CN113323004A - 一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构及施工方法，它包括设置在坝体内部的土工格栅加筋垫层、土工格室加筋垫层和碎石桩；所述碎石桩的顶端包裹固定有复合土工织物，所述碎石桩伸入到软弱地基；所述软弱地基的顶层为坝体填料；所述坝体填料的表层设置有混凝土面板，所述混凝土面板的底端与混凝土连接板相连，所述混凝土连接板的末端底部设置有混凝土防渗墙，所述混凝土防渗墙伸入到软弱地基，所述混凝土防渗墙的底部设置有防渗帷幕。能有效的控制土石坝的不均匀沉降变形，降低地基液化发生的可能性，提高了土石坝的稳定性。

Description

一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构及施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其是涉及一种用于加固混凝土面板堆石坝软弱地基结构及施工方法。

背景技术

深厚覆盖层广泛分布于我国西南地区，具有成因多样、厚度多变、组成结构复杂和工程特性差异大等特征。在深厚覆盖层上建坝面临诸多问题，其中地基沉降与不均匀沉陷便是问题之一。在水电工程建设中，需要采用一定的工程技术措施对地基进行必要的处理，以改善地基的承载能力和抵抗变形的能力。

目前，对深厚覆盖层进行地基加固的方法包括振冲碎石桩、固结灌浆、地下连续墙、沉井、高压旋喷桩等。在深厚覆盖层地基中，常出现砂土层，在饱水和振动外力的条件下，砂土层中的孔隙水压力上升导致土体发生液化并失稳破坏，进而引发大变形或不均匀沉降，目前抗液化的处理措施有压重、强夯、固结灌浆等，这些措施虽然能在一定程度上降低土层液化发生的概率，但经济性不高，且很难在长时间内起到抗液化的作用。土工合成材料具有加筋、防渗、反滤等作用，且施工简便、绿色环保、造价经济，将土工合成材料与现有的地基处理方法相结合，可以起到很好的加固效果，降低不均匀沉降变形，然而目前很少有将土工合成材料用于深厚覆盖层地基加固中。

发明专利CN112195910A提供了一种振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构与施工方法，该方法运用的对象是砾石土心墙土石坝，在堆石体加筋区采用的是不锈钢钢筋或扁钢钢筋，此类加筋材料易发生锈蚀，且与堆石料之间难以协调变形，加筋间距设置为0.5m~1.0m，使加筋体不能充分发挥垫层的作用，应力扩散效果不佳，不能有效的降低坝体填料施加在地基土上的作用力。

现有的地基加固方法不能很好的控制大坝不均匀沉降变形，没有充分利用土工合成材料的加筋、反滤等作用。单独采用碎石桩进行地基处理，在长时间排水的条件下，碎石桩体内部骨料之间的孔隙容易被堵塞，影响地基土的排水固结，进而增加土体发生液化的可能性。另外，目前控制大坝变形主要仅对地基进行加固处理，很少从优化坝体施加到地基上应力的角度采取相应的措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构及施工方法，其充分利用了土工合成材料的加筋和反滤作用，能有效的控制土石坝的不均匀沉降变形，降低地基液化发生的可能性，提高了土石坝的稳定性。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，它包括设置在坝体内部的土工格栅加筋垫层、土工格室加筋垫层和碎石桩；所述碎石桩的顶端包裹固定有复合土工织物，所述碎石桩伸入到软弱地基；所述软弱地基的顶层为坝体填料；所述坝体填料的表层设置有混凝土面板，所述混凝土面板的底端与混凝土连接板相连，所述混凝土连接板的末端底部设置有混凝土防渗墙，所述混凝土防渗墙伸入到软弱地基，所述混凝土防渗墙的底部设置有防渗帷幕。

所述土工格栅加筋垫层中的加筋材料为单向土工格栅，拉伸强度在设计计算时确定，单向土工格栅之间填充碎石填料，碎石填料的压实度大于95%，相邻单向土工格栅的间距d为0.3~0.4m。

