一种兼具滤水及增强抗弯沉能力的复合结构及其制作方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种兼具滤水及增强抗弯沉能力的复合结构及其制作方法。

背景技术：

在城区开发建设时，通常需要对开发区域进行挖、填、夯击等处理形成地层。由挖、填和夯实后形成的地层与天然地层差异很大，所以称为重塑地层。城区的各种建筑及构筑物都建筑在重塑地层中或其上面。

长期以来，城区各种机动车主干道、人行道、休闲广场、车站甚至多层建筑物底层的地板常遭遇导致数人死、伤及巨大财产损失的骤发性塌陷灾难。这类塌陷在发生前地表没有可见沉降，塌坑在几何形态上看似为直立管状。

骤发性塌陷发生的根本原因是地层中存在较大体积的空洞；塌陷发生前地表无沉降现象及塌坑面直立，意味着地层没有弯沉(挠曲)变形能力。

地层中出现导致上部塌陷的空洞，最可能的原因是地层中经由渗流衍生形成流水通道。地层中某些部位填充料颗粒经通道由流水不断带走，日积月累形成具有较大体积的空洞。

目前相关土工材料性能单一，如土工格栅、土工格室在地层填筑施工添加的结果是增加局部强度，土工布仅仅起到滤水作用。为了阻止骤发性塌陷的发生，需要研发一种同时兼具滤水和增强地层弯沉能力的复合土工材料及相应的建造技术。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本项目的目的在于研发一种能将水从地层填筑体中滤除并同时具有增强地层抗弯沉能力的土工加固材料，构建阻断重塑地层孕育骤发性塌陷途径的特定施工工艺。

为达到上述目的，本发明主要提供了如下方案：

一种兼具滤水及增强抗弯沉能力的复合结构，包括具有滤水性能的土工加固复合材料和快速联结装置；所述土工加固复合材料包括竹筋网3，竹筋网3上铺设有复合土工布4，土工加固复合材料上下面分别安装有上扣板1和下扣板2；上扣板1和下扣板2通过9相互固定；土工加固复合材料之间通过快速联结装置相连；快速联结装置包括分别处于土工加固复合材料上下面的上联结卡板6和下联结卡板7；上联结卡板6和下联结卡板7上均形成有预制联结孔8，预制联结孔8内插入有联结栓10；所述联结栓10包括拴体101，拴体101底部轴接有卡条102，卡条102顶部通过弹簧11与拴体101相连。

进一步的改进，所述土工加固复合材料中的竹筋网3由竹子编织而成，位于上扣板1和下扣板2之间；竹筋网3上每根竹筋宽度为2mm，厚度为2mm，长度为2m。

进一步的改进，所述上扣板1和下扣板2均为竹制。

进一步的改进，所述上扣板1和下扣板2形成边框扣合装置和加强扣合装置；边框扣合装置设置于土工加固复合材料四周，起固定边界作用；边框扣合装置的上扣板1和下扣板2的宽度为20mm，厚度为2mm，长度为2m；且上扣板1和下口板2上分别等距设置三个完全相同的半径为5mm的预制扣合孔5；加强扣合装置置于土工加固复合材料的内部，每隔500mm布置一道，纵横交错，起增强固定作用；加强扣合装置的上扣板1和下扣板2的宽度为20mm，厚度为2mm，长度为0.4m；且上扣板1和下口板2上分别等距设置三个完全相同的半径为5mm的预制扣合孔5。

进一步的改进，所述扣合装置中的上扣板1和下扣板2之间利用扣合栓9通过预制扣合孔5快速扣合，使得竹筋网3和复合土工布4被上扣板1和下扣板2紧密扣合。

进一步的改进，所述扣合栓9包括带有外螺纹的拴体91，拴体91上铰接有第一连杆92，第一连杆92铰接有第二连杆93，拴体91上成形有凹槽94，凹槽94滑动连接有与凹槽94配合的滑块95，滑块95铰接连接第二连杆93，所述凹槽为t形槽或燕尾槽。

