CN111305027A - 岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法及修复结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，包括在稳定土层上挖一边坡并形成一环圈平台，环圈平台上绕设一圈围堰，在围堰顶部架设一浇注混凝土板，并在浇注混凝土板上方依次回填泡沫混凝土和碎石层，在碎石层上方铺设路面材料。与现有技术相比，本发明提供的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法及修复结构可用于地下溶洞顶坍塌引发的道路路面塌陷处治，且地下溶洞深度大于10m无法进行回填处理的情况。同样适用于类似原因引发的建筑物地面塌陷处理。

Description

岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法及修复结构

技术领域

本发明属于道路路基路面塌陷修复施工领域，具体涉及一种地下溶洞坍塌引起的道路路面塌陷修复施工方法及其结构。

背景技术

岩溶塌陷是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然/人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。岩溶地区地面塌陷是一种较为常见的不良地质现象。引起塌陷的原因往往是由于岩溶地区地下普遍存在土洞，土洞埋藏浅、分布密、发育快，顶部土体强度低，它们对建筑物的稳定性影响很大，不同程度地威胁着建筑物的安全和正常使用。

据了解，岩溶地区的公路、铁路或市政道路，其路基不可避免经过地下溶洞区，道路通车运营后，由于各种降雨、水管泄漏和地下水作用导致地下溶洞或地基突然坍塌，道路路面随即塌陷形成较大空洞——塌井，塌井壁陡较平直，在空间上与地面垂直(如图1所示)，塌井通往地底深处。为防止路面塌陷对道路行人和车辆产生巨大的安全威胁，道路塌陷区域必须进行修复施工。针对道路路面塌陷的修复施工，目前主要采用的是针对沉陷的软弱路基先注浆后回填的施工方法，但由于地下溶洞或类似原因引发的建筑物地面塌陷区域较深，现有的路面塌陷修复方法修复岩溶地区的路面塌陷的效果较差或无效果。因此，有必要提出一种快速而有效的岩溶区路面塌陷的修复施工方法及修复结构。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，可快速修复岩溶区路面坍塌区域路面。

岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，包括如下步骤：

步骤a)清除路面塌陷区域的松土，在塌陷区域边缘的稳定土层上挖一台阶型边坡，在边坡底部与塌腔之间夯实一环圈平台；

步骤b)在环圈平台外围垂直打入一圈围堰；

步骤c)在步骤b所得围堰顶部架设一浇注混凝土板；

步骤d)在步骤c所得浇注混凝土板上方回填泡沫混凝土至原道路路面结构层底面以下50cm；

步骤e)在泡沫混凝土上填筑50cm厚的碎石层，并碾压密实；

步骤f)在碎石层上铺筑与原道路路面结构层类型相同的路面材料。

优选地，所述围堰由钢板桩围绕而成，每个钢板桩上均有锁口，相邻钢板桩之间通过锁口连接，各锁口之间采用富纤维棉絮进行塞缝。

更优选地，所述钢板桩的投影面为一开口的梯形。

进一步，相邻钢板桩排列方向相反。

更优选地，所述钢板桩固定连接至少一注浆管，向注浆管高压注浆。

进一步，所述注浆管垂直于路面，并与围堰等高。

更进一步，所述钢板桩的锁口活动连接。

优选地，所述浇注混凝土板的制作过程为：平行铺设若干U型槽钢，所述槽钢的槽口竖直朝向路面，所述槽钢之间面接触，向槽钢的槽口浇筑快凝混凝土，快凝混凝土填充在槽钢内，并高于槽钢10-30cm，形成浇注混凝土板。

更优选地，相邻槽钢之间通过螺栓两两相连。

本发明的另一目的在于提供一种用于上述岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法的修复结构，所述该修复结构包括塌腔的塌井上部两侧稳定土层边缘的台阶型边坡和边坡底部的环圈平台，所述环圈平台的平面设有一圈围堰，所述围堰上方架设有一浇注混凝土板，所述浇注混凝土板上方依次为泡沫混凝土、碎石层和原道路路面结构层。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述浇注混凝土板包括若干槽钢和灌注在槽钢内的快凝混凝土，所述槽钢的两端架设于围堰相对的两端的顶部，所述围堰顶部侧面与槽钢底面之间通过角钢固定连接。