所述土工格室加筋垫层位于土工格栅加筋垫层下部，两者之间高度间隔0.3~0.4m，土工格室加筋垫层由土工格室和填充于格室内部的碎石填料组成，碎石填料利用碎石桩桩体材料，设置1~3层土工格室。

每层所述土工格室的高度h为200mm~250mm。

所述土工格室加筋垫层的顶部铺设有复合土工膜，所述土工格室加筋垫层的底部铺设有复合土工织物层。

所述复合土工膜和复合土工织物层由土工膜/土工织物和双向土工格栅组成；所述双向土工格栅设置在土工膜/土工织物的上、下表面。

所述碎石桩顶部与土工格室加筋垫层底部连接，碎石桩的桩体长度为软土地基的厚度，碎石桩底部与基岩表面接触，桩体直径和桩间距由大坝稳定性计算确定，碎石桩上部外侧包裹有复合土工织物，包裹深度为10~15m。

所述碎石桩和土工格室加筋垫层联合形成排水通道。

一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构的施工方法，它包括以下步骤：

步骤一：施工作业时，混凝土防渗墙、防渗帷幕和碎石桩同时进行施工，碎石桩按两边向中间分序加密的原则依次施工，通过旋转造孔的方式形成桩孔，碎石桩底部与基覆界面接触，提前制作与桩孔直径相匹配的复合土工织物；

步骤二：将复合土工织物放置于桩孔中，再填筑碎石并进行冲击压实形成碎石桩，在形成碎石桩的地基表面铺设复合土工织物层，再铺设土工格室，并填充碎石填料，在其上铺设复合土工膜，形成土工格室加筋垫层；

步骤三：填筑坝体填料，并碾压压实至土工格栅加筋垫层高度，按照加筋间距d铺设单向土工格栅和填筑坝体填料，形成土工格栅加筋垫层，按照规范的要求对大坝进行填筑压实；

步骤四：浇筑混凝土连接板和混凝土面板，形成混凝土面板堆石坝。

本发明有如下有益效果：

1、本发明地基处理结构通过设置土工格栅加筋垫层和土工格室加筋垫层，一方面增加了坝体材料的强度和刚度，另一方面作为垫层使上覆应力发生应力扩散，使作用到地基土上的应力减小且更加均匀。

2、本发明碎石桩与土工格室加筋垫层结合形成有效的排水通道，有利于地基土的排水固结，增加地基土的强度。该地基处理结构可以有效降低大坝产生的不均匀沉降，有利于大坝的安全稳定。

附图说明

图1 是本发明提供的一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构的横向剖面图。

图2 是本发明提供的土工格室加筋垫层横向剖面局部放大图。

图3是本发明提供的土工格栅加筋垫层横向剖面局部放大图。

图4是本发明提供的复合土工织物/复合土工膜横向剖面局部放大图。

图中：1-坝体填料；2-混凝土面板；3-混凝土连接板；4-混凝土防渗墙；5-防渗帷幕；6-复合土工织物；7-土工格栅加筋垫层；8-土工格室加筋垫层；9-碎石桩；10-软弱地基；11-单向土工格栅；12-碎石填料；13-复合土工膜；14-复合土工织物；15-土工格室；16-双向土工格栅；17-土工膜/土工织物；18-基覆界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-4，一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，它包括设置在坝体内部的土工格栅加筋垫层7、土工格室加筋垫层8和碎石桩9；所述碎石桩9的顶端包裹固定有复合土工织物6，所述碎石桩9伸入到软弱地基10；所述软弱地基10的顶层为坝体填料1；所述坝体填料1的表层设置有混凝土面板2，所述混凝土面板2的底端与混凝土连接板3相连，所述混凝土连接板3的末端底部设置有混凝土防渗墙4，所述混凝土防渗墙4伸入到软弱地基10，所述混凝土防渗墙4的底部设置有防渗帷幕5。通过采用上述的地基加固结构，其充分利用了土工合成材料的加筋和反滤作用，能有效的控制土石坝的不均匀沉降变形，降低地基液化发生的可能性，提高了土石坝的稳定性。

