专利名称：充填泥袋结合真空预压填筑堤坝的方法
技术领域：
本发明属于填筑堤坝工程领域。
背景技术：
充填袋也称袋装沙、充泥管袋、充沙管袋。近年来充填袋广泛应用于各类堤坝工程，充填袋采用土工织物制成充填袋袋体，里面可充灌砂料。为满足充填袋的排水固结速度、快速施工、保证施工期袋体稳定性的需要，砂料一般采用砂性土或粉性土，( 0.005mm的颗粒含量< 15%。联体式管状充填袋(CN 201095741Y)由多个横向独立的管状充填袋体通过相邻充灌袖口相连形成联体式管状充填袋体，充灌淤泥质土后形成联体式管状充填袋。管状充填袋体之间的缝隙便于上下层充填袋体错缝排列，形成嵌固，解决了以往充填袋充灌淤泥质土时侧向滚动失稳、需要较长时间才能堆砌上去的问题，满足了充灌淤泥质土时充填袋一层一层快速堆砌施工的需要。但该技术存在以下不足:1)横向独立的管状充填袋体通过袖口相连形成联体袋体，使得联体式管状充填袋体在横向的抗拉能力取决于袖口强度，一般不超过充填袋母材强度的1/5，加筋作用很小，难以适应连续施工填筑高度很大堤坝的需要，也难以适应较差地基条件下填筑较高堤坝的需要。2)仅利用充填袋的自重作为排水固结的加载，且中间缺乏排水通道，使得充填袋内土料的固结速度缓慢，固结时间很长，难以适应在较短时间内形成最终断面和满足堤顶交通通行的需要。例如联体式管状充填袋斜坡堤的高度h=3m，分为3层，每层充填袋厚度1.0m，充灌淤泥的重度Y =16kN/m3，固结系数Cv= 0.0003cm2/s,单面排水距离为1.5m,顶层充填袋的预压荷载为0.5mX 16 kN/m3=8kPa,底层充填袋的预压荷载为2.5mX 16 kN/m3=40kPa,根据《真空预压加固软土地基技术规程(JTS147-2-2009)》计算，排水固结2个月后顶层充填袋、底层充填袋的有效应力分别为2kPa和12kPa，排水固结12个月后顶层充填袋、底层充填袋的有效应力分别为6kPa和28kPa。3)由于固结时间长，使得堤心断面暴露时间长，增加了施工期遭遇风浪作用损坏的风险，制约了在风浪较大地区的应用。软土充填袋筑堤反压固化法(CN 100587169C)提出在软土充填袋(指充填软土形成的充填袋)的顶部及两侧设置包裹材料和橡胶袋，对橡胶袋充气或充水后形成反向压力作用到软土充填袋上，以提高排水固结的加载，从而加快软土充填袋的排水固结速度。但该技术为了承受橡胶袋的反向压力，需要强度很高的包裹材料，费用高，包裹材料与充填袋的连接较为困难，而且随着软土充填袋中软土的排水固结充填袋体积不断压缩，橡胶袋的压力急剧减小，需要不断调整包裹材料的松紧程度。现有真空预压技术用于堤坝软土地基加固时，先对软土地基进行真空预压，软土地基固结后再填筑堤坝，堤坝采用非淤泥类土填筑，但无法实现淤泥类土填筑堤坝堤心结构。现有真空预压技术用于粘性土路堤加固时，存在以下不足:1)粘性土路堤在填筑过程中不能承受水体浸泡和水流波浪作用，因而不能用于水下或有水位、波浪影响的路堤工程。2)当粘性土路堤堤心材料为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，或地基为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土时，由于堤心或地基自身强度很低，连续填筑高度非常有限，根据国标《堤防工程设计规范》，P=5.52Cu/k, p为容许施加荷载，等于填料重度乘以填筑高度，Cu为地基、填料的不排水抗剪强度，k为安全系数，取1.Γ1.5，例如，淤泥重度=16kN/m3，Cu=5kPa，k=l.3，则容许施加荷载p=5.52X5/1.3=21kPa，连续填筑高度=21/16=1.3m，无法适应连续施工填筑高度很大堤坝的需要，也难以适应较差地基条件下填筑较高堤坝的需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种采用充填泥袋联合真空预压填筑堤坝的方法，满足利用淤泥类土 (流泥、淤泥、淤泥混沙、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土)充袋、快速安全地填筑堤坝堤心结构的需要。