CN105350511A - 一种围堤囊条、储水围堤及进行水堆载预压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木建筑工程技术领域，尤其涉及并公开了一种围堤囊条、储水围堤及水堆载预压的方法。一种围堤囊条，包括外层的水囊条，水囊条内注水形成注水层，水囊条内还设置气囊条，注水层水量与气囊条中气压平衡维持水囊条的饱满有型。一种储水围堤，包括两条横向隔离堤，纵向的底座，围堤囊条卧放于底座上，围堤囊条与隔离堤密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜，矩形结构与防水膜形成密封蓄水槽。一种水堆载预压方法，使用上述的储水围堤进行路堤的堆载预压。本发明的一种围堤囊条、储水围堤及水堆载预压方法，预压水荷载饱满，预压效果好，沉降与变形监控易进行，具有安全、环保、经济、操作性强和可循环利用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑工程技术领域，尤其涉及一种围堤囊条、储水围堤及进行水堆载预压的方法。
背景技术
沿海地区人多地少，经济发达，区内河网、水塘密集，土石方资源十分稀缺。近年来，为保护资源环境，多数采石场均已采取景观复绿并限制开挖，公路建设所需的土石方价格水涨船高。但在地基十分软弱的滨海区域，路堤填筑及其堆载预压颇为棘手，包含了一系列的工程难题，如路堤填筑易诱发土坡滑移、分层堆载预压的速率控制、预压期末土石方卸载、弃渣场的规划等。
深厚软基路堤堆载预压是一种常用的沉降变形控制实施方法，已广泛应用于工程实践。随着环境保护要求提升，土石方资源日益紧缺，一些经济发达地区率先提出了采用水囊袋堆载预压和土石围堰+覆水预压的技术方案，取得了一定的社会经济效益。但也存在以下问题：
1）水囊袋堆载预压属于非饱满型荷载，囊袋之间孔隙太多，而且堆载高度受限，分层叠放实施困难，而且囊袋用量大，并不经济。
2）土石围堰+覆水预压比囊袋技术节约了大量的防渗土工布面积，有效降低了材料成本。但是，施工区周边的围堤一般采用土石方一次修筑成型，然后采用膜布覆盖至围堤顶部，其围堤实施方案在软弱地基条件下一次成型也存在很多技术难题，如易滑移，沉降不均易开裂。
覆水预压形成的专利技术较早用于海涂围垦，徐望（2007）提出了一种“快速“立体高真空覆水预压”浅层软地基处理方法”（ZL200710172127.1），通过塑料排水板地基处理和地表水平排水层，将抽真空排出来的水注入土石方围堰内，形成覆水预压，加快地基的固结变形。采用本发明提供的方法处理软土地基，能达到既快又省的软地基处理的目的，还可以避免使用笨重的机械设备和砂垫层,降低施工成本。但该方法用于路堤填筑时，通过对地基抽真空形成附加荷载，施工时难以监督控制，而且土石方围堰的沉降变形和稳定控制依然未得到解决。
河海大学刘汉龙（2010）提出了一种吹填超软地基改性真空预压结合覆水预压快速处理方法（201010158412.X）。该方法基于传统的真空预压，提出了填海围涂区域施工设备和人员无法进入时采用的一种浮桥技术，同时结合抽真空覆水预压技术解决了海涂地基处理难题。该专利的围堤依然采用了土石堤坝技术，重力围堤的沉降变形和稳定控制依然未得到解决。
郑玮（2013）提出了一种用于桥梁支架预压的高空注水堆载系统（201310463560.6），用于桥梁支架搭设中，对排架整体稳定性检验的预压活动所进行的高空注水式结合砂包堆载的预压施工，可普遍适用于高架桥、大桥等箱梁排架施工及桥面加压作业，其结构简单，操作简便，节约成本，并且使用安全。为覆水预压代替传统砂包堆载提供了一种新思路。
徐士龙和徐望（2013）提出了一种改进的围堤覆水预压法（201310366001.3）。该方法提出在施工区域的外围用水袋或其他盛水容器做成围堤至所需覆水的高度，然后，在施工区域的上方铺设真空膜，对施工区域加水荷载，待被处理土体的固结程度满足设计要求时，停止施工，并将围堤内的水外排。该发明提出了水袋围堤型式，就地取材，比传统真空覆水预压成本有显著降低；具有一定的社会经济效益。但是，该方法仅仅提出了一种截面为梯形的水袋围堤形式，而并未考虑到软土地基路堤填筑至设计标高之后，安全系数也逐步接近临界值，堆载预压还需分步实施，后续加载过快很容易可能引起路堤滑移，甚至造成“一招失误，满盘皆输”的局面。围堤的结构形式、加载过程至关重要，是覆水预压安全实施的技术核心，而本专利并未述及。该发明提出的围堤一次堆载至设计标高，这一点在深厚软基的路堤堆载上是不允许的，也是不科学的，所以不符合施工过程的安全控制要求，或仅适用于海涂围垦或低矮路堤。
