CN206902488U

CN206902488U - 一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤

Info

Publication number: CN206902488U
Application number: CN201720688961.5U
Authority: CN
Inventors: 于同生; 刘辉; 章荣军; 成金康; 郑俊杰; 赖汉江
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2027-06-13

Abstract

本实用新型涉及一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，包括持力层、软土地基、固化淤泥路堤和嵌入软土地基的路堤沉降控制结构；固化淤泥路堤的上表面、两侧分别铺设有路面防水层和护坡防水层；护坡防水层的坡脚处设有混凝土密封沟；路堤沉降控制结构包括刚性桩组、桩帽、半刚性加筋固化垫层、粉细砂反滤层和防水土工布；刚性桩组中的刚性桩打穿软土地基并嵌入持力层中；桩帽设置在刚性桩顶部；防水土工布、粉细砂反滤层和半刚性加筋固化垫层自上而下依次铺设在桩帽顶部；固化淤泥路堤设置在防水土工布的上表面；防水土工布密封在混凝土密封沟的底部。本实用新型结构合理、施工方便，可减小路堤的沉降。

Description

一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤

技术领域

本实用新型属于地基处理技术领域，涉及一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤。

背景技术

我国飞速发展的经济对交通运输资源的需求日益增大，高速公路和铁路作为最为便捷的交通运输资源得到大力发展。然而，高速公路、铁路等基础设施的建设，不可避免地需要穿越一些原本并不适宜修建路堤的不良地基(譬如，淤泥质软黏土、膨胀土、冲填土、有机质土以及泥炭土等)，因此常面临地基承载力不足、路堤局部失稳、沉降及不均匀沉降过大等病害。面对上述病害，工程界已尝试了多种桩基或复合地基技术进行解决，常见的桩基或复合地基技术主要有3种：桩-板式路基结构、桩-筏式路基结构和桩-网式路基结构。虽然桩-板式结构和桩-筏式结构在沉降控制方面更具优越性，但其造价极其昂贵，尤其是面对我国如此大的建设规模时，其造价昂贵的弊端尤其凸显。与此同时，随着桩-网式路基结构工程应用的增多以及科学研究的深入，国内外诸多学者发现桩-网式路基结构工程应用时仍存在以下几方面不足：①路堤失稳或局部失稳现象仍然可能出现；②路堤边坡侧向位移现象仍然明显；③路堤沉降和不均匀沉降问题仍然显著；④筋材对地基深层的侧向位移限制作用不大；⑤筋材与土体的界面摩阻力有限，筋材的强度和刚度无法得到充分发挥；⑥筋材张拉膜效应荷载传递能力有限。上述病害或不足的出现，可能导致路面结构破坏，严重影响行车的安全性和舒适度，并严重增加道路后期的维护费用。

此外，我国每年在水利工程、航运工程和水环境治理工程中都会产生巨量的疏浚淤泥。据初步统计，我国每年陆地清淤所产出的淤泥量在10亿m³以上。疏浚淤泥属于工程废弃物，目前的处理方式多以堆场堆放为主，侵占大量的土地，且淤泥中的重金属等污染物还可能对周边土壤和地下水造成二次污染。

实用新型内容

针对现有地基处理技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供了一种结构合理、施工方便以及可有效减小路堤工后沉降的路堤，并在一定程度上能够解决交通工程建设所需的巨量建材资源，以及疏浚淤泥所带来的环境污染及占用土地资源等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤包括持力层、软土地基、固化淤泥路堤以及设置在软土地基与固化淤泥路堤之间并嵌入软土地基的路堤沉降控制结构；所述固化淤泥路堤的上表面铺设有路面防水层；所述固化淤泥路堤的两侧设置有护坡防水层；所述护坡防水层的脚部开设有混凝土密封沟；所述路堤沉降控制结构包括刚性桩组、桩帽、半刚性加筋固化垫层、粉细砂反滤层以及防水土工布；所述刚性桩组由m行×n列的刚性桩组成；所述刚性桩打穿软土地基并嵌入持力层中；所述桩帽设置在刚性桩顶部；所述防水土工布、粉细砂反滤层以及半刚性加筋固化垫层自上而下依次铺设在桩帽顶部；所述固化淤泥路堤设置在防水土工布的上表面；所述防水土工布密封在混凝土密封沟的底部。

作为优选，本实用新型所采用的半刚性加筋固化垫层包括散体加筋垫层以及灌填在散体加筋垫层中的水泥浆；所述散体加筋垫层包括预埋注浆管、刚塑土工格栅以及填充在预埋注浆管与刚塑土工格栅之间的中粗砂垫层。

