CN113338315A - 一种淤泥质软土地基土石围堰结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种淤泥质软土地基土石围堰结构及其施工方法，包括如下步骤：S1、从河床一岸或两岸的进占起始端部对戗堤底部抛石挤淤复合区(1)和其顶部的戗堤进行填筑施工，戗堤底部抛石挤淤复合区(1)循环施工直至河床截流，戗堤的填筑高度高于软土基础表面区(12)；本发明可解决水下施工淤泥质软土地基上围堰的稳定问题，同时保证围堰结构合理、变形可控、防渗体系安全可靠。

Description

一种淤泥质软土地基土石围堰结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程建设领域，具体涉及一种淤泥质软土地基土石围堰结构及其施工方法。
背景技术
在水利水电工程建设领域，围堰属于临时性水工建筑物，用于围护永久水工建筑物施工，在基坑排水后，形成干地施工条件，以保证永久建筑物顺利施工。水工建设中经常遇到近代海湖相沉积的软黏土、冲填土及淤泥或淤泥质土等高压缩性软土，这些土天然孔隙比常在1.0以上，饱和度大于95％，压缩系数大于0.5MPa-1，内摩擦角小于5°，在这些地基上修筑围堰常存在以下难点：水下施工围堰，一般机械与物料组织实施方式难以满足要求；淤泥质地基承载力极低，以往的土石围堰结构及施工方法难以保证围堰成型、稳定；通常的软基处理方式，如挖除、碎石桩、灌注桩等大规模处理，耗时长、费用高，不适合围堰临时性建筑物。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法。本发明可解决水下施工淤泥质软土地基上围堰的稳定问题，同时保证围堰结构合理、变形可控、防渗体系安全可靠。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、从河床一岸或两岸进占对戗堤底部抛石挤淤复合区和其顶部的戗堤进行填筑施工，直至河床截流；
S2、从河床一岸或两岸进占对堰体上游底部拋填防渗土料区、堰体上游防渗土料区、堰体下游底部拋填土石混合料区以及堰体下游土石混合料区进行填筑施工；
S3、对堰体上游底部拋填防渗土料区和堰体上游防渗土料区施工的同时对上游坡脚抛石防护区进行侧向抛填施工，所述上游坡脚抛石防护区的抛填端部滞后堰体上游防渗土料区进占端部；
S4、对堰体下游底部拋填土石混合料区和堰体下游土石混合料区施工的同时对下游坡脚抛石防护区进行侧向抛填施工，所述下游坡脚抛石防护区的抛填端部滞后堰体下游土石混合料区进占端部；
S5、在已形成的戗堤区和堰体下游土石混合料区的顶面进行戗堤上部土石混合料区的施工，戗堤上部土石混合料区分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率；
S6、在已形成的堰体上游防渗土料区的顶面进行上部防渗土料区的施工，上部防渗土料区分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率；
S7、在施工完成的戗堤上部土石混合料区和上部防渗土料区的顶面进行顶部防渗土料区的施工，顶部防渗土料区分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率。
进一步的：所述步骤S1中，所述戗堤底部抛石挤淤复合区超前于戗堤区3～4m进占施工。
进一步的：所述步骤S2中，所述堰体上游底部拋填防渗土料区进占端部超前于堰体上游防渗土料区进占端部3～4m进占施工，堰体上游底部拋填防渗土料区和堰体上游防渗土料区逐步循环推进施工，直至全部完成；所述堰体下游底部拋填土石混合料区进占端部超前于堰体下游土石混合料区进占端部3～4m进占施工。
进一步的：所述步骤S3和S4中，所述上游坡脚抛石防护区的填筑端部滞后堰体上游防渗土料区进占端部距离不大于5m；所述下游坡脚抛石防护区的填筑端部滞后堰体下游土石混合料区进占端部距离不大于5m。
进一步的：所述步骤S3和S4中，在堰体上游防渗土料区的顶部采用长臂反铲对其上游坡面进行修坡至设计坡比，并用平板振动夯进行夯实，堰体上游防渗土料区的修坡工作稍滞后于抛石防护区的抛填工作进行。
本发明第二个目的在于提供一种被上述所述方法施工完成用于淤泥质软土地基土石的围堰结构，为此，本发明采用以下技术方案：