所述围堰埋入环圈平台下2～4m或支撑在地下岩层上。

所述泡沫混凝土的强度等级大于C1.0，干密度小于700kg/m³。

所述边坡的每个台阶高度在50～80cm之间。

与现有技术相比，本发明的主要创新点如下：

1.新型的浇注混凝土板作为路面结构与地下溶洞的分层：

(1)利用桥梁结构的优势，通过将用于桥梁工程的梁体用于路面和地下溶洞之间的承压结构，较现有的路面修复结构更安全，非常适用于比一般塌陷路段危险的岩溶区路面塌陷区域；

(2)利用制作过程简单的浇注混凝土板代替工艺复杂的梁体，适用于快速修复路面的工况与生活需求；

(3)与常规浇注混凝土板不同的是，本发明提供的浇注混凝土板是将槽钢作为浇筑混凝土的模板，节省了制作模板的时间和费用，相应加快了施工进度；

(4)作为浇注混凝土板的模板，槽钢由于其较大的拉应力承受性能，相同环境下，它的承载力优于组合梁，且施工方便。

2.将围堰应用于岩溶区地下溶洞的防水层及架设基础：

(1)围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构，多用于水深4m以上，河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性粘土，风化岩层等基础工程，本发明利用围堰的防水、维护作用，可有效隔断地下水的流动，避免路基沉降再次引发路面塌陷，防止岩溶区的地下水渗透等难以解决的岩溶区特殊地质的坍塌问题；

(2)钢板桩锁扣成整体支撑在稳定土层或岩石上，具有支撑作用，利用环圈平台形成一施工平台后，将钢板桩相互联接成一圈增加它的整体承载力，不会因为单根桩的沉降或局部变形而影响整体结构，可利用钢板桩作为浇注混凝土板的基础；

(3)将注浆管固定在钢板桩侧面，既可以加强钢板桩的承载能力，又可以通过注浆对其周围的土层起夯实作用，减缓地下水的流动。

3.回填泡沫混凝土：

(1)泡沫混凝土具有密度小、质量轻、强度较高、造价相对较低的优点，一般在对强度要求不太高的结构中用作充填材料，另外，它在施工灌注过程中不需要捣固，也不需要压实，施工速度比回填混凝土和普通土速度快。考虑泡沫混凝土的这些优点，把它用在本申请中，可以达到施工进度快、对下部结构影响小(重量轻)、承载力适当的要求，利用了泡沫混凝土解决工程沉降问题的优点；

(2)与回填一般砂土或粘土相比，回填泡沫混凝土同时具有较高的强度和较低的密度；

(3)与回填普通混凝土相比，回填泡沫混凝土的成本更低。

本发明适用于地下溶洞顶坍塌引发的道路路面塌陷处治，且地下溶洞深度大于10m无法进行回填处理的情况，同样适用于类似原因引发的建筑物地面塌陷处理。其中，钢板桩支撑在稳定土层中，钢板桩侧面的注浆管对桩周围土层进行注浆可加固土层，并提高钢板桩与周围土的摩擦力，从而提高钢板桩的承载力。钢板桩与其上的浇注混凝土板既封闭了地下溶洞，又能共同承受上部荷载作用。回填泡沫混凝土既能减轻自身重量，不至于对组合板产生太大压力，自身又具有一定的抗压强度承受上部路面结构及行车荷载压力。塌腔周围台阶型边坡可防止回填泡沫混凝土与周围土层的位移以避免差异沉降，从而保证重新铺筑路面结构的稳定。

与常规注浆和充填方法相比，本发明的优点及效果如下：

1.本专利方法施工速度快，体现在：钢板桩打入速度快，槽钢平铺后螺栓连接然后与钢板桩焊接快速度快，浇筑快凝混凝土和泡沫混凝土速度快。整个施工工期仅需3-5天。而常规注浆充填施工工期超过15天。

2.本方法处治效果好，体现在：钢板桩和组合板不但承载能力强，还可隔断地下水的流动，可避免路基沉降再次引发路面塌陷。修复后的路面可承受公路Ⅰ级汽车荷载，可达到一劳永逸的效果。