通常，在滨海深厚软土地基的路堤工程堆载预压实施过程中，路堤堆载高度一旦接近路床顶标高之后，路堤滑移安全系数开始接近危险区域，施工堆载速度往往需要有序放缓，而且每加载填筑1层（等效加载厚度20~30cm土石方），都需要实施沉降和变形监测，待路堤变形值在安全可控范围之后，方可继续分层堆载。在加载期末，每层堆载静置时间通常需7~30天，待沉降和变形收敛至设计提出的安全控制范围，方可继续堆载施工。
由此可见，若能将围堤轻型化，同时兼顾分步加载过程的新型围堤结构将更符合实际施工情况。因此，提出一种经济、安全、环保、可行的储水围堤及其水堆载预压实施方法是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种提出一种经济、安全、环保的适用于深厚软基路堤水堆载预压的围堤囊条、储水围堤及进行水堆载预压的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种用于储水的围堤囊条，包括外层的水囊条，水囊条内注水形成注水层，水囊条内还设置气囊条，注水层的水量与气囊条中的气压平衡维持水囊条的饱满有型。围堤囊条采用了气压与水压的平衡技术，确保囊条始终保持饱满的站立型式；同时又确保围堤囊条注水层水量增加时，气囊内不会产生过大的压力，从而保持囊条内部的应力平衡，保证囊条不会破裂。
作为优选，所述水囊条的横截面为圆形、方形或梯形。其多样的形状选择可适应不用的路基情况，避免软土地基路堤填筑至设计标高之后，后续加载过快可能引起的路堤滑移。
作为优选，还设置水管和气管，所述水管穿过水囊条囊壁，水管上还设置进水管道阀门、水表和排水阀；气管穿过水囊条和气囊条囊壁，气管上设置进气阀和排气阀。进水和排气是协调进行的，进水量开始最少，气量最多，分层进水逐渐增加，排气阀逐渐将适量的空气予以排放，始终保持水囊条饱满。
一种储水围堤，用于水堆载预压，使用任一种围堤囊条，包括设置在路堤顶面的两条横向隔离堤，路堤顶面两侧设置纵向的底座，围堤囊条卧放于底座上，围堤囊条与隔离堤密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜，矩形结构与防水膜形成密封蓄水槽，预压水分层注入蓄水槽内实施水堆载预压。将围堤囊条作为储水围堤的边，能有效将围堤轻型化，同时能有效结合路堤的加载过程，通过气囊条与围堤内注水体积的平衡协调，有序实现围堤重量适时调整，从而达到围堤加载重量与围堤内侧围堰内水载的平衡与协调之工程目标。
作为优选，所述围堤囊条内注水层水位随预压水分步加载而逐步增高，注水层水位比预压水水位高20-50cm。能使围堤加载重量与围堤内侧密封槽内预压水达到压力平衡，能较好地维持围堤囊条与蓄水池的密封稳定状态。
作为优选，所述蓄水槽四个角内设有重力锚，围堤囊条相应位置设有吊环，吊环与重力锚之间用绳索进行连接。避免预压水加载过程中囊条产生滚动和侧滑，保证蓄水池的密封稳定。
作为优选，所述防水膜四周具有折叠边。适应路床变形拉张的要求，减少防水膜的张力，避免防水膜破裂。
一种水堆载预压实施方法，运用权利要求4-6所述的任一种储水围堤，包括如下步骤：
1）深厚软基地基处理，铺设地表排水垫层及土工织物、埋设沉降与变形监测设施，自下而上分层土石方堆载并做好变形监测与控制、路堤之上设置高度标识；
2）建造横向隔离堤，铺设纵向的围堤底座，将围堤囊条纵向展开放置在围堤底座上并充气使其饱满有型，围堤囊条与隔离堤密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜，矩形结构与防水膜形成密封蓄水槽，围堤囊条和蓄水槽内同步注水30cm，检查围堤囊条、蓄水槽的密封情况；
3）自下而上多次分层注水加载直至设计加载高度，实施路堤的堆载预压，每次水荷载加载高度宜控制为50~60cm，结合变形监测，按设计要求确定水荷载加载时间，围堤囊条与蓄水槽内同步注水，注水层水位比预压水水位高20-50cm，排气阀控制一定的压力，将相应的空气排出气囊条，确保围堤囊条始终饱满有型；
