一种坑塘型洼地土石方填筑结构及施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种坑塘型洼地土石方填筑结构及施工方法。包括填土、坑底碎块石积水垫层、洼地周边基岩、底部导水孔、导水孔内充填的碎石、填筑体周边截水沟和填筑体地表主排水沟。其施工方法为：疏干－开挖侧壁成台阶状坡面－钻导水孔－填筑并压实积水垫层碎块石－填筑且夯或压实填土－施工截排水沟。本发明解决了池塘、深沟等坑塘型洼地填筑体底部的积水排放难题，改善了填筑体本身的稳定性及变形性能，且工序简单、所用材料成本低、具有很好的应用前景，且特别适应于坑底岩层渗透系数相对较低的地层。
【专利说明】
一种坑塘型洼地土石方填筑结构及施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种地基及边坡处理技术。
【背景技术】
[0002]矿山排土场堆放，机场、公路及铁路交通建设等领域均可能遇到池塘、深沟等坑塘型洼地的土石方填筑施工，特别是在山区则十分普遍。这类填方体存在两个突出的工程隐患:I)凹坑底部可能形成一个积水区，特别是当底部岩层透水性较差时。底部积水不仅对上部的填土产生较大的浮托力，更会使得底部积水区的饱和土体剪切强度严重降低，进而诱发填方土体灾变。典型如2015年12月20日11时40分，广东省深圳市光明新区凤凰社区恒泰裕工业园发生的山体滑坡，造成至少73人遇难。深圳光明滑坡的主要滑坡原因为深沟堆填造成其底部凹坑内形成大量积水，使得填方底部形成超高水压力，在堆填扰动下易产生整体滑坡。2)对于如机场填方体等最终形成较平整地面的大型填筑体，由于池塘等洼地的填筑体厚度大且可能形成积水区，存在地基刚度及沉降变形不匀等隐患。典型如山城重庆江北机场的修建过程中，就遇到很多池塘及深沟洼地，填筑过程中洼地排水及沉降控制问题尤为突出。
[0003]因此填筑后洼地底部的排水设计非常重要，现今大多相关的填筑方法如强夯法+坑底置换均没有设计工后洼地底部的排水措施。
【发明内容】
[0004]鉴于此，本发明的目的是提供一种坑塘型洼地土石方填筑结构及施工方法，以解决工后洼地填筑体的地下排水及不均匀沉降两个技术难题。
[0005]为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种坑塘型洼地土石方填筑结构，包括填土、坑底碎块石积水垫层、洼地周边基岩、坑底岩层、底部导水孔、导水孔内充填的碎石、填筑体周边截水沟和填筑体地表主排水沟。
[0006]所述填土、坑底碎块石积水垫层和导水孔内充填的碎石构成填筑体。
[0007]所述洼地周边基岩中间为洼地。所述洼地的侧壁为台阶状开挖面。所述洼地的底部坑底岩层具有若干底部导水孔。所述底部导水孔内填充碎石。所述底部导水孔上方为坑底碎块石积水垫层。所述坑底碎块石积水垫层上方是填土。
[0008]所述填土的边界即为填筑体边界。所述填筑体周边截水沟环绕填筑体边界。所述填土的上表面具有若干条排水沟。
[0009]进一步，所述底部导水孔直径彡100mm。
[0010]所述导水孔穿过洼地的坑底岩层下方透水层岩体深度为h。坑底碎块石积水垫层高度为H，h大于或等于5?10倍H。
[0011]所述碎石是级配均匀的导水性良好的碎石，且具有抗风化及抗溶蚀能力，碎石最大粒径小于或等于0.2倍底部导水孔直径。
[0012]进一步，所述坑底碎块石积水垫层所用碎块石填料具有抗风化及抗溶蚀能力。
[0013]所述坑底碎块石积水垫层所用碎块石的最大粒径不大于40cm，不均匀系数Cu/5，曲率系数Cc = I?3。
[0014]坑底碎块石积水垫层高度为H，H不小于50cm。
[0015]进一步，所述台阶状开挖面的每一级台阶高度<lm，台阶状开挖面的总体坡度为1:1 ?1:2。
[0016]进一步，所述填土层需分层夯实或压实，填土的料级配均匀且最大块石粒径不超过80cm，如为强夯施工则每层填土厚度不超过6m，如为碾压措施则不超过2m。
[0017]进一步，所述填土的上表面具有若干条排水沟，至少三条。
[0018]每一条排水沟均是由填筑体地表主排水沟和填筑体地表排水支沟组成的树状排水沟。
[0019]其中一条排水沟为中心排水沟。所述中心排水沟布置于填筑体纵向中心剖面上，其余排水沟等分在中心排水沟两侧地表。
[0020]本发明还公开了针对上述坑塘型洼地土石方填筑结构的施工方法，包括以下步骤:
[0021 ] S1:所述洼地为地表的凹坑或沟。疏干凹坑内积水，并清除坑底及侧壁淤泥及土体至基岩，开挖凹坑的侧壁成台阶状坡面。
[0022]S2:在凹坑底部布置并钻导水孔至坑底岩层的透水层岩体，向导水孔内充填碎石。
[0023]S3:向凹坑底部填筑积水垫层碎块石并压实。
[0024]S4:分层填筑且夯实或压实填土，直至设计标高，形成填土。
[0025]S5:施工地面的填筑体周边截水沟、地表排水沟。
