CN110080166B - 一种土工袋堤坝加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土工袋堤坝加固方法，采用土工袋加固沿河堤坝背水侧，在不占用土地的情况下拓宽了堤顶，拓宽后的堤顶铺设路面作为滨江景观道路使用，该方法的原理为：利用土工袋层间摩擦及嵌固作用、土工编织袋的滤水保土作用及土工袋对内部土体提供的附加凝聚力，提高堤坝的抗滑、抗渗流稳定性与竖向承载力。因此，该方法不仅能够在不占用土地的条件下提高堤坝的稳定性，还增加了堤坝作为滨江道路的用途。土工袋内装填材料可采用现场开挖弃土或附近城市渣土等，从而化废为宝，使其成为再生资源。

Description

一种土工袋堤坝加固方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种土工袋堤坝加固方法。
背景技术：
堤防工程是指沿河、渠、湖、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物。按建筑材料可分为：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。世界各国堤防以土堤最多，就地取材修筑，结构简单，多为梯形断面。
多年来，堤坝加固问题一直是水利工程施工中重要的环节。随着中国城市化率的迅速提高和农村经济的大为发展，城市防洪标准也在逐步提高，许多已建堤坝已经不能满足城市防洪要求，大量城市堤坝需要加固和防护。现有的堤坝加固措施有堤坡戗台，填塘压渗，堤身灌浆等。堤坡戗台方法可以增加堤坝稳定性，降低滑动和渗流破坏可能性，但占用土地资源较多。堤身灌浆的方法可有效提高堤坝强度，然而工程消耗水泥量大，造价较高。因此，为降低工程成本，减少土地资源占用，亟需寻找一种新的堤坝加固方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土工袋堤坝加固方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种土工袋堤坝加固方法，该方法包括如下步骤：
根据原堤坝结构确定堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值；
预设堤坝加固结构和方式；
通过摩擦试验确定土工袋层间等效摩擦系数；
通过查阅资料确定原堤坝填料的有效内摩擦角和有效粘聚力；
根据等效摩擦系数、有效内摩擦角和有效粘聚力得出堤坝边坡抗滑稳定安全系数并与堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值进行比较，最终确定可靠的堤坝边坡加固结构和方式及其抗滑稳定安全系数；
根据最终确定的堤坝加固结构和方式进行施工。
优选的，所述堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值的确定方法为：
根据堤坝工程等级及工程损坏后可能造成的破坏后果进行确定。
优选的，所述堤坝加固结构和方式的预设方法包括如下步骤：
通过原堤坝结构、工程规模、场地条件、施工组织、施工设备和施工人员预先设定一种或多种适合的土工袋加固结构；
根据加固结构设计最佳加固施工方式。
优选的，所述摩擦试验方法包括如下步骤：
根据预设堤坝加固结构和方式进行不同的编织袋材料、不同的袋内材料及不同的排列方式的土工袋摩擦试验。
优选的，所述堤坝边坡抗滑稳定安全系数的计算公式为：
Figure BDA0002011451760000021
式中：
Fs为抗滑稳定安全系数；
Wi为圆弧段第i个土条(包括土体与土工袋)的重量(kN)；Wj为水平段第j个土条(土工袋)的重量(kN)；bi为圆弧段第i个土条的宽度(m)；q为边坡顶部均布荷载(kN/m)；c’i为圆弧段第i个土条的有效粘聚力(kN/m2)；
Figure BDA0002011451760000031
为圆弧段第i个土条的有效内摩擦角(°)；ui为圆弧段第i个土条所受到的孔隙水压力(kN/m2)；μ为土工袋层间等效摩擦系数；li为圆弧段第i个土条底面长度(m)；αi为圆弧段第i个土条底面与水平面夹角(°)；β为直线OB与土工袋层间水平滑动面法线的夹角(°)。