进一步的改进，所述快速联结装置由两块完全相同的、且具有相同预制联结孔8的上联结卡板6、下联结卡板7和联结栓10构成；其中上联结卡板6、下联结卡板7宽度为40mm，厚度为2mm，长为1.8m，在其上每隔400mm设置一个半径10mm的预制联结孔8，并在现场施工时设置于距边框扣合装置200mm的搭接处。

进一步的改进，所述弹簧11由高强钢绞线制成，在将联结栓10安装入上联结卡板6、下联结卡板7时弹簧11会收缩使其能通过预制联结孔8，当完全通过预制联结孔8后联结栓10弹簧11伸展开，从而让锥头向两侧扩张，达到固定联结的作用。

一种兼具滤水及增强抗弯沉能力的复合结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤一，将龄期不低于3年的毛竹制作成竹片，竹片分别用于制作竹筋、扣板以及联结卡板；扣板包括上扣板1和下扣板2；联结卡板包括上联结卡板6和下联结卡板7；

步骤二，先对竹片做杀菌、防虫、防腐处理：用硼酸和水配置浓度为6～8％的硼酸溶液，将竹片浸泡在硼酸溶液中，使竹片完全浸没在硼酸溶液中24小时：然后竹片取出风干，当气温在20℃以上时自然风干5～7天，当气温在20℃以下时自然风干7～10天；然后对竹片进行防水处理：采用毛刷将拌匀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青防水涂料涂刷竹片表面，共涂刷2层，第一层刷完后静置6～8小时再涂刷第二层，总涂膜的厚度控制在0.4～0.6mm，待24小时后竹片涂膜干燥完毕；

步骤三，将竹筋进行编织制成竹筋网，其中每一个网格的尺寸为1～2cm×1～2cm；将编织好的竹筋网与一块复合土工布4对齐，组成土工加固复合材料；在土工加固复合材料四周设置四道边框扣合装置，起到固定边界作用；然后再在土工加固复合材料内部布置加强扣合装置，加强扣合装置纵横交错，利用扣合栓8通过预制扣合孔5将土工加固复合材料快速扣合，使得竹筋网3和复合土工布4被扣合装置紧密扣合；单个土工加固复合材料尺寸为2m×2m；

步骤五，现场施工时将相邻土工加固复合材料搭接；并在搭接处设置联结卡板6和下联结卡板7，且使预制联结孔8全部对齐，铺设的联合土工加固复合材料总尺寸同填方区面积；

步骤六，利用联结栓9通过完全相同的两块上联结卡板6和下联结卡板7上的预制联结孔8将多个土工加固复合材料联结，组成联合土工加固复合材料；将制好的联合土工加固复合材料分层铺于重塑地层中，不同土工加固复合材料之间的高度差为h，同时h也是重塑土分层压实时的每层的厚度。

进一步的改进，所述步骤一中，将毛竹分别制作成厚度2mm、宽度分别为2mm、20mm和40mm，长分别为0.4m、1.8m和2m的竹片；所述步骤三中，将竹筋进行编织制成2m×2m的正方形竹筋网；在土工加固复合材料内部每隔500mm布置一个加强扣合装置；步骤五种，相邻土工加固复合材料的搭接长度为200mm。

本发明具有如下特点：

1、同时具备填筑体滤水及增强整体弯沉能力复合性能的重塑地层加固材料，主要原材料－竹子，分布广泛，取材便利。而且整个制作工艺，易于掌握。此外，造价低廉，绿色环保。

2、在重塑地层构筑施工中，该技术通过快速联结装置将铺设在填料层上的相邻独立单片土工加固复合材料联结形成牢固的整体，具有为重塑地层滤排水及提供整体抗弯沉能力的复合功能。同时施工操作方便、高效。