[0026]本发明的有益效果:针对池塘、深沟等坑塘型洼地的土石方填筑容易在填筑体底部形成积水区且其排出困难等难题，综合利用碎石填筑体的强渗透性和碎石钻孔排水作用，发明了一种填筑体底部具有集水功能(坑底积水垫层集水)和排水功能(底部导水孔排水)的一种坑塘型洼地土石方填筑结构。通过底部碎石导水孔使得洼地底部的积水区与地下透水岩层连通，通过坑底碎块石垫层将填筑体内渗水及洼地积水汇集并经导水孔排入地下透水层，形成了一个具有良好排水效果的渗流系统。当然，采用地表截排水沟也进一步有效地阻止了地表水的渗入。另外，采用台阶状开挖侧壁及分层夯压实填筑措施，增强了填筑体的整体抗滑稳定性和减小了填筑体的工后沉降。故本发明的主要内容之底部导水孔、坑底积水垫层、侧壁台阶状开挖、分层填筑及地表截排水沟构成一个坑底集排水-稳定填筑体及坡表截排水的良好填筑系统。因此，本发明的首要有益效果是解决了池塘、深沟等坑塘型洼地填筑体底部的积水排放难题，改善了填筑体本身的稳定性及变形性能。再者，本发明施工工序简单、所用材料成本低、具有很好的应用前景及广泛的推广性，在洼地、凹坑或深沟土石方填筑施工设计方面具有重要的应用前景，且特别适应于坑底岩层渗透系数相对较低的地层。
【附图说明】
[0027]图1为本发明坑塘型洼地土石方填筑结构横断面示意图；
[0028]图2为本发明坑塘型洼地土石方填筑结构横断面轮廓示意图；
[0029]图3为本发明填筑结构地表截排水布置平面示意图。
[0030]图中:填土(1)、坑底碎块石积水垫层(2)、洼地原始地表(3)、台阶状开挖面(4)、洼地周边基岩(5)、坑底岩层(6)、底部导水孔(7)、碎石(8)、填筑体周边截水沟(9)、填筑体边界(10)、填筑体地表主排水沟(11)、填筑体地表排水支沟(12)、台阶开挖高度(Sv)、台阶开挖宽度(Sh)、分层填筑厚度(L)、坑底积水垫层厚度(H)、导水孔深入坑底透水岩层深度(h)。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0032]实施例1:
[0033]一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:包括填土1、坑底碎块石积水垫层
2、洼地周边基岩5、坑底岩层6、底部导水孔7、导水孔内充填的碎石8、填筑体周边截水沟8和填筑体地表主排水沟11。
[0034]所述填土1、坑底碎块石积水垫层2和导水孔内充填的碎石8构成填筑体。
[0035]所述洼地周边基岩5中间为洼地。所述洼地的侧壁为台阶状开挖面4ο所述洼地底部为坑底岩层6。所述台阶状开挖面4的每一级台阶高度<lm，台阶状开挖面4的总体坡度为1:1?1: 2。所述洼地的底部具有若干底部导水孔7。所述底部导水孔6直径多100_。
[0036]所述底部导水孔7内填充碎石7。所述碎石7是级配均匀的碎石(不均匀系数Cu/5，曲率系数Cc = I?3)，且具有抗风化及抗溶蚀能力，如砂岩、花岗岩等
[0037]所述底部导水孔7上方为坑底碎块石积水垫层2。所述坑底碎块石积水垫层2所用碎块石填料具有抗风化及抗溶蚀能力，如砂岩、花岗岩。
[0038]所述坑底碎块石积水垫层2上方是填土I。所述填土层I需分层夯实或压实，填土 I的料级配均匀且最大块石粒径不超过80cm，如为强夯施工则每层填土厚度不超过6m，如为碾压措施则不超过2m。
[0039]所述填土I的地表边界即为填筑体边界10。所述填筑体周边截水沟9环绕填筑体边界10。
[0040]所述填土I的上表面具有若干条排水沟。所述填土 I的上表面具有若干条排水沟至少三条。
[0041]每一条排水沟均是由填筑体地表主排水沟11和填筑体地表排水支沟12组成的树状排水沟。
[0042]其中一条排水沟为中心排水沟。所述中心排水沟布置于填筑体纵向中心剖面上，其余排水沟等分在中心排水沟两侧地表。
[0043]所述洼地导水孔深7入坑底岩层6下方的透水层岩体深度为h。坑底碎块石积水垫层2高度为H，h大于或等于5?10倍H。
[0044]所述导水孔充填碎石7的最大粒径小于或等于0.2倍底部导水孔直径。
[0045]所述坑底碎块石积水垫层2所用碎块石的最大粒径不大于40cm，不均匀系数Cu彡5，曲率系数Cc = I?3。
[0046]坑底碎块石积水垫层2高度为H，H不小于50cm。
[0047]实施例2
[0048]本实施例公开一种坑塘型洼地土石方填筑结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0049]SI:所述洼地为地表的所围凹坑或沟。疏干凹坑内积水，并清除坑底及侧壁淤泥及土体至基岩，开挖凹坑的侧壁成台阶状坡面。开挖台阶高度Sv少于lm，且总体坡度Sv/Sh为1:1?1:2。再一次清理干净因开挖侧壁堆积于坑底的土石方。
