一种软土路基排水预压后封堵结构及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述结构主要由散体材料短桩、塑料排水板、水平排水垫层、竖向注浆管和水平注浆管组成；散体材料短桩设于水平排水垫层以下，其内布设竖向注浆管和塑料排水板；水平排水垫层铺设于路堤填料以下，其内铺设水平注浆管；水平注浆管和竖向注浆管通过三通接头相互连通；路基排水预压结束后，通过竖向注浆管和水平注浆管分别向散体材料短桩与水平排水垫层内压浆形成竖向注浆封闭短桩及浆固垫层承载板。本发明不但可以通过路基土的排水固结改善路基土的性能，而且可以解决排水固结法处理路段工后沉降量过大的问题，还可以通过压浆提高路基的承载能力和整体性。本发明还公开了上述结构的施工方法。
【专利说明】一种软土路基排水预压后封堵结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种软土路基排水预压后封堵结构及施工方法，属于地基工程领域，适用于软土层厚度大、地基沉降控制要求高的道路工程新建或改扩建项目的地基处理工程。
【背景技术】
[0002]软土在我国分布广泛，在沿海和河流的中下游及湖泊附近均有软土覆盖层深厚地区。我们在公路的施工中经常遇到穿越农田、河道或土体含水量大，地下水较多的情况，也就是所谓的软土地基。软土具有含水量大，抗剪强度低，超载能力差的特性。如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，不但会引起路面结构破坏、桥头跳车等工程问题，还会影响行车的舒适性，造成通过车辆大幅度减速，甚至造成行车事故。因此，路基沉降问题，特别是软土路基沉降控制问题已成为影响高等级公路等路基工程质量、造价、运营修护成本、运营效益等重要因素，这已引起工程界和学术界的广泛关注。
[0003]由于影响软土路基沉降的因素很多，建造于软土地基上的路基工程，在设计时虽已采取了一定的病害防治措施，如采用刚性桩或柔性桩复合地基加固处理高填土路段或台背填筑前地基、不同处理方式间设置过渡段、合理设置桥涵构造物、采用轻质土填料、严格控制填料质量、设置桥台搭板等等，但一些路段在投入运营后一段时间内，仍然会发生软基沉降异常现象。
[0004]目前，对于软土地基的处理措施主要有两类，一类为排水固结预压法，另一类为复合桩基方法。排水固结预压法即先在需处理的地基内打入排水体，排水体内设有排水通道，然后对地基进行预压，使地基中的孔隙水从排水通道排出，从而达到加固地基的目的。这种方法的工期需要很长，需要充分的预压和排水固结时间，且无法解决软土地基本身所固有的次固结原因而引起的工后沉降问题。复合桩基方法即软土地基中打入大量各种方式的桩形成复合桩基来达到减小地基沉降的目的，这种方式的造价很高，是排水固结方法造价的十几倍甚至几十倍以上，不能在实际工程中大量使用。尤其在地基土体强度较低，需要打很多的桩，工程造价非常昂贵。
[0005]已有一种复合加筋排水式土工格栅，包括塑料双向土工格栅与复合加筋吸排水带，复合加筋吸排水带设置在双向土工格栅的横向或者纵向的筋条之上，与不同向筋条交叉形成的节点固定，且与同向筋条间隔设置。复合加筋吸排水带是以排水芯板基板，在排水芯板的上面和下面各设置一层网状吸排水体，在网状吸排水体内纵向穿插高强钢丝，在吸排水体的上面与下面各铺设一层水平网状加筋，并在复合加筋吸排水带的两端均设置竖向支撑加筋，然后用土工布滤膜整体包覆。上述结构虽具有排水功能，且有利于地基表面的水排至两侧边沟，但难以解决路基的后期固结问题，当土体固结度满足要求时，地基的后期沉降量容易出现异常。
[0006]综上所述，尽管工程中已有一些可用于处治公路路基施工期沉降问题的方法，这种方法的工期需要很长，需要充分的预压和排水固结时间，且无法解决软土地基本身所固有的次固结原因而引起的工后沉降问题。复合桩基方法即软土地基中打入大量各种方式的桩形成复合桩基来达到减小地基沉降的目的，这种方式的造价很高，是排水固结方法造价的十几倍甚至几十倍以上，不能在实际工程中大量使用。尤其在地基土体强度较低，需要打很多的桩，工程造价非常昂贵。
[0007]鉴于此，为了丰富公路路基沉降控制方法，更好的解决公路施工期沉降问题，目前亟需发明一种可同时加速路基土体固结、提高路基承载能力、有效控制后期沉降变形量的新型路基加固结构及施工方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种路基处理和沉降控制结构，使结构不仅可以在路基施工期间可起到排水固结的作用，而且可以在预压期结束后通过压浆形成纵、横向注浆加固承载体，达到在较低造价的前提下缩短工期、提高地基加固效果的目的。
[0009]为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
一种软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述结构主要由散体材料短桩、塑料排水板、水平排水垫层、竖向注浆管和水平注浆管组成；散体材料短桩设于水平排水垫层以下，其内布设竖向注浆管和塑料排水板；水平排水垫层铺设于路堤填料以下，其内铺设水平注浆管；水平注浆管和竖向注浆管通过三通接头相互连通。