作为优选，本实用新型所采用的刚塑土工格栅满足伸长率为0.5％时的抗拉强度不小于200kN/m的条件；所述刚塑土工格栅的网孔呈三角形，所述刚塑土工格栅的网孔尺寸为30-40mm。

作为优选，本实用新型所采用的预埋注浆管包括水平注浆主管以及与水平注浆主管相贯通的竖向注浆支管；所述水平注浆主管以及竖向注浆支管的管体上均设置有注浆圆孔。

作为优选，本实用新型所采用的水平注浆主管是一根或多根，所述竖向注浆支管对应也是一根或多根；所述水平注浆主管是多根时，相邻两根水平注浆主管之间的布设间距为1.5-2.0m；所述水平注浆主管的内径是15-20mm；所述注浆圆孔是多个；所述注浆圆孔的孔径不小于2mm；相邻两个注浆圆孔之间的间距不小于200mm。

作为优选，本实用新型所采用的中粗砂垫层的砂粒粒径范围为2-5mm；所述中粗砂垫层的厚度为400-500mm；所述中粗砂垫层分层铺设，每层厚度100mm；所述刚塑土工格栅沿中粗砂垫层的高度方向分上下两层铺设；所述刚塑土工格栅分别铺设于距中粗砂垫层顶部以及距中粗砂垫层底部100mm位置。

作为优选，本实用新型所采用的粉细砂反滤层的砂粒粒径范围为0.5-1.0mm；所述粉细砂反滤层的厚度不低于100mm；所述刚性桩是CFG桩或薄壁管桩；所述刚性桩是薄壁管桩时，所述刚性桩是钢筋混凝土薄壁管桩。

本实用新型提供了一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，该有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤结构主要涉及包括半刚性加筋固化垫层的减小路堤沉降结构以及由固化淤泥填筑的高填方路堤。因此，本实用新型主要包括以下两方面的优点：

(1)通过对散体加筋垫层进行堆载预压，而后灌入水泥浆胶结固化形成半刚性加筋固化垫层，能够有效减小路堤工后沉降及不均匀沉降，并提高路堤荷载传递效率及稳定性。首先，在堆载预压期内，散体加筋垫层将与软土地基发生协调变形，可基本完成软土地基的主固结沉降，能够有效减小软土地基在道路运营期间产生的沉降，进而有效防止路堤及路面结构病害的发生。其次，在堆载预压结束后，通过灌入水泥浆将散体加筋垫层胶结固化形成半刚性加筋固化垫层，能够显著提高垫层的整体性及稳定性；同时，该半刚性加筋固化垫层与刚性桩组构成一个承载力极高的承载体系，能够将大部分路堤荷载传递至桩体(再由桩体传递至持力层)，能够显著减小软土地基所承担的荷载，进而有效控制道路运营期间软土地基所产生的沉降及不均匀沉降。

(2)“变废为宝”，采用淤泥、水泥及发泡剂制备的轻质固化淤泥填筑路堤，进一步减小桩间软土地基沉降的同时，能够节约建材资源，具备绿色、经济、环保等特性。首先，采用轻质固化淤泥填筑高填方路堤，能够显著减小路堤自重，进一步减小桩间软土所承担的荷载，进而减小桩间软土地基的工后沉降。其次，通过水泥及发泡剂对疏浚淤泥进行处理，将其转化为建材资源应用于路堤填筑，既处置了疏浚淤泥这一工程废弃物，节省了堆放淤泥所需的土地资源，避免了对周边环境的二次污染，同时又为相关工程建设提供了巨量建材资源。

综上，本实用新型所提供的技术方案通过堆载预压、半刚性加筋固化垫层及轻质固化淤泥路堤三种方法，能够大幅度减小桩间软土地基工后沉降，以避免路堤及路堤结构因桩间软土地基沉降过大而引起病害；同时，通过对疏浚淤泥的固化再利用，既解决了疏浚淤泥堆放所引起的土地资源占用以及对周边环境污染的问题，又为相关工程建设提供了巨量的建材资源，具备显著的经济效益、环境效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型所提供的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤的剖面示意图；