4）维持水堆载预压至设计的预压期，每日测量蓄水槽内水深，如不足预定高度，则及时开动水泵注水加载至预定水位高度；
5）预压期末，路堤沉降变形收敛至设计要求的许可范围之后，水堆载预压设施进行卸载，卸载时采用倒虹吸将水排放至路堤坡脚外的排水沟。
作为优选，步骤1）和步骤2）之间还包括在路堤顶面的一侧设置临时通道的步骤，临时通道按设计要求进行土石方堆载预压填筑。为沿线材料运输和梁板运输提供便利，保障路基施工期间安全通畅。
作为优选，步骤5）之后还包括施工路面、护栏、标志、标线等附属设施，清理施工场地，交付使用的步骤。
本发明的一种围堤囊条、储水围堤及运用其进行水堆载预压的方法，适用于深厚软基路堤的水堆载预压，使用的围堤囊条在分层水堆载预压过程中，注水层相应地进行水加载，利用注水层与气囊条气压的平衡保持预压过程中预压密封结构的稳定，其形成的预压水荷载饱满，预压效果好，在此过程中也便于进行沉降与变形监控，具有较强的实用性和可操作性。而且此方法不使用土石方预压，有利于节约土石方，减少山地开挖和植被破坏，避免了由于使用土石方而需要的堆载卸载过程的上下反复搬运，减少了预压期末弃渣土的征地堆放，有利于节约土地资源，因而能降低工程造价，节约工期，保护环境，而且能有效减低路堤填筑引起的滑移风险，有利于提升路堤施工期安全的可控稳定性，能适用于滨海地基软弱的路基堆载预压，具有安全、环保、经济、操作性强和可循环利用的优点。
附图说明
图1为本发明所述围堤囊条实施例的截面示意图。
图2为本发明所述储水围堤实施例的结构示意图。
图3为本发明所述水堆载预压实施方法的路基截面图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种用于储水的围堤囊条，如附图1所示，包括外层的水囊条1，水囊条1内注水形成注水层2，水囊条1内还设置气囊条3，注水层2的水量与气囊条3中的气压平衡维持水囊条1的饱满有型。水囊条1的横截面为圆形，围堤囊条还设置水管4和气管5，水管4穿过水囊条1囊壁，水管4上还设置进水管道阀门6、水表7和排水阀8；气管5穿过水囊条1和气囊条3囊壁，气管5上设置进气阀9和排气阀10。
一种储水围堤，用于水堆载预压，如附图2所示，使用围堤囊条12，包括设置在路堤13顶面的两条横向隔离堤11，路堤13顶面两侧设置纵向的底座14，围堤囊条12卧放于底座14上，围堤囊条12与隔离堤11密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜15，矩形结构与防水膜15形成密封蓄水槽，预压水16分层注入蓄水槽内实施水堆载预压。
围堤囊条12内注水层2水位随预压水16分步加载而逐步增高，注水层2水位比预压水16水位高20-50cm。蓄水槽四个角内设有重力锚17，围堤囊条12相应位置设有吊环18，吊环18与重力锚17之间用绳索19进行连接。防水膜15四周具有折叠边20。
一种水堆载预压实施方法，运用储水围堤，如附图3所示，包括如下步骤：
1）深厚软基地基处理：现场施工放样，清理施工场地的地表植被，场地平整，并按照设计要求打设塑料排水板或复合地基桩23，铺设地表排水垫层24及土工织物22、埋设沉降与变形监测设施，自下而上分层土石方堆载，每层厚度宜为30-50cm，逐层机械碾压密实，并按设计要求做好变形监测与控制、路堤13之上设置高度标识；
2）按照实施组织要求，施工临时通道21，临时通道21大约4-6米宽，并按设计要求进行土石方堆载预压填筑；建造横向隔离堤11，铺设纵向的围堤底座14，将围堤囊条12纵向展开放置在围堤底座14上并充气使其饱满有型，围堤囊条12与隔离堤11密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜15，矩形结构与防水膜15形成密封蓄水槽，蓄水槽四个角内设有重力锚17，围堤囊条12相应位置设有吊环18，吊环18与重力锚17之间用绳索19进行连接。防水膜15四周具有折叠边20。围堤囊条12和蓄水槽内同步注水30cm，检查围堤囊条12、蓄水槽的密封情况；
3）自下而上多次分层注水加载直至设计加载高度，实施路堤13的堆载预压，每次水荷载加载高度宜控制为50~60cm，结合变形监测，按设计要求确定水荷载加载时间，围堤囊条12与蓄水槽内同步注水，注水层2水位比预压水16水位高20-50cm，排气阀10控制一定的压力，将相应的空气排出气囊条3，确保围堤囊条12始终饱满有型；
