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与流程

本发明涉及水利、水电工程技术领域，尤其是涉及一种振冲碎石桩与堆石加筋的土石坝软基处理结构与施工方法。

背景技术：

在深厚软弱基础上修建土石坝，是土石坝工程中经常遇到的工程技术难题，往往存在软弱基础强度和承载力无法满足上部坝体附加荷载条件下的稳定和变形要求，无法直接建坝，而必须采取基础加固和坝体结构加强的措施，确保大坝稳定与安全。对于软弱基础，工程中有多种处理方式，如直接挖除、预压固结排水、固结灌浆、强夯、振冲加固等，根据软弱基础的特性，不同的方法有各自的适用性和局限性。振冲碎石桩加固在对软弱地基进行挤密置换加固形成复合地基的同时，可以加速基础固结，进一步提高桩间土强度。由于其机械化施工，效率高，受环境影响小，因而在软基处理领域广泛采用。在土石坝工程的软基处理中，采用振冲碎石桩加固工程实例较少，主要原因在于土石坝基础不仅需要满足强度和承载力要求，同时需要坝体和库水作用下，坝基-坝体整体的变形控制满足要求，避免不均匀变形引起坝体和防渗体开裂，危机大坝安全。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于，针对深厚软弱基础条件下土石坝建坝的难题，提供一种软弱基础加固与坝体结构加强相结合的结构，实现基础强度、承载力和坝基-坝体整体的变形控制满足建坝要求。本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构，应用于在软弱覆盖层上修建土石坝，其特征在于：

在软弱覆盖层设置振冲碎石桩群，对坝基深厚软弱基础加固处理；碎石桩底部位于覆盖层密实层或风化基岩之上；

土石坝防渗体系由覆盖层基础防渗墙和坝体防渗体构成；在防渗墙下游侧碎石桩顶部布置基础反滤垫层；

在防渗墙上游侧碎石桩上部和下游侧基础反滤垫层上部填筑坝壳堆石体加筋区，以提高坝壳下部坝料变形模量和均化软弱基础引起坝体的沉降变形，避免不均匀沉降引起坝体开裂。

进一步地，坝壳堆石体加筋区的采用不锈钢钢筋或扁钢加筋，为双向网格型，加筋分层高度与堆石填筑分层高度一致。

进一步地，坝体防渗体为土质心墙或斜墙、土工膜心墙或斜墙、沥青混凝土心墙。

本发明的第二个目的在于，针对现有技术的不足，提供软弱覆盖层上修建土石坝的施工方法，能够实现基础强度、承载力和坝基-坝体整体的变形控制满足建坝要求，合理安排基础振冲碎石桩和基础防渗墙的施工工序以及上部坝体填筑工序，在满足施工质量的前提下缩短工期。本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种软弱覆盖层上修建土石坝的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在基础防渗墙上、下游两侧同时进行振冲碎石桩施工，按分序加密的方式逐次施工；

2)在基础防渗墙上、下游两侧各一定范围内的振冲碎石桩施工完成后，开始同步进行基础防渗墙施工；

3)振冲碎石桩和基础防渗墙施工完成后，进行坝体防渗体施工；

4)在坝体防渗体施工到一定高度后，进行基础防渗墙下游侧碎石桩顶部基础反滤垫层施工；

5)基础反滤垫层填筑完成后，进行基础防渗墙上、下游侧坝壳堆石体加筋区填筑施工。

6)完成堆石加筋区填筑后，进行上部坝壳堆石区的分层填筑。坝壳堆石区的分层填筑与坝体防渗体的分层填筑同时施工，且坝壳堆石区填筑高度不超过坝体防渗体填筑高度。

进一步地，堆石加筋区分层填筑厚度为0.5～1m，每层堆石填筑碾压完成后，铺设加筋钢筋或扁钢，逐次分层施工。

进一步地，坝壳堆石区填筑高度滞后坝体防渗体施工1～2层。

本发明通过在软弱覆盖层基础中设置振冲碎石桩以采用挤压密室置换的方式加固，提高软弱覆盖层强度和承载力，以满足土石坝对基础的建坝要求。另外考虑到在坝体自重荷载和库水作用下，均化软弱基础上部附加荷载作用，加快软基固结效应，控制基础不均匀沉降变形，避免基础不均匀沉降变形引起的坝体和防渗体开裂，进而危机大坝安全，在坝体坝壳堆石体下部布置加筋区，以提高坝体抵抗变形的能力。本发明提供的施工方法在基础防渗墙位置及上、下游侧一定范围先行施工振冲碎石桩，完成后可同时开展基础防渗墙和剩余的振冲碎石桩施工，一方面可以缩短基础处理的工期，另一方面也可以改善基础防渗墙的槽挖成槽条件。本发明在振冲碎石桩顶部设置基础反滤垫层，以保护软弱覆盖层基础在大坝蓄水后高水头作用下避免发生渗透破坏。