优选的，所述堤坝边坡抗滑稳定安全系数最终值的确定方法包括如下步骤：
将堤坝边坡抗滑稳定安全系数与堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值进行比较；
如果堤坝边坡抗滑稳定安全系数大于或等于堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值，则根据预设堤坝加固结构和方式进行施工；
否则重新预设堤坝加固结构和方式，直至获得可靠的堤坝边坡抗滑稳定安全系数。
优选的，所述施工方法包括如下步骤：
在原堤坝背水侧沿开挖线分级开挖施工面，并对坡面进行整平夯实；
土工袋制备，编织袋采用添加抗紫外线助剂的聚乙烯塑料编织袋，采用机械或人工装填土工袋；
土工袋铺设与碾压，土工袋自下而上逐层铺设，交错排列；
每铺设一层须采用平板振动夯整平压实，以使土工袋袋体发挥张力；
铺设土工袋至堤顶后，在堤顶铺设路面。
优选的，土工袋加固部分的边界不超过原堤坝坡脚线。
优选的，所述土工袋的袋内材料采用现场开挖弃土、城市渣土、建筑废料或无污染的固体废弃物，最大粒径应小于土工袋成型厚度的1/3，且不能有尖锐棱角。
本发明的优点在于：
(1)提高了堤防的抗滑和抗渗稳定性，使堤坝在河水漫顶后仍然具有一定的稳定性，提高了堤防工程的防洪水平；
(2)利用现场开挖弃土，或城市渣土、建筑废料等无污染的固体废弃物装填土工袋，使其得到了有效的再生利用，是一项节能环保工程；
(3)拓宽了堤顶，增大了堤顶的面积，可加宽堤顶公路，方便交通；
(4)相较于传统工程造价低，袋子成本低廉，袋内材料可因地制宜，就地取材，施工简便，工期短。
附图说明
图1为本发明的土工袋堤坝加固结构示意图。
图2为本发明中堤坝边坡抗滑稳定安全系数的原理示意图。
其中：1-原堤坝，2-开挖线，3-土工袋，4-原堤坝坡脚线，5-沥青路面，6-面层，7-基层。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图2所示，一种土工袋堤坝加固方法，加固后的堤坝兼具堤坝与滨江景观道路的作用。图中原堤坝1为土堤，坡度较缓，堤顶宽度较窄，存在渗透及滑动破坏隐患。采用土工袋技术对堤坝背水侧进行加固处理，优选土工袋3尺寸为100cm*100cm*30cm，堤坝分三级开挖，沿开挖线2分别铺设1～3列土工袋3，土工袋3最外侧轮廓不超过原堤坝坡脚线4，以保证在不占用土地的情况下加固堤坝。坝顶铺设沥青路面5包括面层6与基层7，面层优选表面平整、无接缝、养护简单的沥青混凝土路面，基层优选强度高、抗渗性好的水泥稳定碎石基层。
具体施工方案如下：
(a)开挖清理基面，并对坡面进行整平夯实，坡脚应根据地形、地质、边坡稳定及地基整体稳定等要求进行适当的防护与处理。
(b)土工袋制备，编织袋采用添加抗紫外线助剂的聚乙烯塑料编织袋，采用机械或人工装填土工袋。袋内材料优先采用现场开挖弃土，也可采用城市渣土、建筑废料等无污染的一般固体废弃物，最大粒径不宜大于土工袋厚度的1/3，且袋内材料颗粒不应有尖锐棱角。土工袋封口高度为3～5cm，要求封口不能有漏缝、错缝的现象出现，缝口所用的线强度不低于编织袋的径向抗拉强度。
(c)土工袋自下而上逐层铺设，上下层土工袋铺设应错缝施工；每铺设一层须采用平板振动夯整平压实，或采用轻型的碾压设备静碾1～2遍，以使土工袋袋体发挥张力。
(d)重复以上步骤，进行下一层土工袋的铺设。
(e)铺设土工袋至堤顶后，在堤顶铺设沥青路面5，先铺设水泥稳定碎石基层7，后铺设沥青混凝土面层6。
基于上述，该种土工袋堤坝加固方法的原理如下：上下层土工袋之间交错布置，层间具有摩擦及嵌固作用，从而提高了堤坝的抗滑稳定性；
利用土工编织袋的保土滤水作用，可提高堤坝的抗渗流稳定性，降低管涌、流土风险；
土工袋在受到上部荷载作用下，袋子张力会给袋内土体提供一个附加凝聚力，从而提高堤坝整体强度及竖向承载力。
采用土工袋加固堤坝不仅可以提高其抗滑、抗渗流稳定性，还可以提高其竖向承载力，因此，加固后的堤坝也可作为滨江景观道路使用。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