3.本方法采用常规施工设备和方法，施工工艺简单；相对全部充填混凝土，本方法或节约施工成本50％-70％。

4.本方法采用的修复结构整体稳定好，体现在：钢板桩侧面注浆既可加固桩周围土层，又可提高桩与土的摩擦力，从而提高钢板桩的承载力；钢板桩相互联接牢固，钢板桩与槽钢焊接，钢板桩和组合板整体受力，不会因为单根桩的沉降或局部变形而影响整体结构。

附图说明

图1为路面塌陷修复施工断面图；

图2为本发明提供的路面塌陷修复施工平面图；

图3为本发明提供的浇注混凝土板断面图；

图4为本发明提供的钢板桩截面图；

图5为本发明提供的钢板桩立体图；

图6为本发明提供的钢板桩横向连接图；

图7为本发明提供的钢板桩与槽钢连接大样图；

其中，1、稳定土层；2、边坡；3、环圈平台；4、围堰；5、注浆管；6、槽钢；7、浇注混凝土板；8、泡沫混凝土；9、原道路路面结构层；10、碎石层；11、坍塌线；12、塌腔；13、地下溶洞；14、塌陷区域边缘；15、角钢；16、螺栓；17、焊接面；18、快凝混凝土。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步具体的说明。

如图1～图7所示，本实施例中，岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法包括如下步骤：

第1步：为防止继续塌陷，先沿坍塌线11的走向清除路面塌陷区域的松土层，塌腔12周围沿塌陷区域边缘14开挖形成一台阶型边坡2(台阶型边坡可增加稳定土层与回填材料的摩擦力，防止回填材料与稳定土层产生沉降差)，塌腔底部形成2m宽的环圈平台3(即施工平台)，环圈平台3应在稳定土层1上；

第2步：取若干钢板桩备用，在每根钢板桩竖向全长焊接两根注浆管5，沿环圈平台3外围打入一圈钢板桩(即围堰4)，钢板桩之间互相锁口连接，采用富纤维棉絮在锁口间进行塞缝以防渗漏，然后通过注浆管5高压注浆加固钢板桩周围土层，钢板桩的埋入深度视下部岩土层地质情况确定；

第3步：在钢板桩顶水平铺设U型槽钢6，槽钢6底面朝下，沿一个方向平行密贴布置，槽钢6两端支撑在相对的钢板桩上，其长度视相对钢板桩间的距离确定，相邻槽钢6用螺栓16连接起来，形成整体，有利承受第5步制作的浇注混凝土板7上部荷载；

第4步：用角钢15把U型槽钢6端部和钢板桩顶部焊接，用于防止槽钢和钢板桩分离，以形成整体结构，焊接面17呈L型；

第5步：在槽钢6上方浇筑快凝混凝土18，快凝混凝土18下半部分填充在槽钢6内，上半部分高出槽钢10-30cm，槽钢6与快凝混凝土18形成浇注混凝土板7，浇注混凝土板7全覆盖住坍塌后出现的地下溶洞13；

第6步：在道路塌陷区域的浇注混凝土板7上方回填轻质高强泡沫混凝土8至原道路路面结构层9底面以下50cm；

第7步：在泡沫混凝土8上面填筑50cm厚的碎石，并碾压密实，形成碎石层10；

第8步：在碎石层10上铺筑与原道路路面结构层9类型相同的路面材料。

本实施例中，钢板桩与注浆管5等高。

本实施例中，钢板桩的投影面为一开口的倒梯形。

本实施例中，相邻钢板桩排列方向相反。

本实施例中，采用的岩溶区路面塌陷的修复结构包括塌腔上部两侧稳定土层1边缘的台阶型边坡2和边坡2底部的环圈平台3，环圈平台3上绕设一圈钢板桩(即围堰4)，相邻钢板桩之间通过锁口连接，在钢板桩上方铺设有一层浇注混凝土板7，浇注混凝土板7包括若干并排螺栓连接的槽钢6和灌注在槽钢6内的快凝混凝土18，每根槽钢6的两端均架设于钢板桩顶部，形成的浇注混凝土板7覆盖围堰4，钢板桩顶部侧面与槽钢6底面之间通过角钢16焊接，浇注混凝土板7上方依次为泡沫混凝土8、碎石层10和原道路路面结构层9。

