CN117027012A - 高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法 - Google Patents

高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法，该方案包括以下施工步骤：S00、确定施工区域，平整场地至设计标高；S10、稳定性系数最小的滑动面符合设计要求；S20、碎石区回填完毕后，需要与填土一起碾压夯实；S30、在各级坡面进行格宾石笼施工；S40、进行相邻两级边坡间的平台和排水沟的施工；S50、循环S10～S40步骤，直至施工至坡顶；S60、进行坡顶的混凝土面层浇筑，完成施工，接下来进入高聚物注浆加固填方边坡的环节；S70、根据需要对碎石区进行高聚物注浆，形成以填土为填料、以高聚物注浆碎石区为加固体的填方边坡。本申请可避免回填边坡浅层滑动垮塌，提高坡体深层滑动稳定性系数。

Description

高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法
技术领域
本申请涉及土木工程技术领域，具体涉及高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法。
背景技术
山区高填深挖的问题难以避免，为了保证工程建设中高填方边坡的稳定性，常规填方工程一般采用的是放坡，或是加筋土挡墙，或是抗滑桩等大型支挡结构。但常规放坡坡率较缓，占地较大；加筋土挡墙作为一种柔性支挡结构，变形相对较大，且施工质量良莠不齐；抗滑桩等大型支挡结构则存在造价加高、施工复杂、周期长等缺陷。
发明内容
本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了高聚物注浆快速加固的高填方边坡及其施工方法。
为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法包括以下施工步骤：
S00、确定施工区域，平整场地至设计标高；
S10、基于极限平衡理论，利用回填碎石对首层部分区域进行回填，对回填形成的高填方边坡进行稳定性分析并得到与首层的相交坐标；
模拟在稳定性系数最小的两条滑动带相交区域内埋设碎石区，记录新的潜在最危险破裂面与下一层的相交坐标并进行标记放样；
不断在新生成的滑动带上添加碎石区，同时计算添加碎石区以及高聚物注浆碎石区之后的稳定性系数以及相应的新滑动面位置，不断循环操作直至稳定性系数最小的滑动面也符合设计要求；
S20、碎石区回填完毕后，需要与常规填土一起碾压夯实；
S30、在各级坡面进行格宾石笼施工；
S40、进行相邻两级边坡间的平台和排水沟的施工；
S50、循环S10～S40步骤，直至施工至坡顶；
S60、进行所述坡顶的混凝土面层浇筑，完成填方边坡的施工；
S70、根据需要对碎石区进行高聚物注浆，按照各个碎石区的标记放样，遵循就近原则，从坡面或坡顶钻孔至最近的碎石区进行注浆，形成以填土为填料、以高聚物注浆碎石区为加固体的填方边坡。
进一步地，S70步骤中，事先通过土工试验获取碎石的抗剪强度参数以及不同注浆量高聚物加固后的碎石抗剪强度参数；
而后再根据边坡稳定性系数需要，设置不同尺寸的碎石区以及采用不同的高聚物注浆量。
进一步地，首层回填碎石时，除回填碎石的区域外，其余区域回填填土。
进一步地，S10步骤中，碎石区沿边坡轴向连续回填，并设置沉降缝。
进一步地，S10步骤中，碎石区的碾压夯实步骤中，对碾压完成区域进行压实度检测，不断重新碾压直至压实度达到设计要求。
进一步地，填料分层厚度为500mm，压实系数不小于0.95。
进一步地，S30步骤中，在各级坡面进行格宾石笼施工的具体步骤为：
测量放样，在整平的各级坡面上将格宾石笼错缝摆设；
将格宾石笼四边立起，用绑线将相邻边沿锁紧，绑锁时，将绑线围绕两条重合的框线或框线与网笼的双扭结边螺旋状扭紧；
对格宾石笼进行块石填充；
格宾石笼内填满块石后将顶盖盖下，后用绑线将两条重合的框线螺旋状扭紧；
在砌筑好的格宾石笼上铺填细粒黏性土以便植草。
进一步地，步骤S10中，利用GeoStudio中SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法，分析类型为Morgenstern-Price，条间力函数为半正弦函数，对回填形成的高边坡进行稳定性分析。
进一步地，每级平台宽度为1.5～2.5m。