一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：包括受力支撑体系、防渗体系和防护体系，所述受力支撑体系为围堰结构的支撑结构，处于所述围堰结构的下部，所述防渗体系位于所述受力支撑体系的上游侧，所述防护体系位于受力支撑体系和防渗体系的上游侧和下游侧，所述防护体系由上游坡脚抛石防护区和下游坡脚抛石防护区组成，上游坡脚抛石防护区设置在防渗体系的上游侧，下游坡脚抛石防护区设置在受力支撑体系的下游侧。
进一步的：所述受力支撑体系由戗堤底部抛石挤淤复合区、戗堤区、堰体下游底部拋填土石混合料区、堰体下游土石混合料区、戗堤上部土石混合料区组成，所述堰体下游底部拋填土石混合料区、堰体下游土石混合料区和戗堤上部土石混合料区设置在戗堤底部抛石挤淤复合区和戗堤区的下游侧。
进一步的：所述防渗体系包括由下至上依次设置的堰体上游底部拋填防渗土料区、堰体上游防渗土料区、上部防渗土料区、顶部防渗土料区，所述堰体上游底部拋填防渗土料区的填筑高度与软土基础表面区相持平。
进一步的：所述堰体下游底部拋填土石混合料区上方设置堰体下游土石混合料区，堰体下游土石混合料区和戗堤区的上方设置戗堤上部土石混合料区。
进一步的：所述受力支撑体系部分由戗堤上部土石混合料区构成，所述顶部防渗土料区设置在上部防渗土料区和戗堤上部土石混合料区的上方，上部防渗土料区位于戗堤上部土石混合料区的上游侧。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明不需对软基进行挖除和打桩等加固，在填筑上、下游堰体的侧面同时进行坡脚抛石防护，具有施工速度快、费用节省的优点；本发明防护体系位于受力支撑体系和防渗体系的侧面，保证围堰结构合理、变形可控、防渗体系安全可靠。并且，本发明采用抛石护脚的方法有效阻止了坡脚土体滑出，提高了边坡和堰体的稳定性。
附图说明
图1是本发明土石围堰结构布置图；
图2是本发明的土石围堰结构剖面图。
附图标记：1-戗堤底部抛石挤淤复合区；2-戗堤区；3-堰体上游底部拋填防渗土料区；4-堰体上游防渗土料区；5-上游坡脚抛石防护区；6-堰体下游底部拋填土石混合料区；7-堰体下游土石混合料区；8-下游坡脚抛石防护区；9-戗堤上部土石混合料区；10-上部防渗土料区；11-顶部防渗土料区；12-软土基础表面区。
附图1堰体分区图中，
Figure BDA0003096547420000041
表示该分区采用进占法填筑，
Figure BDA0003096547420000042
和
Figure BDA0003096547420000043
表示该分区由临近堰体向上、下游拋填形成。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
如图1至2所示，一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，包括如下步骤：
S1、从河床一岸或两岸的进占起始端部对戗堤底部抛石挤淤复合区1和其顶部的戗堤2进行填筑施工，戗堤底部抛石挤淤复合区1循环施工直至河床截流，戗堤的填筑高度高于软土基础表面区12；
S2、从河床一岸或两岸的进占起始端部对堰体上游底部拋填防渗土料区3、堰体上游防渗土料区4、堰体下游底部拋填土石混合料区6以及堰体下游土石混合料区7进行填筑施工；
S3、对堰体上游底部拋填防渗土料区3和堰体上游防渗土料区4施工的同时进行上游坡脚抛石防护区5进行侧向抛填施工，所述上游坡脚抛石防护区5的抛填端部滞后堰体上游防渗土料区4进占端部；
S4、对堰体下游底部拋填土石混合料区6和堰体下游土石混合料区7施工的同时对下游坡脚抛石防护区8进行侧向抛填施工，所述下游坡脚抛石防护区8的抛填端部滞后堰体下游土石混合料区7进占端部；
S5、在已形成的戗堤区2和堰体下游土石混合料区7的顶面进行戗堤上部土石混合料区9的施工，戗堤上部土石混合料区9分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率，分层厚度在60～80cm；
S6、在已形成的堰体上游防渗土料区4的顶面进行上部防渗土料区10的施工，上部防渗土料区10分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率，分层厚度在25～40cm；
S7、在施工完成的戗堤上部土石混合料区9和上部防渗土料区10的顶面进行顶部防渗土料区11的施工，顶部防渗土料区11分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率，分层厚度在25～40cm。
所述步骤S1中，所述戗堤底部抛石挤淤复合区1超前于戗堤3～4m进占施工。
