CN111424739A - 用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构及其施工方法，包括：高强土工布、粘性渣土层、表面防护层袋装渣土层和防崩塌袋装渣土层，高强土工布设于冲刷坑底部，粘性渣土层设于高强土工布内，表面防护层袋装渣土层设于粘性渣土层上方，防崩塌袋装渣土层环套于表面防护层袋装渣土层上。本发明与传统技术相比，将建筑垃圾中的渣土和冲刷坑防护进行结合，节省不可再生的碎石和块石用料，提高了生态效果和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及冲刷防护技术领域，具体涉及用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构及其施工方法。
背景技术
在潮汐河口或者海湾中建设桥梁时，桥墩基础受到水流等作用，水流动力行近至桥墩附近时，水流三维边界层分离产生了高强度的水流紊动和旋涡，导致桥墩周围产生局部冲刷，对桥梁基础稳定影响很大，需要开展局部冲刷防护。目前常用的防护材料有碎石、块石或人工块体等，这些砂石料、水泥材料均为不可再生资源，且随着环保政策的收紧，原料供应有限，价格也越来越高，对工程造价、进度都造成较大制约；尤其是对已建桥墩基础冲刷坑的防护，需保护桥墩的防腐蚀结构，传统的碎石、块石均为硬质结构，施工抛填过程中易对防腐蚀结构造成破坏，造成难以挽回的结构安全隐患。同上，在航道整治工程中整治建筑物如丁坝、顺坝等坝头区域，也遭受三面水流的冲刷，易形成局部深坑，目前一般采用块石回填，但成本高、供应紧缺，对类似工程实施也造成较大困难。
为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构及其施工方法，以克服现有技术所存在的缺点和不足。
用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构，包括：高强土工布、粘性渣土层、表面防护层袋装渣土层和防崩塌袋装渣土层，所述高强土工布设于冲刷坑底部，所述粘性渣土层设于高强土工布内，所述表面防护层袋装渣土层设于粘性渣土层上方，所述防崩塌袋装渣土层环套于表面防护层袋装渣土层上。
进一步，所述表面防护层袋装渣土层由5层袋装粘性渣土堆积而成，所述表面防护层袋装渣土层的厚度为1～2m。
进一步，所述防崩塌袋装渣土层由5～8层袋装粘性渣土堆积而成，所述防崩塌袋装渣土层宽度为10～16m。
用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构的施工方法，包括：
步骤1：在冲刷坑铺设高强土工布；
步骤2：将粘性渣土通过船机设备抛填至冲刷坑中，回填至周围海床面以下1～2m，形成粘性渣土层；
步骤3：将袋装的粘性渣土铺设在粘性渣土层上，形成1～2m厚度的表面防护层袋装渣土层；
步骤4：根据冲刷坑大小确定四周防崩层宽度，沿着表面防护层袋装渣土层的直径，通过抛填袋装的粘性渣土形成宽度10～16m米的防崩塌袋装渣土层。
本发明的有益效果：
本发明与传统技术相比，将建筑垃圾中的渣土和冲刷坑防护进行结合，节省不可再生的碎石和块石用料，提高了生态效果和经济性。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2高强土工布和粘性渣土层的组合结构示意图。
图3为本发明的俯视图。
图4为土体粒径分布曲线表。
附图标记：
高强土工布100、粘性渣土层200、表面防护层袋装渣土层300、防崩塌袋装渣土层400和冲刷坑500。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1～图3所示，用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构，包括：高强土工布100、粘性渣土层200、表面防护层袋装渣土层300和防崩塌袋装渣土层400，高强土工布100设于冲刷坑500底部，粘性渣土层200设于高强土工布100内，表面防护层袋装渣土层300设于粘性渣土层200上方，防崩塌袋装渣土层400环套于表面防护层袋装渣土层300上。
表面防护层袋装渣土层300由5层袋装粘性渣土堆积而成，表面防护层袋装渣土层300的厚度为1～2m。
防崩塌袋装渣土层400由5～8层袋装粘性渣土堆积而成，防崩塌袋装渣土层400宽度为10～16m。
用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构的施工方法，包括：
步骤1：在冲刷坑500铺设高强土工布100；
步骤2：将粘性渣土通过船机设备抛填至冲刷坑500中，回填至周围海床面以下1～2m，形成粘性渣土层200；
步骤3：将袋装的粘性渣土铺设在粘性渣土层200上，形成1～2m厚度的表面防护层袋装渣土层300；
步骤4：根据冲刷坑500大小确定四周防崩层宽度，沿着表面防护层袋装渣土层300的直径，通过抛填袋装的粘性渣土形成宽度10～16m的防崩塌袋装渣土层400。
本发明提出了用于强流条件下局部冲刷坑的复合回填材料及其施工方法。本发明回填材料包括用于冲刷坑回填的粘性渣土和用于表层防护的袋装粘性渣土两部分。其中粘性渣土采用城市建筑垃圾中的粘性渣土，并进行适当改良，控制含水率和保持一定的强度；袋装粘性渣土是采用高强编织袋装填粘性渣土制作，具有较好的抗冲刷性。