本发明对于深厚软弱基础条件，通过合理的软弱基础加固与坝体结构加强相结合的处理措施与方法，实现基础强度、承载力与变形控制满足建坝要求，对复杂条件下土石坝工程筑坝技术具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的一种振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构示意图。

图2是堆石体加筋示意图。

具体实施方式

本发明以下通过结构附图作进一步详细地描述。

参照图1，本发明提供的一种振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构，应用于在深厚软弱覆盖层上修建土石坝，软弱覆盖层深度一般不超过40m，其强度和承载力无法满足直接建坝要求；本发明的土石坝软基处理结构主要包含如下部分：

所述土石坝软基处理结构由基础振冲碎石桩1、基础防渗墙2、基础反滤垫层区3、坝体下部坝壳堆石体加筋区4、坝体上部坝壳堆石体区5、坝体防渗体6等组成。基础振冲碎石桩1充填材料主要以新鲜块石为主，桩径、布置间排距应根据承载力与强度要求计算确定；基础反滤垫层区3厚度1～2m，采用人工碎石料，置于振冲碎石桩顶部；坝壳堆石体加筋区4位于坝壳石体区5下部，加筋可采用不锈钢钢筋或扁钢横纵两个方向铺设，并在节点焊接，形成固定的双向网格，网格尺寸应大于0.3m、并小于堆石最大设计粒径，加筋分层高度与堆石填筑分层高度一致。坝壳堆石体加筋区4厚度根据坝体-坝基整体沉降变形计算确定，可以满足水库蓄水以后大坝坝顶沉降量不超过1％坝高。

上述振冲碎石桩与堆石体加筋的土石坝软基处理结构具体可以采用如下施工方法予以实现：

1)在施工前应进行坝体-坝基整体沉降变形计算分析，提出基础承载力和强度要求，以确定振冲碎石桩1桩径、布置间排距以及坝壳堆石体加筋区4厚度；

2)在基础防渗墙2的上、下游两侧同时进行振冲碎石桩1施工，按分序加密的方式逐次施工,基础振冲碎石桩充填材料主要以新鲜块石为主；

3)在基础防渗墙2的上、下游两侧各10m范围内的振冲碎石桩施工完成后，可进行基础防渗墙施工，同时施工基础防渗墙上、下游两侧各10m范围以外的振冲碎石桩；基础防渗墙2的厚度根据水库水头与结构要求确定，

4)振冲碎石桩1和基础防渗墙2施工完成后，进行上部坝体防渗体6施工，如粘土心墙或斜墙、土工膜、沥青混凝土心墙等；

5)在坝体防渗体6施工到一定高度后，进行基础防渗墙2下游侧碎石桩顶部基础反滤垫层3施工，厚度1～2m，采用人工碎石料，垫层级配与下部软弱覆盖层满足反滤与排水的要求；在坝体防渗体6施工时同步施工其迎水面和背水面的反滤层7；

6)基础反滤垫层3填筑完成后，同步进行坝体防渗体上、下游的坝壳堆石体加筋区4填筑施工。堆石加筋区分层填筑厚度h为0.5～1m，可根据堆石料质量确定，每层堆石31填筑碾压完成后，铺设加筋钢筋或扁钢32；逐次分层施工，坝壳堆石体加筋区4的总厚度为h；在施工坝壳堆石体加筋区4时，在其与坝体防渗体的反滤层7之间同步施工过渡层8，过渡层8为粒径比堆石加筋区的粒径小的级配碎石料；

7)完成堆石加筋区4填筑后，进行上部坝壳堆石区5填筑。坝壳堆石体加筋区4上部的坝壳堆石区5、坝体防渗体6及其迎水面和背水面的反滤层7和过渡层8同时进行分层填筑施工，且施工过程中坝壳堆石区5、反滤层7和过渡层8填筑高度应保持滞后坝体防渗体6的填筑高度1～2层。坝壳堆石区5可以与反滤层7和过渡层8同高度分层填筑。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。