图2是本实用新型所提供的散体格栅加筋垫层剖面示意图；

图3是本实用新型所提供的预埋注浆管示意图；

附图标记说明如下：

1-持力层；2-软土地基；3-刚性桩；4-桩帽；5-半刚性加筋固化垫层；6-预埋注浆管；7-粉细砂反滤层；8-防水土工布；9-固化淤泥路堤；10-路面防水层；11-护坡防水层；12-混凝土密封沟；13-散体加筋垫层；14-刚塑土工格栅；15-中粗砂垫层；16-水平注浆主管；17-竖向注浆支管；18-注浆圆孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参见图1，本实用新型提供了一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，该有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤包括持力层1、软土地基2、固化淤泥路堤9以及设置在软土地基2与固化淤泥路堤9之间并嵌入软土地基2的减小路堤沉降结构；固化淤泥路堤9的上表面铺设有路面防水层10；固化淤泥路堤9的两侧设置有护坡防水层11；护坡防水层11的脚部开设有混凝土密封沟12；减小路堤沉降结构包括刚性桩组、桩帽4、半刚性加筋固化垫层5、粉细砂反滤层7以及防水土工布8；刚性桩组由m行×n列的刚性桩3组成；刚性桩3打穿软土地基2并嵌入持力层1中；桩帽4设置在刚性桩3顶部；防水土工布8、粉细砂反滤层7以及半刚性加筋固化垫层5自上而下依次铺设在桩帽4顶部；固化淤泥路堤9设置在防水土工布8的上表面；防水土工布8密封在混凝土密封沟12的底部。

半刚性加筋固化垫层5包括散体加筋垫层13以及填充在散体加筋垫层13之间的水泥浆；水泥浆是水泥与水的混合物；水泥与水的质量比是1：1。

参见图2以及图3，本实用新型所采用的散体加筋垫层13包括预埋注浆管6、刚塑土工格栅14以及填充在预埋注浆管6与刚塑土工格栅14之间的中粗砂垫层15；预埋注浆管6上设置有注浆圆孔18。预埋注浆管6包括水平注浆主管16以及与水平注浆主管16相贯通的竖向注浆支管17；水平注浆主管16以及竖向注浆支管17的管体上均设置有注浆圆孔18。刚塑土工格栅14满足伸长率为0.5％时的抗拉强度不小于200kN/m的条件；刚塑土工格栅14的网孔呈三角形，刚塑土工格栅14的网孔尺寸为30-40mm。水平注浆主管16是一根或多根，竖向注浆支管17对应也是一根或多根；水平注浆主管16是多根时，相邻两根水平注浆主管16之间的布设间距为1.5-2.0m；水平注浆主管16的内径是15-20mm；注浆圆孔18是多个；注浆圆孔18的孔径不小于2mm；相邻两个注浆圆孔18之间的间距不小于200mm。中粗砂垫层15的砂粒粒径范围为2-5mm；中粗砂垫层15的厚度为400-500mm；中粗砂垫层15分层铺设，每层厚度100mm；刚塑土工格栅14沿中粗砂垫层15的高度方向分上下两层铺设，上下两层之间的间距是200-300mm。

固化淤泥路堤9可以采用现有技术中的成熟产品，也可以采用本实用新型所提供的如下产品：固化淤泥路堤9是由轻质固化淤泥填筑而成；轻质固化淤泥是由淤泥、水泥以及发泡剂混合而成；轻质固化淤泥中淤泥的含水率为80-150％；轻质固化淤泥中的水泥含量为90-110kg/m³；轻质固化淤泥中的发泡剂含量为1.2-1.5kg/m³。粉细砂反滤层7的砂粒粒径范围为0.5-1.0mm；粉细砂反滤层7的厚度不低于100mm；刚性桩3是CFG桩或薄壁管桩；刚性桩3是薄壁管桩时，刚性桩3是钢筋混凝土薄壁管桩。

基于本实用新型所提供的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤在具体施工方法时：

1)施工准备：包括测量放线，场地平整，确定刚性桩3的桩位；

2)刚性桩3及桩帽4施工：待步骤1)完成后，在软土地基2上钻孔，施工刚性桩3并在刚性桩3的上表面安装预制桩帽4；刚性桩3采用m行×n列的布设；

3)散体加筋垫层13施工：待步骤2)完成后，在软土地基2及桩帽4上方分层铺设刚塑土工格栅14及中粗砂垫层15，并在中粗砂垫层15中布设预埋注浆管6；其中，中粗砂垫层15分层厚度不低于100mm，刚塑土工格栅14分上下两层铺设，刚塑土工格栅14分别铺设于距中粗砂垫层15顶部以及距中粗砂垫层15底部100mm位置；

4)粉细砂反滤层7施工及堆载预压：待步骤3)完成后，在散体加筋垫层13上填筑粉细砂反滤层7，并铺设防水土工布8；对防水土工布8上填土进行堆载预压，预压周期不低12个月；