进一步的，所述土工格栅加筋垫层7中的加筋材料为单向土工格栅11，拉伸强度在设计计算时确定，单向土工格栅11之间填充碎石填料12，碎石填料12的压实度大于95%，相邻单向土工格栅11的间距d为0.3~0.4m。通过土工格栅加筋垫层7一方面可以增加坝体材料的强度和模量，另一方面可以起到应力扩散的作用，减小和均布上部坝体材料施加到地基上的压力，降低坝体的变形和不均匀沉降。

进一步的，所述土工格室加筋垫层8位于土工格栅加筋垫层7下部，两者之间高度间隔0.3~0.4m，土工格室加筋垫层8由土工格室15和填充于格室内部的碎石填料12组成，碎石填料12利用碎石桩桩体材料，设置1~3层土工格室15。土工格室加筋垫层8一方面起到应力扩散的作用，另一方面作为排水通道。

此外，通过土工格栅加筋垫层和土工格室加筋垫层应力扩散的叠加效应，可进一步减小和均布上部坝体材料施加到地基上的压力，降低坝体的变形和不均匀沉降。

进一步的，每层所述土工格室15的高度h为200mm~250mm。

进一步的，所述土工格室加筋垫层8的顶部铺设有复合土工膜13，所述土工格室加筋垫层8的底部铺设有复合土工织物层14。

进一步的，所述复合土工膜13和复合土工织物层14由土工膜/土工织物17和双向土工格栅16组成；所述双向土工格栅16设置在土工膜/土工织物17的上、下表面。

进一步的，所述碎石桩9顶部与土工格室加筋垫层8底部连接，碎石桩9的桩体长度为软土地基10的厚度，碎石桩9底部与基岩表面接触，桩体直径和桩间距由大坝稳定性计算确定，碎石桩上部外侧包裹有复合土工织物，包裹深度为10~15m。通过包裹起到加筋和反滤的作用，一方面增加碎石桩的刚度和强度，另一方面防止细颗粒土体进入碎石桩内部堵塞排水通道。

进一步的，所述碎石桩9和土工格室加筋垫层8联合形成排水通道。有利于地基土的排水固结，增加地基的强度，降低地基发生液化的可能性。

实施例2：

一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构的施工方法，它包括以下步骤：

步骤一：施工作业时，混凝土防渗墙4、防渗帷幕5和碎石桩9同时进行施工，碎石桩9按两边向中间分序加密的原则依次施工，通过旋转造孔的方式形成桩孔，碎石桩9底部与基覆界面18接触，提前制作与桩孔直径相匹配的复合土工织物6；

步骤二：将复合土工织物6放置于桩孔中，再填筑碎石并进行冲击压实形成碎石桩9，在形成碎石桩的地基表面铺设复合土工织物层14，再铺设土工格室15，并填充碎石填料12，在其上铺设复合土工膜13，形成土工格室加筋垫层8；

步骤三：填筑坝体填料1，并碾压压实至土工格栅加筋垫层7高度，按照加筋间距d铺设单向土工格栅11和填筑坝体填料1，形成土工格栅加筋垫层7，按照规范的要求对大坝进行填筑压实；

步骤四：浇筑混凝土连接板3和混凝土面板2，形成混凝土面板堆石坝。

本发明的优点：

本发明充分利用了土工合成材料的加筋、反滤作用，通过在大坝填筑体内设置土工格栅加筋垫层以及土工格室加筋垫层，可以使上覆压力发生应力扩散，施加到地基土上的应力更加均匀且更小。土工格室加筋垫层与碎石桩相连接，在两者中间以及碎石桩上部设置复合土工织物，不仅可以起到反滤的作用，防止土颗粒流失，同时可以形成排水通道，地基中的水可以沿着土工格室垫层排出，地基土发生固结，强度增加，降低地基发生液化的可能性，通过上述地基加固结构可以有效降低大坝产生的不均匀沉降变形，增加大坝的稳定性。