本发明的技术方案采用在滩面或地面上或底部排水层上分层填筑充填泥袋形成堤坝堤心的初始断面结构，其特征是充填泥袋在堤坝横断面或堤坝轴线方向用缝线方式设置隔舱，充填泥袋充填淤泥类土 ；在充填泥袋的层间设置层间排水层；在堤坝堤心的初始断面的表面及邻近堤坝堤心的滩面或地面上铺设表面排水层和滤水管；滤水管通过真空管路与真空泵连接；层间排水层、表面排水层、滤水管、真空管路连通形成排水通道；在表面排水层上铺设连续封闭的密封膜，密封膜周边密封；开启真空泵对充填泥袋及地基土形成预压，同时将充填泥袋中的水分抽出，使充填泥袋中的土料逐渐固结，达到预期固结度后停止真空预压，形成堤坝堤心结构。本发明与传统技术相比，由于设置了真空预压和排水通道，解决了充灌淤泥类土排水固结速度慢的问题。土料可以采用淤泥类土，彡0.005mm的颗粒含量可以彡15%，甚至可以达到40%，使得充灌的土料突破了彡0.005mm的颗粒含量彡15%的限制，解决了沙石料匮乏而淤泥类土丰富地区就地取材填筑堤坝材料供应问题，而且大大节省工程费用；与联体式管状充填袋相比，本发明采用隔舱解决充填袋侧向滚动稳定性问题，当纵向设置隔舱时，充填袋横向抗拉强度基本不损失，当横向设置隔舱时，充填袋横向抗拉强度损失不超过30%。例如采用淤泥填筑路堤时，淤泥重度=16kN/m3，快剪强度Cu=5kPa，固结快剪内摩擦角Ocu=IO , k=l.3，当采用直接填筑路堤再真空预压时，容许施加荷载P=5.52X5/1.3=21kPa，连续填筑高度=21/16=1.3m，而采用本发明时，充填袋采用230g/m2编织布制作，编织布的抗拉强度为2100N/5cm即42kN/m，每层厚度lm，研究表明，考虑充填袋的加筋作用后，可连续填筑5m高度。本发明充填袋的加筋作用显著，克服了联体式管状充填袋在横向的抗拉能力取决于袖口强度、抗拉能力不足(不超过充填袋母材强度的1/5)、加筋作用有限的问题，可显著提高充填泥袋堤坝堤心断面在施工期的稳定性和连续填筑的高度，从而加快施工速度。设置层间排水层、表面排水层、滤水管、真空管路形成排水通道，并采用真空预压显著加大固结压载，大大加快堤坝堤心结构的排水固结速度，不仅可以适应较短时间内形成最终断面和满足堤顶交通通行的需要，而且可以大大缩短堤心结构的暴露时间，减少堤心结构在遭遇风浪作用下损坏的风险，例如充填泥袋斜坡堤的高度h=3m，分为3层，每层充填泥袋厚度1.0m,充灌游泥的Y =16kN/m3,固结系数Cv= 0.0003cm2/s,每层设置层间排水层(无纺土工布一层)，则充填泥袋单面排水距离缩短为0.5m，顶层充填泥袋的预压荷载达到80kPa+0.5mX16 kN/m3=88kPa，底层充填泥袋的预压荷载达到80 kPa+2.5mX16 kN/m3=120kPao根据《真空预压加固软土地基技术规程(JTS147-2-2009)》计算，排水固结2个月后表层充填泥袋、底层充填泥袋的有效应力分别达到73kPa和99kPa。而同样的联体式管状充填袋，单面排水距离为1.5m，顶层充填泥袋的预压荷载为0.5mX16 kN/m3=8kPa，底层充填泥袋的预压荷载为2.5mX 16 kN/m3=40kPa,排水固结2个月后顶层充填泥袋、底层充填泥袋的有效应力分别为2kPa和12kPa，仅为本发明的1/36和1/8，排水固结12个月后顶层充填泥袋、底层充填泥袋的有效应力分别为6kPa和28kPa。与现有真空预压技术直接加固粘性土路堤相比，由于充填泥袋的保土作用，使得堤心结构可以承受水体浸泡和水流波浪作用，因而可以用于水下或有水位、波浪影响的堤坝工程；由于充填袋的加筋作用，大大提高了堤心结构初始断面的稳定性，克服了因堤心或地基自身强度很低而限制连续填筑高度的问题，可显著提高充填泥袋堤坝的堤心断面在施工期的稳定性和连续填筑的高度，从而加快施工速度。本发明适用于滩面位于水下或水位变动区、陆上的各类堤坝工程堤心结构的填筑，特别适用于利用淤泥类土填筑堤坝工程的堤心结构。