本实施例中，钢板桩埋置于环圈平台3内2～4m或支撑在地下岩层上。

本实施例中，泡沫混凝土8的强度等级大于C1.0，干密度小于700kg/m³，确保重量轻的同时具有足够的强度。

本实施例中，台阶高度在50～80cm之间。

本实施例中，钢板桩采用U型，单根U型槽钢的高度大于15cm、宽度大于30cm且厚度大于5mm，浇注混凝土板的厚度应大于20cm且须根据跨度和上部荷载大小计算确定，普通混凝土标号应高于C30。

本实施例中，清除松土后的塌腔12周围台阶型边坡2应能保证边坡2的临时稳定，当稳定性较差时可喷射混凝土支护。

本实施例中，塌陷区域内的松土应全部清除，在稳定土层中开挖台阶型边坡，边坡在施工过程中应保持稳定。

本实施例中，采用角钢(即L型连接钢板)将钢板桩和U型槽钢焊接牢固。

本实施例中，快凝混凝土和泡沫混凝土中添加速凝剂和早强剂，以加快混凝土的凝固速度和提高其早期强度。

本实施例中，浇注混凝土板7的技术参数包括槽钢的厚度、高度及宽度，以及混凝土的厚度及标号根据道路车辆荷载大小、路面荷载、上部碎石填筑层荷载、泡沫混凝土荷载和组合板自身重量，采用结构分析软件进行计算确定，需满足承载力和变形要求确定。

本实施例中，钢板桩长度根据组合板传递下来的荷载和钢板桩的数量确定，通过计算钢板桩的单桩承载力，然后分析下部岩土的地质情况确定地基承载力和桩侧摩阻力，最后结合钢板桩侧面面积综合计算确定的钢板桩的长度。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤a)清除路面塌陷区域的松土，在塌陷区域边缘(14)的稳定土层(1)上挖一台阶型边坡(2)，在边坡(2)底部与塌腔(12)之间夯实一环圈平台(3)；

步骤b)在环圈平台(3)外围垂直打入一圈围堰(4)；

步骤c)在步骤b所得围堰(4)顶部架设一浇注混凝土板(7)；

步骤d)在步骤c所得浇注混凝土板(7)上方回填泡沫混凝土(8)至原道路路面结构层(9)底面以下50cm；

步骤e)在泡沫混凝土(8)上填筑50cm厚的碎石层(10)，并碾压密实；

步骤f)在碎石层(10)上铺筑与原道路路面结构层(9)类型相同的路面材料。

2.根据权利要求1所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述围堰(4)由钢板桩围绕而成，每个钢板桩上均有锁口，相邻钢板桩之间通过锁口连接，各锁口之间采用富纤维棉絮进行塞缝。

3.根据权利要求2所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述钢板桩的投影面为一开口的梯形。

4.根据权利要求3所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，相邻钢板桩排列方向相反。

5.根据权利要求2所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述钢板桩固定连接至少一注浆管(5)，向注浆管(5)高压注浆。

6.根据权利要求5所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述注浆管(5)垂直于路面，并与围堰(4)等高。

7.根据权利要求6所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述钢板桩的锁口活动连接。

8.根据权利要求1所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法，其特征在于，所述浇注混凝土板(7)的制作过程为：平行铺设若干U型槽钢(6)，所述槽钢(6)的槽口竖直朝向路面，所述槽钢(6)之间面接触，向槽钢(6)的槽口浇筑快凝混凝土(18)，快凝混凝土(18)填充在槽钢(6)内，并高于槽钢(6)10-30cm，形成浇注混凝土板(7)。

9.一种用于权利要求1～8所述的岩溶区路面塌陷的快速修复施工方法的修复结构，其特征在于，包括塌腔(12)的塌井上部两侧稳定土层(1)边缘的台阶型边坡(2)和边坡(2)底部的环圈平台(3)，所述环圈平台(3)的平面设有一圈围堰(4)，所述围堰(4)上方架设有一浇注混凝土板(7)，所述浇注混凝土板(7)上方依次为泡沫混凝土(8)、碎石层(10)和原道路路面结构层(9)。

10.根据权利要求9所述的修复结构，其特征在于，所述浇注混凝土板(7)包括若干槽钢(6)和灌注在槽钢(6)内的快凝混凝土(18)，所述槽钢(6)的两端架设于围堰(4)相对的两端的顶部，所述围堰(4)顶部侧面与槽钢(6)底面之间通过角钢(15)固定连接。

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