m。

4.根据权利要求1~3的任意一项所述的一种有效缩短高填方回填区域沉降期的施工方法，其特征在于所述加筋带（3）为高密度聚乙烯材质的双向土工格栅。