用于提高软黏土堆体稳定性的排水-加筋结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高软黏土堆体稳定性的排水

【技术实现步骤摘要】
用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构及施工方法


[0001]本专利技术属于软黏土堆填
，特别是涉及一种用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构及施工方法。

技术介绍

[0002]《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ83
‑
2011)中将软黏土定义为：天然孔隙比大于或等于1.0、天然含水量大于液限、具有高压缩性、低强度，高灵敏度、低透水性和高流变性，且在较大地震力作用下可能出现震陷的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。按这些工程性质结合自然地质地理环境，将我国软黏土划分为三个分布区：华北平原、环渤海湾以及东北三江平原等地区、长江中下游地区、珠江流域和云贵高原，综上可见，我国软黏土分布甚广，区域类型较多。
[0003]近些年，随着我国城市化进程加快和地下空间大规模开发建设，沿海沿江地区各类建筑物、构筑物、管网等地基开挖过程中产生了大量软黏土。将开挖产生的软黏土运送到受纳场进行堆填是目前我国处置此类土的主要方式。以杭州为例，目前杭州地铁建设排放的软黏土主要经过车辆运输到中站码头，再通过船舶转运到德清、长兴等附近县市20多个受纳场进行消纳填埋。由于缺乏相关国家标准，这些受纳场通常存在超高超速堆填、压实工序缺失、导排设施不完善等问题，从而导致堆体滑坡或崩塌事故时有发生。2015年12月20日，深圳光明新区红坳渣土受纳场发生滑坡事故，约270万立方米的废弃软黏土出现失稳滑动，使33栋建筑掩埋被破坏，导致77人死亡，直接经济损失8.81亿元。因此，探索科学合理的软黏土堆填技术，既能保障堆体长期安全稳定，又能完善相关国家标准。
[0004]在缺乏有效排水设施的软黏土堆填工程中，随着堆体不断堆高，堆体内部逐渐饱和，排水固结进程迟缓，抗剪强度增长缓慢，当出现超高超速堆填时容易达到临界破坏点而发生滑坡现象。针对该现象，解决途径主要有以下两种：1)缩短排水路径、加快固结进程、增大密实程度，提升软黏土的抗剪强度；2)采用加筋土技术，利用筋土之间摩擦咬合作用以及筋材良好抗拉性能，提高软黏土堆体的抗剪强度。目前，途径1)和途径2)共同作用的主要方法为在软黏土层中铺设复合土工排水网。然而，已有实验发现黏性土与复合土工排水网之间的界面强度很低，甚至会低于填土本身强度，加筋效果通常无法满足工程需求。其主要原因为：1)黏性土通常具有含水率高和渗透性低的特点，从而造成其排水固结慢、压实性能差、蠕变潜力大；2)土工合成材料侧限土体、承受拉伸变形的能力是通过土与土工合成材料界面上的应力传递来实现的，由于软黏土细粒含量高，与土工合成材料间的剪切性能较差。因而在软黏土上直接辅设复合土工排水网，筋土间摩擦、黏结和嵌锁作用较弱，其加固效果并不理想。
[0005]中国专利公开了一种移山填沟工程中黄土高填方及其施工方法(公开号：CN106193062A，公开日：20161207)，其公开了：移山填沟工程中黄土高填方由下至上依次由石灰桩复合地基层、碎石排水层和黄土层组成。其中，碎石排水层由下至上依次由复合土工膜、碎石层和三维复合排水网层叠组成；黄土层由压实黄土层和加筋黄土层由下至上层叠
组成，加筋黄土层中均匀掺杂有玻璃纤维且铺设有多层双向土工格栅。该技术方案的不足之处在于：软黏土具有含水率高、渗透性差、抗剪强度小等特点，该技术方案排水层只设置于石灰桩复合地基和土层的中间，而土层中未设置，不利于软黏土固结，因此不适用于软黏土堆填工程。
[0006]中国专利公开了一种道路路堤的高强钢丝网加筋材填筑结构(公开号：CN210507006U，授权日：20200512)，其包括高强钢丝网和填土，高强钢丝网的一端折弯有折角，折边预留有网面作为反包盖面；填土压实设置在高强钢丝网的网面上，反包盖面固定在填土的压实面上；高强钢丝网采用多层叠加铺设，上层的高强钢丝网铺设在下层的反包盖面上，每幅高强钢丝网都通过绞合钢丝绞边连接；从底部往上数第二或第三层高强钢丝网上设置有碎石排水层。该技术方案的不足之处在于：软黏土具有含水率高、渗透性差、抗剪强度小等特点，碎石排水层设置于从底部往上数第二或第三层高强钢丝网上，其余高强钢丝网上未设置，不利于软黏土堆体内部固结排水，因此不适用于软黏土堆填工程。
[0007]中国专利公开了格栅网管联合粗粒料深层加固软质边坡的结构及施工方法(公开号：CN110952571B，授权日：20210427)，该结构包括空心网管状的格栅网管和设置在其内部的土工管袋，土工管袋的内部填充粗粒料。该技术方案的不足之处在于：格栅网管直接与软黏土接触，由于软黏土一般细粒含量和含水率高，因此与格栅网管之间界面抗剪强度较低，不利于边坡的稳定。