高聚物注浆快速加固的高填方边坡，通过上述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法施工得到。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1、本申请充分利用填方边坡填筑施工过程，在填方边坡的坡体内部任意位置方便地设置强度较高的碎石区域，更为有的放矢地直接打断潜在滑动面，提高坡体稳定性系数，还可增大坡率，节约占地，并且避免填方边坡常规支护方案中将所有加固措施都集中于坡脚，避免常规大型抗滑桩施工周期长和难度大的问题，避免使用施工质量控制相对较难的加筋土挡墙，为填方边坡的稳定性提供第一重保障。
2、本申请采用速凝高聚物对已标记放样的碎石区进行注浆加固，能够精确制导，注浆量和注浆效果都可控，迅速提高碎石区的强度，加固效果立竿见影，为填方边坡的稳定性提供第二重保障，还适用于填方边坡的抢险处置。
附图说明
图1是本申请中填方边坡结构的示意图；
图2是本申请中排水沟的结构示意图；
图3是本申请中格宾石笼示意图；
图4是本申请利用GeoStudio中SLOPE/W计算的稳定性系数和最危险破裂面示意图(未加固的高填方边坡)；
图5是本申请利用GeoStudio中SLOPE/W计算的稳定性系数和最危险破裂面示意图(设置碎石区的高填方边坡)；
图6是本申请利用GeoStudio中SLOPE/W计算的稳定性系数和最危险破裂面示意图(碎石区进行高聚物注浆后的高填方边坡)。
图中，1、原有坡体；2、坡顶；3、边坡；4、平台；5、回填土；6、最末级边坡；20、排水沟；30、格宾石笼；31、格宾石笼上盖；32、内置隔断；33、侧面交接边；40、碎石区；41、高聚物注浆碎石区。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本申请的披露中，术语“纵向”“横向”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。
实施例1
如图1-3所示，本高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法包括以下施工步骤：
S00、确定施工区域，平整场地至设计标高；
S10、确定潜在最危险破裂面与首层的相交坐标并进行标记放样；在首层一定尺寸的区域内回填碎石，其他区域则仍回填填土，由于最初确定的潜在最危险破裂面此时会穿过强度较高的碎石区，因而边坡稳定性系数会随之提高，潜在最危险破裂面发生改变，绕过碎石区，形成新的潜在最危险破裂面，记录新的潜在最危险破裂面与第二层的相交坐标并进行标记放样；在第二层回填碎石区后，边坡稳定性系数再次随之提高，潜在最危险破裂面再次发生改变，绕过碎石区，又形成新的潜在最危险破裂面，记录新的潜在最危险破裂面与第三层的相交坐标并进行标记放样；以此类推，直至填方边坡的稳定性系数满足要求。也可不逐层回填碎石区40，隔一层或隔几层设置一道碎石区40，只要最终的边坡稳定性系数能满足设计要求即可。
在本实施例中，潜在最危险破裂面的计算可通过计算软件进行确定，为现有技术。基于极限平衡理论，利用GeoStudio中SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法，分析类型为Morgenstern-Price，条间力函数为半正弦函数，对回填形成的高边坡3进行稳定性分析，在稳定性系数最小的两条滑动带相交区域内埋设碎石区40，而后不断地在新生成的滑动面上添加碎石区40，直到最危险滑动面的稳定性系数满足设计要求。
其中，SLOPE/W是GeoStudio软件中的一个模块，它用于稳定斜坡的分析。该模块可以帮助工程师和地质学家进行斜坡稳定性评估，评估可能的滑坡或岩崩风险，并设计相关的土方工程或其他土木工程。SLOPE/W模块使用有限元分析技术和现代稳定性分析方法来计算斜坡的稳定性，考虑了不同类型的土壤和岩石的特性，包括它们的强度、摩擦角和渗透性等因素。通过使用SLOPE/W模块，用户可以评估不同的斜坡几何形状、土壤或岩石特性和附加载荷等因素对斜坡稳定性的影响，并进行适当的设计和改进。
其中，自动定位搜索最危险滑动面方法是通过对斜坡进行有限元分析，计算在不同位置和倾角的滑动面上的稳定性指标，从而自动搜索最不稳定的滑动面位置和倾角的一种方法。
在Morgenstern-Price模型中，假设土体内部为连续介质，在平衡状态下受到重力作用，并且具有弹性应力场和塑性应变场。采用半正弦函数作为条间力函数，其表示水平间隔上土体的剪切应力和正应力的关系。
