专利名称：软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法
技术领域：
本发明涉及堤防加固工程技术领域，尤其涉及一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法。主要适用于软弱土地基中堤防加宽加高工程差异沉降控制和新老堤防结合面防渗等技术领域。
背景技术：
随着全球气候变暖，全局生态恶化，特大暴雨、台风等恶劣气候骤增，对堤防等工程安全构成严峻地挑战。1998年长江流域特大暴雨洪水导致九江市城防堤决堤，2005年美国新奥尔良地区由于台风引起堤防破坏，均造成大量人员伤亡、以及直接经济损失等严重 的后果。我国已建成堤防工程约28万公里，但是由于我国绝大多数水利设施兴建于上世纪50-70年代，限于当时的技术、经济等条件限制，不少堤防的设计、施工质量存在“先天不足”导致目前大量堤防存在多种病害；病害堤防对人民生命财产安全造成极大的威胁，也是每年汛期防洪安全的薄弱环节。近年来，中国政府作出了灾后重建、整治江湖、兴修水利的重大决策，大幅增加对以长江堤防建设为主的长江中下游防洪工程建设的投资力度，对老堤防进行加宽加高等综合整治，以提高其防洪抗灾能力。软弱土地基上的堤防工程，老堤防下部软弱土在长期荷载作用下基本完成固结沉降；而新增堤防部分下部软弱土在新增荷载作用下将引起较大的沉降，导致新老堤防差异沉降，影响加固堤防的整体稳定性和安全性。因此，新老堤防的结合面处治技术就显得尤为重要，探讨处治新老堤防结合面、有效控制新老堤防差异沉降的技术方案显得尤为迫切。在本发明之前，工程技术人员对高速公路路基拼宽工程技术进行了一定的研究，中国发明专利申请“采用桩板式挡墙进行高填方路基拼接的方法”(申请号201110211046. 4)公开了一种在老路基边坡纵向进行挖孔灌注桩和钢筋混凝土挡土墙施工，再对老路基坡面进行削坡和开挖台阶，然后分层填筑、压实路基填料，最后施工路面的高速公路拼宽工程技术方案。该法具有节约路基横截面占用耕地面积、施工简便等技术优势；不过同时也存在处治费用较高、路堤侧向变形控制要求更严格等不足。中国发明专利申请“一种锚固式道路路基加宽方法”(申请号201210125803.0)公开了一种锚固式道路加宽方法，即先对老路基坡面进行削坡、开挖台阶，在台阶面施工倾斜锚杆，分层填筑新路基并在台阶面处铺设土工格栅，并让土工格栅与锚杆外露部分连接。该法通过锚杆和土工格栅把新老路堤连接在一起，锚杆与土工格栅的连接和同时运用可以避免土工格栅在老路基台阶上滑动，提高新老路基稳定性；锚杆和土工格栅组合使用在一定程度上起到连接新老路基的作用，但是由于土工格栅本身并未与老路基咬合，因此在克服新老路基滑动上的效果受到限制，同时锚杆的使用也增加了工程处治费用。此外，土工格栅作为连接新老路基连接筋，容易在土工格栅与土体接触界面生成新老路基之间的渗流连通面。由于高速公路等道路工程的拼宽工程，一般仅进行加宽、而不进行加高处理；同时其路堤基本在地下水位线以上，基本不需要考虑新老路基结合面之间的防渗问题。堤防工程一般处于沿海、沿江软弱土地区，新增加宽加高堤防需要考虑与老堤防之间的有效衔接问题、差异沉降问题、以及防渗等技术问题。而目前已有技术方案中，少有针对堤防加宽加高工程差异沉降和防渗控制的有效处治技术方案，新老堤防结合面铺设土工格栅的施工工艺仅限于在新堤防中铺设，而没有针对在老堤防中铺设土工合成材料的施工工艺；已有道路工程中的一些技术方法简单套用到堤防工程中也存在许多不足和技术缺陷。