所述步骤S1中，采用单向进占或双向进占法，利用推土机和长臂反铲从河床一岸或两岸的进占起始端部对戗堤底部抛石挤淤复合区1和戗堤区2进行拋填施工，戗堤底部抛石挤淤复合区1的颗粒粒径应当满足散式挤淤粒径要求
Figure BDA0003096547420000051
m为比例系数，Cu淤泥取0.75～0.8，为淤泥快剪强度，γg、γs分别为块石、淤泥容重。所述戗堤底部抛石挤淤复合区1采用散式挤淤后对地基淤泥层进行了镶嵌式结构改造，大幅提高原纯淤泥层的承载力和抗变形能力。
所述步骤S2中，所述堰体上游底部拋填防渗土料区3进占端部超前于堰体上游防渗土料区4进占端部3～4m进占施工，堰体上游底部拋填防渗土料区3和堰体上游防渗土料区4逐步循环施工推进施工，直至全部完成；所述堰体下游底部拋填土石混合料区6进占端部超前于堰体下游土石混合料区7进占端部3～4m进占施工。
所述堰体上游底部拋填防渗土料区3和堰体上游防渗土料区4应采用具备防渗性能的掺砾土料，一方面利于土料沉底，另一方面具备防渗性能，渗透系数不大于1×10-5cm/s。
所述步骤S3和S4中，所述上游坡脚抛石防护区5的填筑端部滞后堰体上游防渗土料区4进占端部距离不大于5m；所述下游坡脚抛石防护区8的填筑端部滞后堰体下游土石混合料区7进占端部距离不大于5m。
所述上游坡脚抛石防护区5和下游坡脚抛石防护区8采用坚硬、新鲜的块石组成，母岩饱和抗压强度不小于30MPa，软化系数不小于0.7。
所述步骤S3和S4中，在堰体上游防渗土料区4的顶部采用长臂反铲对其上游坡面进行修坡至设计坡比(坡度要求在1.2～1.3之间)，并用平板振动夯进行夯实，堰体上游防渗土料区4的修坡工作稍滞后于抛石防护区5的抛填工作进行。
所述上游坡脚抛石防护区5和下游坡脚抛石防护区8由临近堰体向上、下游拋填形成，所述堤底部抛石挤淤复合区1、戗堤区2、堰体上游底部拋填防渗土料区3、堰体上游防渗土料区4、堰体下游底部拋填土石混合料区6、堰体下游土石混合料区7、戗堤上部土石混合料区9、上部防渗土料区10以及顶部防渗土料区11采用进占法填筑。
综上，本发明所提供的一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，包括以下结构：
受力支撑体系、防渗体系和防护体系，所述受力支撑体系为围堰结构的支撑结构，处于所述围堰结构的下部，所述防渗体系位于所述受力支撑体系的上游侧，所述防护体系位于受力支撑体系和防渗体系的上游侧和下游侧，所述防护体系由上游坡脚抛石防护区5和下游坡脚抛石防护区8组成，上游坡脚抛石防护区5设置在防渗体系的上游侧，下游坡脚抛石防护区8设置在受力支撑体系的下游侧。
所述受力支撑体系由戗堤底部抛石挤淤复合区1、戗堤区2、堰体下游底部拋填土石混合料区6、堰体下游土石混合料区7、戗堤上部土石混合料区9组成，所述堰体下游底部拋填土石混合料区6、堰体下游土石混合料区7和戗堤上部土石混合料区9设置在戗堤底部抛石挤淤复合区1和戗堤区2的下游侧。
所述防渗体系包括由下至上依次设置的堰体上游底部拋填防渗土料区3、堰体上游防渗土料区4、上部防渗土料区10、顶部防渗土料区11，所述堰体上游底部拋填防渗土料区3的填筑高度与软土基础表面区12相持平。
所述堰体下游底部拋填土石混合料区6上方设置堰体下游土石混合料区7，堰体下游土石混合料区7和戗堤区2的上方设置戗堤上部土石混合料区9。
所述顶部防渗土料区11设置在上部防渗土料区10和戗堤上部土石混合料区9的上方，上部防渗土料区10位于戗堤上部土石混合料区9的上游侧。
所述上游坡脚抛石防护区5、下游坡脚抛石防护区8、堰体上游底部拋填防渗土料区3、堰体下游底部拋填土石混合料区6、戗堤底部抛石挤淤复合区1的填筑高度与软土基础表面区12相持平。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种淤泥质软土地基土石围堰结构及其施工方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、从河床一岸或两岸进占对戗堤底部抛石挤淤复合区(1)和其顶部的戗堤(2)进行填筑施工，直至河床截流；
S2、从河床一岸或两岸进占对堰体上游底部拋填防渗土料区(3)、堰体上游防渗土料区(4)、堰体下游底部拋填土石混合料区(6)以及堰体下游土石混合料区(7)进行填筑施工；
S3、对堰体上游底部拋填防渗土料区(3)和堰体上游防渗土料区(4)施工的同时对上游坡脚抛石防护区(5)进行侧向抛填施工，所述上游坡脚抛石防护区(5)的抛填端部滞后堰体上游防渗土料区(4)进占端部；
S4、对堰体下游底部拋填土石混合料区(6)和堰体下游土石混合料区(7)施工的同时对下游坡脚抛石防护区(8)进行侧向抛填施工，所述下游坡脚抛石防护区(8)的抛填端部滞后堰体下游土石混合料区(7)进占端部；