[0050]S2:在凹坑底部布置并钻导水孔至坑底岩层的透水层，导水孔应布置于凹坑低洼处，可按一定间距呈梅花形布置。导水孔直径彡100mm，其穿过下方透水层岩体深度h/5-ΙΟ倍积水垫层高度H，并且导水孔内应充填级配均匀的碎石7 A值取值与下方透水层岩层的渗透系数相关，渗透系数越大，取值越小。
[0051 ] S3:向凹坑底部填筑积水垫层碎块石并压实。垫层填筑的碎块石料应具有不易风化及难以溶蚀等水理性质良好，垫层填筑厚度不小于50cm，最大粒径不大于40cm，不均匀系数Cu/5，曲率系数Ce = I?3。
[0052]S4:分层填筑且夯实或压实填土，填土分层填筑、分层夯或压实至设计标高，如为强夯措施则每层填土厚度L不宜超过6m，如为碾压措施则每层填筑厚度L不超过2m。填土料级配均匀且最大块石粒径不宜超过80cm，最后形成填土 I。
[0053]S5:填土施工完毕后，在填筑体边界10以外修建截水沟9，在填筑体地面设计树状排水沟，排水沟包括填筑体纵向主排水沟11和树枝状的支排水沟12。坡表树状排水沟至少设计三条，其中一条排水沟为中心排水沟。所述中心排水沟布置于填筑体纵向中心剖面上。其余排水沟等分在中心排水沟两侧地表，并与中心排水沟连通。
【主权项】
1.一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:包括填土( I )、坑底碎块石积水垫层(2)、洼地周边基岩(5)、坑底岩层(6)、底部导水孔(7)、导水孔内充填的碎石(8)、填筑体周边截水沟(9)和填筑体地表主排水沟(11); 所述洼地周边基岩(5)中间为洼地;所述洼地的侧壁为台阶状开挖面(4);所述洼地的坑底岩层(6)具有若干底部导水孔(7);所述底部导水孔(7)内填充碎石(8);所述底部导水孔(7)上方为坑底碎块石积水垫层(2);所述坑底碎块石积水垫层(2)上方是填土 (I); 所述填土(I)的地表边界即为填筑体边界(10);所述填筑体周边截水沟(9)环绕填筑体边界(10);所述填土 (I)的上表面具有若干条排水沟。2.根据权利要求1所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:所述底部导水孔(7)直径 ^ 100mm; 所述导水孔穿过洼地坑底岩层(6)的透水层岩体深度为h;坑底碎块石积水垫层(2)高度为H，h大于或等于5?10倍H; 所述碎石(8)是级配均匀的导水性良好的碎石，且具有抗风化及抗溶蚀能力，碎石最大粒径小于或等于0.2倍底部导水孔(7)直径。3.根据权利要求1所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:所述坑底碎块石积水垫层(2)所用碎块石填料具有抗风化及抗溶蚀能力； 所述坑底碎块石积水垫层(2)所用碎块石的最大粒径不大于40cm，不均匀系数Cu/5，曲率系数Cc = I?3; 坑底碎块石积水垫层(2)高度为H，H不小于50cm。4.根据权利要求1所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:所述台阶状开挖面(4)的每一级台阶高度<lm，台阶状开挖面(4)的总体坡度为1:1?1:2。5.根据权利要求1所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:所述填土层(I)需分层夯实或压实，填土(I)的料级配均匀且最大块石粒径不超过80cm，如为强夯施工则每层填土厚度不超过6m，如为碾压措施则不超过2m。6.根据权利要求1所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构，其特征在于:所述填土(I)的上表面具有若干条排水沟，至少三条； 每一条排水沟均是由填筑体地表主排水沟(11)和填筑体地表排水支沟(12)组成的树状排水沟； 其中一条排水沟为中心排水沟;所述中心排水沟布置于填筑体纵向中心剖面上，其余排水沟等分在中心排水沟两侧地表。7.—种适用于权利要求1?6中任一所述的一种坑塘型洼地土石方填筑结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:所述洼地为地表的凹坑或沟;疏干凹坑内积水，并清除坑底及侧壁淤泥及土体至基岩，开挖凹坑的侧壁成台阶状坡面(4); S2:在凹坑底部布置并钻导水孔(7)至坑底透水岩层(6)，向导水孔内充填碎石(8); 53:向凹坑底部填筑积水垫层(2)碎块石并压实； 54:分层填筑且夯实或压实填土，直至设计标高，形成填土( I)。 55:施工地面的填筑体周边截水沟(9)、地表排水沟(11，12)。
【文档编号】E02D17/18GK106049508SQ201610350037
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】黄达, 孟蒙, 李斌, 曾彬, 岑夺丰
【申请人】重庆大学