因此，开发一种可以有效控制新老堤防加宽加高工程中新老堤防差异沉降、并有效防止结合面渗漏问题的技术方法成为一个刻不容缓的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足和缺陷，解决软弱土地基上堤防加宽加高工程的横截面差异沉降以及新老堤防结合面防渗问题，提出一种利用复合土工布联合注浆法处治新老堤防结合面的施工方法，利用专用施工机械在老堤防内沿着堤防纵向掘进并铺设复合 土工布，使复合土工布与老堤防有效咬合，填筑完新堤防后，通过预埋在复合土工布内的注浆管对新老堤防结合面进行注浆，以达到挤密新老堤防结合面和防渗的双重效果。本发明采用的技术方案为在老堤防与新堤防结合部位开挖一个工作井，并将钻机上的微型钻头布置在工作井内，出土槽和复合土工布依次紧挨在钻杆后面并与钻杆上的连接环连接也布置在工作井内；通过沿堤防方向钻机的钻进作用，带注浆管的复合土工布铺设在老堤防内和新加宽堤防上面；依次完成各设计位置的带注浆管的复合土工布的铺设和新加宽加高堤防的填筑后，在工作井内通过注浆管对复合土工布所在的新老堤防结合面部位进行注浆处理；从而完成加宽加高工程新老堤防结合面的处治方案。一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，包括以下技术步骤
(1)平整场地，测量放线，确定施工工作井的位置，埋设带注浆管的复合土工布的铺设位置以及在老堤防内部的埋设深度；
(2)在老堤防内部开挖施工工作井，在老堤防坡面开挖第一级台阶工作面；
(3)在台阶工作面上布置钻机，在施工工作井中，依次布置带齿轮钻杆、出土槽和带注浆管的复合土工布，并通过连接环将带注浆管的复合土工布与带齿轮钻杆连接，出土槽布置在部分展开的带注浆管的复合土工布上面，并与带齿轮钻杆活动连接；
(4)启动钻机，使带齿轮钻杆掘土，并通过出土槽横向排出渣土，同时沿着堤防方向移动钻机和钻杆，使老堤防内形成水平纵向微缝，带注浆管的复合土工布跟随钻机和钻杆的纵向移动而布置在水平纵向微缝内；
(5)铺设完本级台阶工作面上的带注浆管的复合土工布后，移开钻机和钻杆，填筑新加宽堤防筑堤材料，并分层碾压；
(6)填筑到设计下一级工作面，开挖下一级台阶工作面，重复(3)- (5)施工步骤，完成后续各级新加宽堤防填筑；
(7)完成新加宽堤防与老堤防结合面带注浆管的复合土工布的铺设和新加宽堤防的填筑后，填筑新加闻部分堤防；
(8)完成加宽加高填筑后，在施工工作井对带注浆管的复合土工布进行水泥浆液或高聚物材料注浆；(9)注浆完成后，回填施工工作井，最后完成整体堤防加宽加高工程结合面处治技术的施工。所述的施工工作井，其深度为5-15 m,长度为3-7 m,宽度为2-5 m,具体施工工作井深度根据从老堤防顶部向下开挖至堤底第一级带注浆管的复合土工布铺设位置来确定，施工工作井长度根据带注浆管的复合土工布在老堤防内的埋设深度确定，施工工作井宽度根据依次布置带齿轮钻杆、出土槽和带注浆管的复合土工布卷材的空间宽度确定；为了减少带注浆管的复合土工布与堤防土体之间的摩擦阻力，在沿堤防方向每隔1-3 km设置一个施工工作井。
所述的带注浆管的复合土工布，宽度为4-10 m，其中带注浆管的复合土工布在老堤防内部的宽度为2-5 m;复合土工布内部布设横向和纵向贯通的注浆软管，在埋设完成复合土工布和新加宽加高堤防填筑之后，通过注浆软管对复合土工布所埋设的新老堤防结合面进行注浆。所述的钻杆，其直径为5-15 cm，长度为2-6 m，钻杆外部为螺旋齿轮，在钻杆上设置三个连接带注浆管的复合土工布和出土槽的连接环。
所述的出土槽，为长度为2-6 m,高度为5-15 cm,远离钻机端宽度为O. 2-0. 5 m,靠近钻机端宽度为1-2 m的梯形半封闭腔体，其中靠近钻杆和钻机一侧敞开。所述的工作台阶，为在老堤防坡面开挖的直角边，一般新老堤防加宽加高工程设置2-4个工作台阶。所述的浆液，为水泥浆液或者高聚物材料浆液。