在使用SLOPE/W进行稳定性分析时，用户需要定义斜坡的几何形状、土体和岩石的物理和力学特性，以及其他加载和边界条件。然后，用户可以使用自动定位搜索最危险滑动面方法来计算斜坡的稳定性，并获得关于最不稳定滑动面位置、倾角和稳定性系数等的结果。这些结果可以帮助用户评估斜坡的稳定性，并根据需要进行设计和改进。
S20、碎石区40回填完毕后，需要与填土一起碾压夯实；
S30、在各级坡面进行格宾石笼30施工；
在本实施例中，具体施工方法为：
1)测量放样，在整平的各级坡面上将格宾石笼30错缝摆设就位，保证格宾石笼30全部安装就位后，才开始填充块石防止发生变形，相邻两个格宾石笼30的填石高差不应大于35cm。
2)摆放格宾石笼30避免出现纵向贯通缝，将格宾石笼30四边立起，用绑线将相邻边沿锁紧，绑锁时，将绑线围绕两条重合的框线或框线与网笼的双扭结边螺旋状扭紧，螺距不大于50mm；
当在已完成的底层网上面安装格宾石笼30时，应用绑线沿新装格宾石笼30下部边框将其固定在底层的石笼网上，同一层相邻的石笼网也应用绑线相互系牢，使石笼网连成一体。
3)块石填充，填充块石粒径应在10～25cm之间，坚固密实，耐风化能力强，并保证大小搭配合理以达到设计要求的空隙度和外露块石应用人工摆砌平整，以获得美观的表面并防止水流将块石从网目中流走，保证格宾石笼30网的直线外形。
4)闭合格宾石笼上盖31，格宾石笼30内填满块石后将顶盖盖下，后用绑线将两条重合的框线螺旋状扭紧，螺距不大于50mm，在砌筑好的格宾石笼30上铺填细粒黏性土以便植草。
其中，格宾石笼30包括格宾石笼上盖31、内置隔断32以及侧面交接边33。
S40、进行相邻两级边坡3间的平台4和排水沟20的施工；
在本实施例中，坡顶2与最末级边坡6之间的各级边坡3的高度为6-8m，相邻两级边坡3通过浇筑的混凝土平台4过渡，每级平台4宽度为1.5～2.5m。
S50、循环S10～S40步骤，直至施工至坡顶2；
S60、进行坡顶2的混凝土面层浇筑，完成施工。
S70、碎石区的强度相对填土来说更高，可为增强边坡稳定性提供一定帮助，但为了进一步且快速地提高边坡稳定性，可根据需要对碎石区40进行高聚物注浆，按照各个碎石区40的标记放样，遵循就近原则，从坡面或坡顶钻孔至最近的碎石区40，高压注射速凝、高膨胀性的高聚物浆液，浆液迅速凝固，将原本离散的碎石胶结在一起，进一步提高碎石区40的强度。高聚物注浆量可根据不同注浆量下的碎石强度参数室内土工试验结果进行确定。由于碎石孔隙相对较大，因而速凝、高压、高膨胀性的高聚物浆液能够迅速地在各个碎石区40均匀渗透，而碎石区以外的填土由于孔隙相对较小，可相当于高聚物浆液的隔绝层。最终，形成以填土为填料、以高聚物注浆碎石区41为加固体的填方边坡。
在本实施例中，碎石的抗剪强度参数以及不同注浆量高聚物加固后的碎石抗剪强度参数可事先通过土工试验获取，而后再根据边坡稳定性系数需要，设置不同尺寸的碎石区以及采用不同的高聚物注浆量。
实施例2
高聚物注浆快速加固的高填方边坡，通过实施例1的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法施工得到。
在本实施例中，施工完成后的填方边坡结构高115m，包括坡顶2、最末级边坡6、坡顶2与最末级边坡6之间的各级边坡3、两级边坡3之间的平台4、格宾石笼30、碎石区40、高聚物注浆碎石区41、回填土5、原有坡体1、排水沟20，每级边坡3的高度为7m，每级坡率为1:1.5，在每级边坡3的坡面均设有格宾石笼30。
优选地，每级平台4内设置排水沟20，排水沟20的深度约为25cm。坡顶2与最末级边坡6之间的各级边坡3的高度为6～8m，相邻两级边坡3通过浇筑的混凝土平台4过渡，每级平台4宽度为1.5～2.5m。
利用GeoStudio中SLOPE/W计算坡体的最危险破裂面，图4-6的结果显示，图4的未加固的高填方边坡：稳定性系数＝1.025，处于欠稳定状态；图5的设置碎石区的高填方边坡：稳定性系数＝1.160，处于基本稳定状态；图6的碎石区进行高聚物注浆后的高填方边坡：稳定性系数＝1.389，处于稳定状态。其中，填土抗剪强度参数为粘聚力c＝20kPa，内摩擦角φ＝25°；碎石粘聚力c＝0kPa，内摩擦角φ＝40°；根据以往的试验经验，经过高聚物注浆加固后的粗粒土粘聚力可以提高400kPa以上，而对内摩擦角改变不大，因此，在本例中高聚物注浆碎石的粘聚力保守取值c＝300kPa，内摩擦角φ＝40°。
本申请未详述部分为现有技术，故本申请未对其进行详述。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