4）维持水堆载预压至设计的预压期，预压期一般为3-12月，每日测量蓄水槽内水深，如不足预定高度，则及时开动水泵注水加载至预定水位高度；
5）预压期末，路堤沉降变形收敛至设计要求的许可范围之后，水堆载预压设施进行卸载，卸载时采用倒虹吸将水排放至路堤13坡脚外的排水沟。禁止直接在路堤13顶部漫流排放水负载，以避免诱发新的工程灾害。
之后施工路面、护栏、标志、标线等附属设施，清理施工场地，交付使用。
综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (10)
1.一种用于储水的围堤囊条，其特征在于：包括外层的水囊条（1），水囊条（1）内注水形成注水层（2），水囊条（1）内还设置气囊条（3），注水层（2）的水量与气囊条（3）中的气压平衡维持水囊条（1）的饱满有型。
2.根据权利要求1所述的一种用于储水的围堤囊条，其特征在于：所述水囊条（1）的横截面为圆形、方形或梯形。
3.根据权利要求1所述的一种用于储水的围堤囊条，其特征在于：还设置水管（4）和气管（5），所述水管（4）穿过水囊条（1）囊壁，水管（4）上还设置进水管道阀门（6）、水表（7）和排水阀（8）；气管（5）穿过水囊条（1）和气囊条（3）囊壁，气管（5）上设置进气阀（9）和排气阀（10）。
4.一种储水围堤，用于水堆载预压，使用如权利要求1-3所述的任一种围堤囊条（12），其特征在于：包括设置在路堤（13）顶面的两条横向隔离堤（11），路堤（13）顶面两侧设置纵向的底座（14），围堤囊条（12）卧放于底座（14）上，围堤囊条（12）与隔离堤（11）密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜（15），矩形结构与防水膜（15）形成密封蓄水槽，预压水（16）分层注入蓄水槽内实施水堆载预压。
5.根据权利要求4所述的一种储水围堤，其特征在于：所述围堤囊条（12）内注水层（2）水位随预压水（16）分步加载而逐步增高，注水层（2）水位比预压水（16）水位高20-50cm。
6.根据权利要求4所述的一种储水围堤，其特征在于：所述蓄水槽四个角内设有重力锚（17），围堤囊条（12）相应位置设有吊环（18），吊环（18）与重力锚（17）之间用绳索（19）进行连接。
7.根据权利要求4所述的一种储水围堤，其特征在于：所述防水膜（15）四周具有折叠边（20）。
8.一种水堆载预压实施方法，运用权利要求4-6所述的任一种储水围堤，其特征在于：包括如下步骤：
1）深厚软基地基处理，铺设地表排水垫层及土工织物、埋设沉降与变形监测设施，自下而上分层土石方堆载并做好变形监测与控制、路堤之上设置高度标识；
2）建造横向隔离堤，铺设纵向的围堤底座，将围堤囊条纵向展开放置在围堤底座上并充气使其饱满有型，围堤囊条与隔离堤密封连接围合形成矩形结构，矩形结构底部铺设至少一层防水膜，矩形结构与防水膜形成密封蓄水槽，围堤囊条和蓄水槽内同步注水30cm，检查围堤囊条、蓄水槽的密封情况；
3）自下而上多次分层注水加载直至设计加载高度，实施路堤的堆载预压，每次水荷载加载高度宜控制为50~60cm，结合变形监测，按设计要求确定水荷载加载时间，围堤囊条与蓄水槽内同步注水，注水层水位比预压水水位高20-50cm，排气阀控制一定的压力，将相应的空气排出气囊条，确保围堤囊条始终饱满有型；
4）维持水堆载预压至设计的预压期，每日测量蓄水槽内水深，如不足预定高度，则及时开动水泵注水加载至预定水位高度；
5）预压期末，路堤沉降变形收敛至设计要求的许可范围之后，水堆载预压设施进行卸载，卸载时采用倒虹吸将水排放至路堤坡脚外的排水沟。
9.根据权利要求8所述的一种水堆载预压实施方法，其特征在于：步骤1）和步骤2）之间还包括在路堤顶面的一侧设置临时通道的步骤，临时通道按设计要求进行土石方堆载预压填筑。
10.根据权利要求8所述的一种水堆载预压实施方法，其特征在于：步骤5）之后还包括施工路面、护栏、标志、标线等附属设施，清理施工场地，交付使用的步骤。
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