本发明的优点和效果在于利用水平钻杆沿老堤防纵向钻水平微缝的同时，埋设带注浆管的复合土工布，填筑完新加宽加高堤防之后，通过预埋在复合土工布里的注浆软管对新老堤防结合面进行注浆；从而有效控制新老堤防结合面差异沉降引起堤防纵向裂缝和新老堤防结合面防渗问题。该技术方法属于非开挖施工技术，不需要进行大量开挖，工程量少，工程造价低，同时确保连接新老堤防结合面的土工布有效地布置在老堤防内部，土工布与老堤防胶合紧密；带注浆管的复合土工布，在填筑完成加宽加高新堤防之后，通过注浆挤密了新老堤防结合面，浆液与土体的胶结，有效地防止了水在新老堤防结合面处的渗透。与传统的在新加宽堤防下部地基打设桩基础技术相比，本发明方法大大节省了施工成本和施工工期，同时具有打桩基础技术所不具备的防渗功能；与传统的在新老堤防结合面铺设土工格栅技术相比，本发明方法让土工布有效地铺设在老堤防内部，使其与老堤防咬合紧密，大大提高了横向加筋效果，同时也具有单纯铺设土工格栅技术所不具备的防渗功能。本发明技术方法，解决了横向加筋材料在老堤防内的铺设技术难题；同时也是一种减少软弱土地基上堤防加宽加高工程引起堤防纵向裂缝和渗漏的有效技术措施。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处治效果显著。
图I为本发明的施工完成后横截面结构示意图；图2为本发明的施工井布置结构纵向示意 图3为本发明的施工过程中横截面结构示意 图4为本发明钻杆、出土槽和复合土工布布置的截面示意 其中，I为老堤防，2为新堤防，3为软弱土地基，4为老堤防顶面，5为新加高堤防顶面，6为加宽处老堤防坡面，7为新加宽堤防坡面，8为新老堤防结合面台阶工作台面，9为带注浆管的复合土工布，10为注浆浆液与土体混合物，11为施工工作井，12为钻机，13为带齿轮钻杆，14为出土槽，15为复合土工布与钻杆连接环。
具体实施例方式以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式
。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。首先，平整场地，测量放线，确定埋设复合土工布9的位置以及在老堤防I内部的深度；在老堤防I内部开挖施工工作井11，在老堤防坡面4开挖第一级台阶工作面8 ;在台阶工作面8上布置钻机12，在施工工作井11中，依次布置带齿轮钻杆13、出土槽14和带注浆管的复合土工布9，并将带注浆管的复合土工布9与带齿轮钻杆13通过连接环15连接，出土槽14布置在部分展开的带注浆管的复合土工布9上面，并与带齿轮钻杆13活动连接；开动钻机12，带齿轮的钻杆13掘土，并通过出土槽14横向排出，同时沿着堤防纵向移动钻机12和钻杆13，使老堤防I内形成水平纵向缝，带注浆管的复合土工布9跟随钻机12和钻杆13的纵向移动而布置在水平纵向微缝内；铺设完第一级台阶工作面8上的带注浆管的复合土工布9后，移开钻机12和钻杆13，填筑新加宽堤防2筑堤材料，并分层碾压；填筑到设计第二级工作面，开挖第二级台阶工作面8，重复上述施工步骤，完成后续各级新加宽堤防2填筑；完成新加宽堤防2与老堤防I结合面6带注浆管的复合土工布9的铺设和新加宽堤防2的填筑后，填筑新加高部分堤防2 ;完成加宽加高填筑后，在施工工作井11对带注 浆管的复合土工布9进行水泥浆液或高聚物材料注浆；注浆完成后，回填工作井11，最后完成整体堤防加宽加高工程结合面处治技术施工。
权利要求