图1为联体式管状充填袋斜坡堤示意 图2为本发明充填泥袋联合真空预压填筑堤坝示意 图3为充填泥袋第一种结构平面示意 图4为充填泥袋第二种结构平面示意 图5为充填泥袋第一种结构A向断面图和第二种结构B向断面 图6为充填泥袋联合真空预压填筑堤坝的一种实施方式断面示意 图7为充填泥袋联合真空预压填筑堤坝的一种实施方式断面示意 图8为充填泥袋联合真空预压填筑堤坝的一种实施方式断面示意 图9为充填泥袋联合真空预压填筑堤坝的一种实施方式断面示意图。
具体实施例方式下面结合
实施本发明的具体方式:
本发明采用充填泥袋I和真空预压填筑堤坝，在滩面或地面上或底部排水层上分层填筑充填泥袋形成堤坝的初始断面结构，充填泥袋在堤坝横断面或堤坝轴线方向设置隔舱，充填泥袋充填淤泥类土 ；在滩面或地面上设置底部排水层，施打竖向排水体贯穿和连接底部排水层和地基16内部；在充填泥袋的层间设置层间排水层；在堤坝初始断面结构的表面及邻近堤坝初始断面结构的滩面或地面上铺设表面排水层5和滤水管10 ;滤水管通过真空管路15与真空泵14连接；层间排水层、表面排水层、滤水管、真空管路连通形成排水通道；在表面排水层上铺设连续封闭的密封膜9，密封膜周边密封；开启真空泵对充填泥袋及地基土形成预压，同时将充填泥袋中的水分逐渐抽出，使充填泥袋中的土料逐渐固结，达到预期固结度后停止真空预压，形成堤坝堤心结构。所述充填泥袋有第一种结构:参见图3、图5，充填泥袋I由外面的充填袋2和里面的土料3组成，充填袋2采用土工织物缝制形成四周封闭、平面为矩形的袋体，设置充灌袖口 18或充灌口，在堤坝横断面方向设置隔舱，隔舱采用缝线4方式形成；充填袋2表面或底面设置加筋带；所述土工织物包括编织土工布、机织土工布、编织复合土工布(编织土工布与无纺土工布复合而成)、机织复合土工布(机织土工布与无纺土工布复合而成)。充填泥袋I在充灌后初始厚度一般> 0.6m、< 1.5m ;淤泥类土 3采用流泥、淤泥、淤泥混沙、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土的一种或几种混合，可进一步掺加水泥、石灰或掺加中粗沙、细沙、粉沙、粉土、粉质粘土、粘土、粉煤灰、氧化剂等各种掺加剂。充填泥袋第二种结构:参见图4、图5，在堤坝轴线方向设置隔舱，其余同充填泥袋第一种结构。所述层间排水层在充填泥袋之间每层设置或间隔一层设置，层间排水层采用砂垫层、排水砂被、砂肋(采用土工织物制成直径0.5m以内的管状袋，充填砂料形成)、碎石垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、塑料排水板、无纺土工布、排水席垫、其他无粘性材料垫层的一种或几种组合，层间排水层也可直接利用充填袋的编织复合土工布或机织复合土工布。所述表面排水层采用砂垫层、排水砂被、碎石垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、无纺土工布、排水席垫、其他无粘性材料垫层的一种或几种组合。所述底部排水层采用砂垫层、排水砂被、碎石垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、无纺土工布、其他无粘性材料垫层的一种或几种组合。所述竖向排水体17采用塑料排水板、砂桩、碎石桩的一种或几种组合。所述密封膜周边密封可采用压膜沟11或密封墙12密封，水平段密封膜上可覆水13。所述排水砂被采用土工织物充填袋充灌砂料形成，砂料采用粉砂、细砂、中砂、粗砂的一种或几种组合、混合，其< 0.005mm的颗粒含量< 10%,其渗透系数彡lX10_4cm/s。所述其他无粘性材料垫层< 0.005mm的颗粒含量< 10%,如碌石砂垫层、道洛垫
层、二片石垫层、小块石垫层、开山石垫层、塘渣垫层、山皮石垫层。实施例一:参见图6，在滩面或地面上，全部或部分采用充填泥袋I的第一种结构(见图3、图5)，分层填筑形成堤坝堤心结构的初始断面；在充填泥袋I的层间设置层间排水层6 (塑料排水板、无纺土工布、排水席垫、透水管)，层间排水层6在堤坝堤心结构初始断面的两侧与表面排水层5(砂垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、排水砂被、无纺土工布、排水席垫、其他无粘性材料垫层)连通。