Claims (9)

1.一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：它包括设置在坝体内部的土工格栅加筋垫层（7）、土工格室加筋垫层（8）和碎石桩（9）；所述碎石桩（9）的顶端包裹固定有复合土工织物（6），所述碎石桩（9）伸入到软弱地基（10）；所述软弱地基（10）的顶层为坝体填料（1）；所述坝体填料（1）的表层设置有混凝土面板（2），所述混凝土面板（2）的底端与混凝土连接板（3）相连，所述混凝土连接板（3）的末端底部设置有混凝土防渗墙（4），所述混凝土防渗墙（4）伸入到软弱地基（10），所述混凝土防渗墙（4）的底部设置有防渗帷幕（5）。

2.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述土工格栅加筋垫层（7）中的加筋材料为单向土工格栅（11），拉伸强度在设计计算时确定，单向土工格栅（11）之间填充碎石填料（12），碎石填料（12）的压实度大于95%，相邻单向土工格栅（11）的间距d为0.3~0.4m。

3.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述土工格室加筋垫层（8）位于土工格栅加筋垫层（7）下部，两者之间高度间隔0.3~0.4m，土工格室加筋垫层（8）由土工格室（15）和填充于格室内部的碎石填料（12）组成，碎石填料（12）利用碎石桩桩体材料，设置1~3层土工格室（15）。

4.根据权利要求3所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：每层所述土工格室（15）的高度h为200mm~250mm。

5.根据权利要求3所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述土工格室加筋垫层（8）的顶部铺设有复合土工膜（13），所述土工格室加筋垫层（8）的底部铺设有复合土工织物层（14）。

6.根据权利要求5所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述复合土工膜（13）和复合土工织物层（14）由土工膜/土工织物（17）和双向土工格栅（16）组成；所述双向土工格栅（16）设置在土工膜/土工织物（17）的上、下表面。

7.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述碎石桩（9）顶部与土工格室加筋垫层（8）底部连接，碎石桩（9）的桩体长度为软土地基（10）的厚度，碎石桩（9）底部与基岩表面接触，桩体直径和桩间距由大坝稳定性计算确定，碎石桩上部外侧包裹有复合土工织物，包裹深度为10~15m。

8.根据权利要求7所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构，其特征在于：所述碎石桩（9）和土工格室加筋垫层（8）联合形成排水通道。

9.权利要求1-8任意一项所述一种混凝土面板堆石坝软弱地基加固结构的施工方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：施工作业时，混凝土防渗墙（4）、防渗帷幕（5）和碎石桩（9）同时进行施工，碎石桩（9）按两边向中间分序加密的原则依次施工，通过旋转造孔的方式形成桩孔，碎石桩（9）底部与基覆界面（18）接触，提前制作与桩孔直径相匹配的复合土工织物（6）；

步骤二：将复合土工织物（6）放置于桩孔中，再填筑碎石并进行冲击压实形成碎石桩（9），在形成碎石桩的地基表面铺设复合土工织物层（14），再铺设土工格室（15），并填充碎石填料（12），在其上铺设复合土工膜（13），形成土工格室加筋垫层（8）；

步骤三：填筑坝体填料（1），并碾压压实至土工格栅加筋垫层（7）高度，按照加筋间距d铺设单向土工格栅（11）和填筑坝体填料（1），形成土工格栅加筋垫层（7），按照规范的要求对大坝进行填筑压实；

步骤四：浇筑混凝土连接板（3）和混凝土面板（2），形成混凝土面板堆石坝。

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