尽管本文较多地使用了原有坡体1、坡顶2、边坡3、平台4、回填土5、最末级边坡6、排水沟20、格宾石笼30、格宾石笼上盖31、内置隔断32、侧面交接边33、碎石区40、高聚物注浆碎石区41等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本申请的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本申请精神相违背的。
本申请不局限于上述最佳实施方式，任何人在本申请的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：
S00、确定施工区域，平整场地至设计标高；
S10、基于极限平衡理论，利用回填碎石对首层部分区域进行回填，对回填形成的高填方边坡进行稳定性分析并得到与首层的相交坐标；
模拟在稳定性系数最小的两条滑动带相交区域内埋设碎石区，记录新的潜在最危险破裂面与下一层的相交坐标并进行标记放样；
不断在新生成的滑动带上添加碎石区，同时计算添加碎石区以及高聚物注浆碎石区之后的稳定性系数以及相应的新滑动面位置，不断循环操作直至稳定性系数最小的滑动面也符合设计要求；
S20、碎石区回填完毕后，需要与填土一起碾压夯实；
S30、在各级坡面进行格宾石笼施工；
S40、进行相邻两级边坡间的平台和排水沟的施工；
S50、循环S10～S40步骤，直至施工至坡顶；
S60、进行所述坡顶的混凝土面层浇筑，完成填方边坡的施工；
S70、根据需要对碎石区进行高聚物注浆，按照各个碎石区的标记放样，遵循就近原则，从坡面或坡顶钻孔至最近的碎石区进行注浆，形成以填土为填料、以高聚物注浆碎石区为加固体的填方边坡。
2.根据权利要求1所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，S70步骤中，事先通过土工试验获取碎石的抗剪强度参数以及不同注浆量高聚物加固后的碎石抗剪强度参数；
而后再根据边坡稳定性系数需要，设置不同尺寸的碎石区以及采用不同的高聚物注浆量。
3.根据权利要求1所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，S10步骤中，首层回填碎石时，除回填碎石的区域外，其余区域回填填土。
4.根据权利要求1所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，S10步骤中，所述碎石区沿边坡轴向连续回填，并设置沉降缝。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，在S10步骤中，碎石区的碾压夯实步骤中，对碾压完成区域进行压实度检测，不断重新碾压直至压实度达到设计要求。
6.根据权利要求5所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，填料分层厚度为500mm，压实系数不小于0.95。
7.根据权利要求1所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，S30步骤中，在各级坡面进行格宾石笼施工的具体步骤为：
测量放样，在整平的各级坡面上将格宾石笼错缝摆设；
将格宾石笼四边立起，用绑线将相邻边沿锁紧，绑锁时，将绑线围绕两条重合的框线或框线与网笼的双扭结边螺旋状扭紧；
对格宾石笼进行块石填充；
格宾石笼内填满块石后将顶盖盖下，后用绑线将两条重合的框线螺旋状扭紧；
在砌筑好的格宾石笼上铺填细粒黏性土以便植草。
8.根据权利要求2所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，步骤S10中，利用GeoStudio中SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法，分析类型为Morgenstern-Price，条间力函数为半正弦函数，对回填形成的高边坡进行稳定性分析。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法，其特征在于，每级平台宽度为1.5～2.5m。
10.高聚物注浆快速加固的高填方边坡，其特征在于，通过权利要求1-9任意一项所述的高聚物注浆快速加固的高填方边坡施工方法施工得到。
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