施工方法是首先将粘性渣土通过专用船机设备抛填至冲刷坑中，回填至周围海床面以下1～2m；然后回填袋装粘性渣土1～2m厚，在粘性渣土表层形成防护层。该复合回填材料具备一定强度且为柔性材料，能满足抗冲刷性要求，又不会对建筑物造成损坏，能很好的适应原海床泥面变形。同时，该回填材料充分利用城市建筑垃圾，解决了建筑垃圾消纳问题，实现了废弃物的资源化利用。
传统的冲刷坑防护材料一般采用袋装碎石+块石防护的方式。碎石和块石为不可再生资源，需要开山，不利于生态环境。另一方面，城市中产生的建筑垃圾中的含水量较大的粘性土处置难度较大、占用土地资源。通过将建筑垃圾中的渣土和冲刷坑防护进行结合，节省碎石和块石用料，生态效果和经济性高。
本发明开展回填材料适用性试验：
如图4所示，对拟采用的工程渣土进行取样试验，主要检测指标包括密度、含水率、液限、塑限及颗粒粒径或土体粒径分布曲线。对含水率较大、含有机质、杂质较多的材料进行必要改良，调整渣土含水率，确保施工可操作性，同时处理掉有害杂质，避免回填材料对工程区水域造成污染。
表1工程渣土基本物理参数表
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 含水率(％) | 液限(％) | 塑限(％) | d<sub>50</sub>(μm) |
| 1.78 | 51.4 | 39.5 | 21.3 | 10.4 |
在实施例1中，采用的工程渣土含水量＜60％，塑性指数＞18，颗粒级配中粒径小于0.005mm的黏性颗粒大于80％，具有极好的可塑性。
为保证袋装粘土形成可靠的防护层，分析冲刷坑形成的极端工况和冲刷坑回填的施工工况。如在2.5m/s流速下，经计算，可采用规格为50×90cm的袋体进行装填，形成重量＞60kg的散装块体。
在上述研究的基础上，通过技术经济分析提出一种新型的抗强流的冲刷复合坑回填材料和结构布置形式。
粘性渣土改良及袋装粘性渣土制作：
回填材料主要包括一定厚度粘性渣土进行冲刷坑回填和一定厚度的袋装粘性渣土表层防护层两部分。首先根据施工期水流特点，开展粘性渣土改良，确保改良后的粘性渣土具有施工便利性且满足施工期水流抗冲刷强度要求。然后开展袋装渣土制作，一般根据施工场所及周边交通设施条件确定。根据上述实验确定的袋体规模，机械缝制袋体，然后人工或机械装袋。
本发明冲刷坑回填施工：
冲刷坑回填施工主要包括粘性渣土进行冲刷坑回填和袋装粘性渣土表层防护层铺设两部分。改良后的粘性渣土可通过船泊运抵施工现场，采用开底驳或网兜的形式将一定体积的渣土抛填至冲刷坑内，然后及时开展上部防护层施工。袋装粘性渣土在码头后方陆域制作完成后，通过船舶运抵施工现场，在低流速下，采用溜槽定点投放施工，若采用网兜抛填需预留好漂移距离。表层防护层通常抛填5层袋装粘性渣土，每层0.2m，防护层总厚度约1m；根据冲刷坑大小确定四周防崩层宽度，通常取10m，抛填厚度取7层。
由于冲刷坑冲刷形成后，再回填填平冲刷坑，回填密实度无法保证，对桩基础的承载能力提高很有限，下部回填粘土将冲刷坑回填至设计警戒泥面以上，表层袋装粘性渣土防护层主要是发挥抵抗水流冲刷的防护作用，防止冲刷坑继续冲刷对桥梁桩基础造成破坏。回填区四周增加袋装粘土防崩层，可更好的适应河床变形，若回填区周边发生冲刷形成滑坡，袋装粘土可同步滑移形成坡面防护，具有可靠的防护效果。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。
Claims (4)
1.用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构，其特征在于，包括：高强土工布(100)、粘性渣土层(200)、表面防护层袋装渣土层(300)和防崩塌袋装渣土层(400)，所述高强土工布(100)设于冲刷坑(500)底部，所述粘性渣土层(200)设于高强土工布(100)内，所述表面防护层袋装渣土层(300)设于粘性渣土层(200)上方，所述防崩塌袋装渣土层(400)环套于表面防护层袋装渣土层(300)上。
2.根据权利要求1所述的用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构，其特征在于：所述表面防护层袋装渣土层(300)由5层袋装粘性渣土堆积而成，所述表面防护层袋装渣土层(300)的厚度为1～2m。
3.根据权利要求1所述的用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构，其特征在于：所述防崩塌袋装渣土层(400)由5～8层袋装粘性渣土堆积而成，所述防崩塌袋装渣土层(400)宽度为10～16m。
4.用于强流条件下局部冲刷坑的复合防护结构的施工方法，其特征在于，包括：
步骤1：在冲刷坑(500)铺设高强土工布(100)；
步骤2：将粘性渣土通过船机设备抛填至冲刷坑(500)中，回填至周围海床面以下1～2m，形成粘性渣土层(200)；
步骤3：将袋装的粘性渣土铺设在粘性渣土层(200)上，形成1～2m厚度的表面防护层袋装渣土层(300)；
步骤4：根据冲刷坑(500)大小确定四周防崩层宽度，沿着表面防护层袋装渣土层(300)的直径，通过抛填袋装的粘性渣土形成宽度10～16m的防崩塌袋装渣土层(400)。
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