1.一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，包括以下技术步骤 (1)平整场地，测量放线，确定施工工作井的位置，埋设带注浆管的复合土工布的铺设位置以及在老堤防内部的埋设深度； (2)在老堤防内部开挖施工工作井，在老堤防坡面开挖第一级台阶工作面； (3)在台阶工作面上布置钻机，在施工工作井中，依次布置带齿轮钻杆、出土槽和带注浆管的复合土工布，并通过连接环将带注浆管的复合土工布与带齿轮钻杆连接，出土槽布置在部分展开的带注浆管的复合土工布上面，并与带齿轮钻杆活动连接； (4)启动钻机，使带齿轮钻杆掘土，并通过出土槽横向排出渣土，同时沿着堤防方向移动钻机和钻杆，使老堤防内形成水平纵向微缝，带注浆管的复合土工布跟随钻机和钻杆的纵向移动而布置在水平纵向微缝内； (5)铺设完本级台阶工作面上的带注浆管的复合土工布后，移开钻机和钻杆，填筑新加宽堤防筑堤材料，并分层碾压； (6)填筑到设计下一级工作面，开挖下一级台阶工作面，重复(3)- (5)施工步骤，完成后续各级新加宽堤防填筑； (7)完成新加宽堤防与老堤防结合面带注浆管的复合土工布的铺设和新加宽堤防的填筑后，填筑新加闻部分堤防； (8)完成加宽加高填筑后，在施工工作井对带注浆管的复合土工布进行水泥浆液或高聚物材料注浆； (9)注浆完成后，回填施工工作井，最后完成整体堤防加宽加高工程结合面处治技术的施工。
2.权利要求I所述的一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，其特征在于施工工作井的深度为5-15 m，长度为3-7 m，宽度为2_5 m;在沿堤防方向每隔1-3 km设置一个施工工作井。
3.权利要求I所述的一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，其特征在于复合土工布内部布设横向和纵向贯通的注浆软管，带注浆管的复合土工布宽度为4-10 m，其中埋设在老堤防内部的宽度为2-5 m。
4.权利要求I所述的一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，其特征在于钻杆直径为5-15 cm,长度为2-6 m,钻杆外部为螺旋齿轮,在钻杆上布置三个连接浆管的复合土工布和出土槽连接环。
5.权利要求I所述的一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，其特征在于出土槽长度为2-6 m，高度为5-15 cm，远离钻机端宽度为O. 2-0. 5 m，靠近钻机端宽度为1-2 m的梯形半封闭腔体，其中靠近钻杆和钻机一侧敞开。
全文摘要
一种软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治的施工方法，利用水平钻杆沿老堤防方向钻水平微缝的同时埋设带注浆管的复合土工布，通过预埋在复合土工布里的注浆管对新老堤防结合面进行注浆；从而有效控制新老堤防结合面差异沉降引起堤防纵向裂缝和解决新老堤防结合面的防渗问题。本发明技术方法，解决了横向加筋材料在老堤防内的铺设技术难题；通过带注浆管的复合土工布注浆，挤密新老堤防结合面，并有效防止水在新老堤防结合面处的渗透。从而，有效控制软弱土地基上堤防加宽加高工程结合面处治不当引起堤防纵向裂缝和渗漏问题。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处治效果显著。
文档编号E21B17/22GK102966072SQ20121045432
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者孔纲强, 庄妍, 徐惠民, 张子龙, 陈佳 申请人:河海大学