在堤坝堤心结构初始断面的表面(含顶部、两侧边坡、内外平台)及邻近堤心结构初始断面的滩面或地面上铺设表面排水层5、滤水管10，通过真空管路15与真空泵14连接，在表面排水层5上铺设连续封闭的密封膜9，密封膜9周边密封；开启真空泵14，对充填泥袋I形成预压，同时将充填泥袋I中的水分逐渐抽出，充填泥袋I中的土料3逐渐固结，达到预期固结度后停止真空预压，形成堤坝堤心结构的最终断面。实施例二:参见图7，在充填泥袋I的层间组合设置层间排水层6 (塑料排水板、无纺土工布、排水席垫、透水管)和第二类层间排水层7 (砂垫层、排水砂被、砂肋、碎石垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、其他无粘性材料垫层)，在堤坝堤心结构初始断面的两侧与表面排水层5 (砂垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、排水砂被、无纺土工布、排水席垫、其他无粘性材料垫层)连通。其余同实施例一。
实施例三:参见图8，在滩面或地面上，全部或部分采用充填泥袋I的第二种结构(见图4、图5)，分层填筑形成堤坝堤心结构的初始断面。其余同实施例二。实施例四:参见图9，在滩面或地面上设置底部排水层8，施打竖向排水体17贯穿并连接底部排水层8和地基16内部；在底部排水层8上，全部或部分采用充填泥袋I的第一种结构或第二种结构，分层填筑形成堤坝堤心结构的初始断面；在充填泥袋I的层间设置第一类层间排水层6 (塑料排水板、无纺土工布、排水席垫、透水管)，层间排水层6在堤坝堤心结构初始断面的两侧与表面排水层5(砂垫层、袋装砂垫层、袋装碎石垫层、袋装瓜子片垫层、排水砂被、无纺土工布、排水席垫、其他无粘性材料垫层)连通。在堤坝堤心结构初始断面的表面(含顶部、两侧边坡、内外平台)及邻近堤心结构初始断面的滩面或地面上铺设表面排水层5、滤水管10，通过真空管路15与真空泵14连接，在表面排水层5上铺设连续封闭的密封膜9，密封膜9周边采用压膜沟11或密封墙12密封，水平段密封膜9上覆水13 ;开启真空泵14，对充填泥袋I及地基土 16形成预压，同时将充填泥袋I中的水分和地基16中的水分逐渐抽出，充填泥袋I中的土料3和地基土 16逐渐固结，达到预期固结度后停止真空预压，形成堤坝堤心结构的最终断面。
权利要求
1.充填泥袋结合真空预压填筑堤坝的方法，采用在滩面或地面上或底部排水层上分层填筑充填泥袋形成堤坝堤心的初始断面结构，其特征是充填泥袋在堤坝横断面或堤坝轴线方向用缝线方式设置隔舱，充填泥袋充填淤泥类土 ；在充填泥袋的层间设置层间排水层；在堤坝堤心的初始断面的表面及邻近堤坝堤心的滩面或地面上铺设表面排水层和滤水管；滤水管通过真空管路与真空泵连接；层间排水层、表面排水层、滤水管、真空管路连通形成排水通道；在表面排水层上铺设连续封闭的密封膜，密封膜周边密封；开启真空泵对充填泥袋及地基土形成预压，同时将充填泥袋中的水分抽出，使充填泥袋中的土料逐渐固结，达到预期固结度后停止真空预压，形成堤坝堤心结构。
2.根据权利要求1所述的充填泥袋结合真空预压填筑堤坝的方法，其特征是在滩面或地面设置底部排水层，底部排水层设置竖向排水体贯穿和连接底部排水层和地基内部。
3.根据权利要求1所述的充填泥袋结合真空预压填筑堤坝的方法，其特征是充填泥袋充填的淤泥类土掺加水泥、石灰或掺加中粗沙、细沙、粉沙、粉土、粉质粘土、粘土、粉煤灰、氧化剂。
全文摘要
充填泥袋结合真空预压填筑堤坝的方法，涉及填筑堤坝工程领域，本发明的技术方案采用充填袋充灌淤泥类土形成充填泥袋，分层填筑形成堤坝堤心结构的初始断面；设置层间排水层、表面排水层、滤水管，通过真空管路与真空泵连接，形成排水通道；铺设密封膜，开启真空泵，对充填泥袋形成预压，将充填泥袋中的水分逐渐抽出，充填泥袋中的土料逐渐固结，形成堤坝堤心结构的最终断面。本发明用于滩面位于水下或水位变动区、陆上的各类堤坝工程利用淤泥类土填筑堤心结构。
文档编号E02B3/10GK103205952SQ20121000885
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者马兴华, 黄东海, 周海, 顾勇 申请人:中交上海航道勘察设计研究院有限公司