3、与目前已有的地层填筑技术相比，一方面，本项技术能有效阻止重塑地层中空洞的滋生及发育过程，切断重塑地层中骤发性塌陷的形成途径；另一方面，能将其他缺陷(例如，重塑地层以下天然地层中未曾掌握的原生空洞)可能导致的骤发性地层塌陷灾患转化具有预警现象(例如，在塌陷前的一段较长时间内，地表缓慢地呈现较大的连续沉降)的、危害性可控的、可修复的工程病害。

附图说明

图1为本发明实例提供的单片兼具滤水及增强抗弯沉能力的土工加固复合材料整体示意图；

图2为本发明实例提供的单片兼具滤水及增强抗弯沉能力的土工加固复合材料局部放大示意图；

图3为竹筋网；

图4为土工布；

图5为联结卡板搭接处示意图；

图6为扣合装置；

图7为扣合栓初始状态示意图；

图8为扣合栓锥头展开状态示意图；

图9为联结栓收缩状态示意图；

图10为联结栓受压状态示意图；

图11为快速联结装置；

图12为整体施工示意图；

图13为扣合栓结构示意图

图中各个标号表示：

其中1为上扣板，2为下扣板，3为竹筋网，4为复合土工布，5为预制扣合孔，6为上联结卡板，7为下联结卡板，8为预制联结孔，9为扣合栓，10为联结栓，11为弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的一种兼具滤水及增强抗弯沉能力的复合结构及其制作方法进行进一步的详细说明。

本发明的竹筋网、扣合装置和快速联结装置的基础原始材料是普通常见的竹子，即首先利用龄期不低于三年的毛竹或楠竹，加工成厚度2mm、宽度分别为2mm、20mm和40mm，长分别为0.4m、1.8m和2m的竹材，然后进行预处理。

本发明中对材料的预处理主要是杀菌、防虫、防腐：用硼酸和水配置浓度为6～8％的硼酸溶液，将竹材完全浸没在硼酸溶液中24小时，然后取出风干，当气温在20℃以上时自然风干5至7天，当气温在20℃以下时自然风干7至10天。然后进行防水处理：采用毛刷将拌匀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青防水涂料涂刷在竹材表面，共涂刷2层，第一层刷完静置6～8小时再涂刷第二层，总涂膜厚度控制在0.4～0.6mm，待24小时涂膜干燥后，再使用其分别制作竹筋、扣板及联结卡板。

本发明单片复合材料制作方式如下：

1、将竹筋进行编织制成2m×2m的正方形竹筋网，其中每一个网格的尺寸为1～2cm×1～2cm，根据实际需求设置。将2m×2m的竹筋网与2m×2m的土工布对齐放置形成复合体；

2、在复合体四周设置四道边框扣合装置将边界固定；

3、在边框内部每隔500mm纵横交错布置加强扣合装置，使竹筋网3和土工布4紧密扣合，形成完整的、尺寸为2m×2m的单片土工加固复合材料。

本发明快速联结的施工工艺如下：

1、在重塑地层填筑施工时，按照设定的土工加固材料布置层位，将土工复合材料逐片依次铺设在已经压实的整个填料层上；

2、把相邻的单片土工复合材料按照20cm的重叠长度搭接，在搭接处利用上、下联结卡板(将联结卡板6和联结卡板7的预制联结孔8全部对齐，将联结栓10穿过预制联结孔8，即将两片材料相互锁定)使相邻单片土工加固复合材料相互联结成完全横贯填方区域的复合材料添加层；

3、在添加层上逐层摊铺填料→压实→摊铺填料→压实……，填筑地层厚度至下一个复合材料添加层位，按照以上工艺布置复合材料添加层；

4、往复以上循环，构筑形成具有预防骤发性塌陷功能的重塑地层。

以上仅为本发明的一个具体实施实例，并不限定本发明的范围，在本发明的构思和原则之内所做的任何修改、同等替换和改进等，都属于本发明的保护范围之内。