5)固化淤泥路堤9施工：待步骤4)完成后，卸除堆载预压填土，并采用粉细砂进行整平；而后，采用淤泥、水泥及发泡剂的混合物搅拌制备轻质固化淤泥，并将搅拌均匀的轻质固化淤泥直接填筑，养护28天，将轻质固化淤泥固化形成固化淤泥路堤9；轻质固化淤泥中淤泥的含水率为80-150％；轻质固化淤泥中的水泥含量为90-110kg/m³；轻质固化淤泥中的发泡剂含量为1.2-1.5kg/m³；

6)半刚性加筋固化垫层5施工：待步骤3)完成后，通过预埋注浆管6向散体加筋垫层13注入水泥浆，并养护不低于28天，将散体加筋垫层13固化形成半刚性加筋固化垫层5；

7)修筑路面防水层10及护坡防水层11：待步骤6)完成后，在固化淤泥路堤9顶面及两侧边坡上，分别修筑路面防水层10及护坡防水层11，并在固化淤泥路堤9两侧坡脚处修筑混凝土密封沟12，将防水土工布8密封。

上述具体实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利要求范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims

1.一种有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤包括持力层（1）、软土地基（2）、固化淤泥路堤（9）以及设置在软土地基（2）与固化淤泥路堤（9）之间并嵌入软土地基（2）的路堤沉降控制结构；所述固化淤泥路堤（9）的上表面铺设有路面防水层（10）；所述固化淤泥路堤（9）的两侧设置有护坡防水层（11）；所述护坡防水层（11）的脚部开设有混凝土密封沟（12）；所述路堤沉降控制结构包括刚性桩组、桩帽（4）、半刚性加筋固化垫层（5）、粉细砂反滤层（7）以及防水土工布（8）；所述刚性桩组由m行×n列的刚性桩（3）组成；所述刚性桩（3）打穿软土地基（2）并嵌入持力层（1）中；所述桩帽（4）设置在刚性桩（3）顶部；所述防水土工布（8）、粉细砂反滤层（7）以及半刚性加筋固化垫层（5）自上而下依次铺设在桩帽（4）顶部；所述固化淤泥路堤（9）设置在防水土工布（8）的上表面；所述防水土工布（8）密封在混凝土密封沟（12）的底部。

2.根据权利要求1所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述半刚性加筋固化垫层（5）包括散体加筋垫层（13）以及灌填在散体加筋垫层（13）中的水泥浆；所述散体加筋垫层（13）包括预埋注浆管（6）、刚塑土工格栅（14）以及填充在预埋注浆管（6）与刚塑土工格栅（14）之间的中粗砂垫层（15）。

3.根据权利要求2所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述刚塑土工格栅（14）满足伸长率为0.5%时的抗拉强度不小于200 kN/m的条件；所述刚塑土工格栅（14）的网孔呈三角形，所述刚塑土工格栅（14）的网孔尺寸为30-40 mm。

4.根据权利要求3所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述预埋注浆管（6）包括水平注浆主管（16）以及与水平注浆主管（16）相贯通的竖向注浆支管（17）；所述水平注浆主管（16）以及竖向注浆支管（17）的管体上均设置有注浆圆孔（18）。

5.根据权利要求4所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述水平注浆主管（16）是一根或多根，所述竖向注浆支管（17）对应也是一根或多根；所述水平注浆主管（16）是多根时，相邻两根水平注浆主管（16）之间的布设间距为1.5-2.0 m；所述水平注浆主管（16）的内径是15-20 mm；所述注浆圆孔（18）是多个；所述注浆圆孔（18）的孔径不小于2 mm；相邻两个注浆圆孔（18）之间的间距不小于200 mm。

6.根据权利要求5所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述中粗砂垫层（15）的砂粒粒径范围为2-5 mm；所述中粗砂垫层（15）的厚度为400-500 mm；所述中粗砂垫层（15）分层铺设，每层厚度100 mm；所述刚塑土工格栅（14）沿中粗砂垫层（15）的高度方向分上下两层铺设；所述刚塑土工格栅（14）分别铺设于距中粗砂垫层（15）顶部以及距中粗砂垫层（15）底部100 mm位置。

7.根据权利要求6所述的有效控制工后沉降的软土地基高填方路堤，其特征在于：所述粉细砂反滤层（7）的砂粒粒径范围为0.5-1.0 mm；所述粉细砂反滤层（7）的厚度不低于100mm；所述刚性桩（3）是CFG桩或薄壁管桩；所述刚性桩（3）是薄壁管桩时，所述刚性桩（3）是钢筋混凝土薄壁管桩。