技术实现思路

[0008]针对以上技术问题，本专利技术提出一种用于提高软黏土堆体稳定性的排水
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加筋结构及施工方法。
[0009]一种用于提高软黏土堆体稳定性的排水
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加筋结构，所述排水
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加筋结构与软黏土堆体的软黏土层依次堆叠，且顺坡向与软黏土堆体的软黏土层所在的水平面间设有倾角；所述排水
‑
加筋结构包括排水层和抗拉透水层，抗拉透水层设置在排水层内，且排水层的一侧设有排水沟。
[0010]所述排水层包括上细粒土层、粗粒土层和下细粒土层，上细粒土层与上部的软黏土层相接触，下细粒土层与下部的软黏土层相接触；所述抗拉透水层包括上加筋层和下加筋层，上加筋层设置在上细粒土层和粗粒土层之间，粗粒土层设置在上加筋层和下加筋层之间，下加筋层设置在粗粒土层和下细粒土层之间；所述排水沟位于下细粒土层的一侧，且排水沟与下细粒土层相连通。
[0011]所述上细粒土层和下细粒土层均采用细砂或粉土填料填充而成，所述粗粒土层采用中
‑
粗砂或细
‑
中砾填料填充而成。
[0012]所述上加筋层和下加筋层均采用具有良好抗拉性能和透水性能的土工格栅或土工格室材料制成。
[0013]所述上细粒土层和下细粒土层的厚度的计算公式均为：
[0014][0015]式中，h
fl
表示上细粒土层(2
‑
1)和下细粒土层(2
‑
2)的厚度，d
si
表示软黏土堆体中第i层排水
‑
加筋结构中剪切带的厚度。
[0016]所述第i层排水
‑
加筋结构中剪切带的厚度d
si
根据筋材拉拔过程筋土界面剪应力分布曲线中剪应力不小于峰值界面剪应力5％的区间进行确定，所述筋土界面剪应力分布曲线的公式为：
[0017][0018]式中，τ表示筋土界面剪应力；p表示排水
‑
加筋结构的上覆荷载；z表示计算点距上加筋层或下加筋层的距离，向上为正值，向下为负值。
[0019]所述粗粒土层厚度的计算公式如下：
[0020][0021]式中，h
ci
表示第i层排水
‑
加筋结构中粗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述排水
‑
加筋结构与软黏土堆体的软黏土层(1)依次堆叠，且顺坡向与软黏土层(1)所在的水平面间设有倾角；所述排水
‑
加筋结构包括排水层和抗拉透水层，抗拉透水层设置在排水层内，且排水层的一侧设有排水沟(6)。2.根据权利要求1所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述排水层包括上细粒土层(2
‑
1)、粗粒土层(4)和下细粒土层(2
‑
2)，上细粒土层(2
‑
1)与上部的软黏土层(1)相接触，下细粒土层(2
‑
2)与下部的软黏土层(1)相接触；所述抗拉透水层包括上加筋层(3
‑
1)和下加筋层(3
‑
2)，上加筋层(3
‑
1)设置在上细粒土层(2
‑
1)和粗粒土层(4)之间，粗粒土层(4)设置在上加筋层(3
‑
1)和下加筋层(3
‑
2)之间，下加筋层(3
‑
2)设置在粗粒土层(4)和下细粒土层(2
‑
2)之间；所述排水沟(6)位于下细粒土层(2
‑
2)的一侧，且排水沟(6)与下细粒土层(2
‑
2)相连通。3.根据权利要求2所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述上细粒土层(2
‑
1)和下细粒土层(2
‑
2)均采用细砂或粉土填料填充而成，所述粗粒土层(4)采用中
‑
粗砂或细
‑
中砾填料填充而成。4.根据权利要求2所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述上加筋层(3
‑
1)和下加筋层(3
‑
2)均采用具有抗拉性能和透水性能的土工格栅或土工格室材料制成。5.根据权利要求2所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述上细粒土层(2
‑
1)和下细粒土层(2
‑
2)的厚度的计算公式均为：式中，h
fl
表示上细粒土层(2
‑
1)和下细粒土层(2
‑
2)的厚度，d
si
表示软黏土堆体中第i层排水
‑
加筋结构中剪切带的厚度。6.根据权利要求5所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述第i层排水
‑
加筋结构中剪切带的厚度d
si
根据筋材拉拔过程筋土界面剪应力分布曲线中剪应力不小于峰值界面剪应力5％的区间进行确定，所述筋土界面剪应力分布曲线的公式为：式中，τ表示筋土界面剪应力；p表示排水
‑
加筋结构的上覆荷载；z表示计算点距上加筋层(3
‑
1)或下加筋层(3
‑
2)的距离，向上为正值，向下为负值。7.根据权利要求2所述的用于提高软黏土堆体稳定性的排水
‑
加筋结构，其特征在于，所述粗粒土层(4)厚度的计算公式如下：式中，h
ci
表示第i层排水
‑
加筋结构中粗粒土层(4)的厚度，k表示软黏土竖向渗透系数，B表示粗粒土层(4)的宽度，L表示粗粒土层(4)的长度，k
c
表示粗粒土层(4)填料的横向渗透系数。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐辉，王锦楠，吴春远，李恒恒，冯壮雄，
申请(专利权)人：浙江省隧道工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：