S5、在已形成的戗堤区(2)和堰体下游土石混合料区(7)的顶面进行戗堤上部土石混合料区(9)的施工，戗堤上部土石混合料区(9)分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率；
S6、在已形成的堰体上游防渗土料区(4)的顶面进行上部防渗土料区(10)的施工，上部防渗土料区(10)分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率；
S7、在施工完成的戗堤上部土石混合料区(9)和上部防渗土料区(10)的顶面进行顶部防渗土料区(11)的施工，顶部防渗土料区(11)分层填筑，并采用振动碾碾压至设计压实度或孔隙率。
2.根据权利要求1所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述戗堤底部抛石挤淤复合区(1)超前于戗堤区(2)3～4m进占施工。
3.根据权利要求1所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述堰体上游底部拋填防渗土料区(3)进占端部超前于堰体上游防渗土料区(4)进占端部3～4m进占施工，堰体上游底部拋填防渗土料区(3)和堰体上游防渗土料区(4)逐步循环推进施工，直至全部完成；所述堰体下游底部拋填土石混合料区(6)进占端部超前于堰体下游土石混合料区(7)进占端部3～4m进占施工。
4.根据权利要求1所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S3和S4中，所述上游坡脚抛石防护区(5)的填筑端部滞后堰体上游防渗土料区(4)进占端部距离不大于5m；所述下游坡脚抛石防护区(8)的填筑端部滞后堰体下游土石混合料区(7)进占端部距离不大于5m。
5.根据权利要求1所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S3和S4中，在堰体上游防渗土料区(4)的顶部采用长臂反铲对其上游坡面进行修坡至设计坡比，并用平板振动夯进行夯实，堰体上游防渗土料区(4)的修坡工作稍滞后于抛石防护区(5)的抛填工作进行。
6.一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：包括受力支撑体系、防渗体系和防护体系，所述受力支撑体系为围堰结构的支撑结构，处于所述围堰结构的下部，所述防渗体系位于所述受力支撑体系的上游侧，所述防护体系位于受力支撑体系和防渗体系的上游侧和下游侧，所述防护体系由上游坡脚抛石防护区(5)和下游坡脚抛石防护区(8)组成，上游坡脚抛石防护区(5)设置在防渗体系的上游侧，下游坡脚抛石防护区(8)设置在受力支撑体系的下游侧。
7.根据权利要求6所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：所述受力支撑体系由戗堤底部抛石挤淤复合区(1)、戗堤区(2)、堰体下游底部拋填土石混合料区(6)、堰体下游土石混合料区(7)、戗堤上部土石混合料区(9)组成，所述堰体下游底部拋填土石混合料区(6)、堰体下游土石混合料区(7)和戗堤上部土石混合料区(9)设置在戗堤底部抛石挤淤复合区(1)和戗堤区(2)的下游侧。
8.根据权利要求6所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：所述防渗体系包括由下至上依次设置的堰体上游底部拋填防渗土料区(3)、堰体上游防渗土料区(4)、上部防渗土料区(10)、顶部防渗土料区(11)，所述堰体上游底部拋填防渗土料区(3)的填筑高度与软土基础表面区(12)相持平。
9.根据权利要求7所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：所述堰体下游底部拋填土石混合料区(6)上方设置堰体下游土石混合料区(7)，堰体下游土石混合料区(7)和戗堤区(2)的上方设置戗堤上部土石混合料区(9)。
10.根据权利要求8所述的一种淤泥质软土地基土石围堰结构，其特征在于：所述受力支撑体系部分由戗堤上部土石混合料区(9)构成，所述顶部防渗土料区(11)设置在上部防渗土料区(10)和戗堤上部土石混合料区(9)的上方，上部防渗土料区(10)位于戗堤上部土石混合料区(9)的上游侧。
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