根据原堤坝结构确定堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值；
预设堤坝加固结构和方式；
通过摩擦试验确定土工袋层间等效摩擦系数；
通过查阅资料确定原堤坝填料的有效内摩擦角和有效粘聚力；
根据等效摩擦系数、有效内摩擦角和有效粘聚力得出堤坝边坡抗滑稳定安全系数，并与堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值进行比较，最终确定堤坝边坡加固结构和方式及其抗滑稳定安全系数；
根据最终确定的堤坝加固结构和方式进行施工。
2.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值的确定方法为：
根据堤坝工程等级及工程损坏后造成的破坏后果进行确定。
3.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述堤坝加固结构和方式的预设方法包括如下步骤：
通过原堤坝结构、工程规模、场地条件、施工组织、施工设备和施工人员预先设定一种或多种适合的土工袋加固结构；
根据加固结构设计加固施工方式。
4.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述摩擦试验的方法包括如下步骤：
根据预设堤坝加固结构和方式进行不同的编织袋材料、不同的袋内材料及不同的排列方式的土工袋摩擦试验。
5.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述堤坝边坡抗滑稳定安全系数的计算公式为：
Figure FDA0002697957810000021
式中：
Fs为抗滑稳定安全系数；
Wi为圆弧段第i个土条的重量，第i个土条包括土体与土工袋，重量的单位为kN；Wj为水平段第j个土条的重量，第j个土条为土工袋，重量的单位为kN；bi为圆弧段第i个土条的宽度，宽度的单位为m；q为边坡顶部均布荷载，载荷的单位为kN/m；c'i为圆弧段第i个土条的有效粘聚力，有效粘聚力的单位为kN/m2；
Figure FDA0002697957810000022
为圆弧段第i个土条的有效内摩擦角，有效内摩擦角的单位为°；ui为圆弧段第i个土条所受到的孔隙水压力，孔隙水压力的单位为kN/m2；μ为土工袋层间等效摩擦系数；li为圆弧段第i个土条底面长度，长度的单位为m；αi为圆弧段第i个土条底面与水平面夹角，夹角的单位为°；β为直线OB与土工袋层间水平滑动面法线的夹角，夹角的单位为°。
6.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述堤坝边坡加固结构和方式及其抗滑稳定安全系数最终值的确定方法包括如下步骤：
将堤坝边坡抗滑稳定安全系数与堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值进行比较；
如果堤坝边坡抗滑稳定安全系数大于或等于堤坝边坡抗滑稳定安全系数最小允许值，则根据预设堤坝加固结构和方式进行施工；
否则重新预设堤坝加固结构和方式，直至获得堤坝边坡抗滑稳定安全系数。
7.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述根据最终确定的堤坝加固结构和方式的施工方法包括如下步骤：
在原堤坝背水侧沿开挖线分级开挖施工面，并对坡面进行整平夯实；
土工袋制备，编织袋采用添加抗紫外线助剂的聚乙烯塑料编织袋，采用机械或人工装填土工袋；
土工袋铺设与碾压，土工袋自下而上逐层铺设，交错排列；
每铺设一层须采用平板振动夯整平压实，以使土工袋袋体发挥张力；
铺设土工袋至堤顶后，在堤顶铺设路面。
8.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：土工袋加固部分的边界不超过原堤坝坡脚线。
9.根据权利要求1所述的一种土工袋堤坝加固方法，其特征在于：所述土工袋的袋内材料采用现场开挖弃土、城市渣土或建筑废料，最大粒径应小于土工袋成型厚度的1/3，且不能有尖锐棱角。
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