[0010]塑料排水板设于散体材料短桩的中心线位置，塑料排水板底端长于散体材料短桩，植入下部软弱土体内。
[0011]所述竖向注浆管设置于塑料排水板的一侧，底端可以与散体材料短桩齐平，或者伸出散体材料短桩底端。
[0012]水平注浆管可采用PPR波纹管、PVC双壁波纹管、PE双壁波纹管或HDPE双壁波纹管，在管壁部位沿纵向均匀间隔设置有花孔，并在管壁外侧包覆土工布，设于水平排水垫层内。
[0013]竖向注浆管设置于散体材料桩内，与水平注浆管材料相同，管径与水平注浆管相等或略小。
[0014]软土路基排水预压后封堵结构的施工方法，主要包括以下步骤:
1)施工准备:根据设计要求，平整场地，铺设砂垫层，组织施工机械进场；
2)竖向排水体打设:在设计位置先后打入竖向注浆管和塑料排水板，竖向注浆管的顶部伸出原地面一定长度；
3)水平排水体铺设:铺设水平排水垫层和水平注浆管，并将竖向注浆管与水平注浆管连通，确保紧密连接；
4)路堤填筑:根据设计要求在水平排水垫层上部填筑路堤填料，随后进行路基预压，使路基土体排水固结；
5)压浆封堵排水系统:预压结束后，通过注浆管向水平排水垫层和散体材料桩内压浆，形成浆固垫层承载板和竖向注浆封闭短桩；
6)开口封堵:压浆结束后，封堵水平注浆管，并修整两侧边坡；
7)路面结构施工:待压浆混凝土初凝后，进行上部路面结构施工。
[0015]本发明具有以下特点: (I)本发明设置在路基内及水平排水垫层内的排水体，仅在施工期发挥排水效应，路堤预压期结束后对排水体进行注浆封堵，既可发挥排水系统提高路基土体固结度的作用，又可解决排水体在运营期继续排水、地基土体沉降而导致变形量过大的问题；
(2 )本发明结构在预压期结束后，通过注浆管向竖向及水平排水体内压浆，可在路基内形成浆固短桩、在水平排水垫层内形成横向浆固体，有助于增强路基的整体性、提高路基的承载能力。
[0016](3)本发明结构可根据工程实际情况，确定进行压浆的时机、位置，以及压浆量，实现了对路基加固质量、承载能力、沉降变形的动态控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明软土路基排水预压期结构的横断面图；
图2是本发明软土路基排水后封堵期结构的横断面图；
图3是本发明软土路基排水预压后封堵结构的水平剖视图；
图44至图4-4是本发明软土路基排水预压后封堵结构的施工流程示意图。
[0018]图中:1 一水平排水垫层；2—散体材料短桩；3—水平注浆管；4一竖向注浆管；5—三通接头；6—塑料排水板；7—花孔；8—土工布；9一浆固垫层承载板；10—竖向注浆封闭短桩；11 一路堤；12—软土层；13—相对持力层。
具体实施例
[0019]本实施方式中路堤和路面结构的设计和施工技术要求、水平排水垫层、竖向排水体水平注浆管、竖向注浆管的施工技术要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
[0020]图1是本发明软土路基排水预压期结构的横断面图，图2是本发明软土路基排水后封堵期结构的横断面图，图3是本发明软土路基排水预压后封堵结构的水平剖视图。参照图1、图2、图3所示，所需加固的公路为双向六车道一级公路，路堤内的排水体压浆封堵完成后的横断面主要由浆固垫层承载板9、竖向注浆封闭短桩10、路堤11组成；施工期路堤排水预压结构主要由水平排水垫层1、散体材料短桩2、水平注浆管3、竖向注浆管4和塑料排水板6组成。
[0021]水平排水垫层I厚度为0.5m，采用级配良好的中粗砂；在水平排水垫层I内横向均勻间隔设置碎碌石材料，横向间隔为3m,碎碌石材料横断面宽度为0.5m。
[0022]水平排水垫层I内铺设水平注浆管3，管径为40mm，水平注浆管3采用45#无缝钢管，强度等级为Q235，注浆钢管3壁厚为5mm，钢管的外侧壁上钻花孔7，并且包覆有土工布8。
[0023]竖向排水体采用直径为500mm的散体材料短桩2与宽度为150mm的塑料排水板6的组合结构，散体材料短桩2内填充粒径均匀的中粗砂；沿散体材料短桩2的中心线方向先后竖向注浆管4和插入塑料排水板6，塑料排水板6插入至地基以下的相对持力层13内50(Tl000mm ;竖向注浆管4的材料与水平注浆管3相同，顶端与水平注浆管3之间采用三通接头5连接。
[0024]预压期结束后，通过水平注浆管3和竖向注浆管4分别向水平排水垫层I和散体材料短桩2内压浆，分别形成浆固垫层承载板9和竖向注浆封闭短桩10 ;压浆浆液先采用水灰比为5:1的高水灰比水泥浆液，再采用水灰比为1:1的中低水灰比水泥浆液进行注浆；水泥采用42.5#普通娃酸盐水泥。
[0025]注浆完成后将水平注浆管3的另一端封闭，并封堵开挖面上注浆管周围土体，防止浆液流出。
[0026]图4-1至图4-4是本发明软土路基排水预压后封堵结构的施工流程示意图，参照图4-1至图4-4所示，软土路基排水预压后封堵结构包括以下施工步骤:
1)施工准备:根据设计要求，平整场地，铺设砂垫层，组织施工机械进场；
2)竖向排水体打设:在设计位置先后打入竖向注浆管4和塑料排水板6，竖向注浆管4的顶部伸出原地面一定长度；
3)水平排水体铺设:铺设水平排水垫层I和水平注浆管3，并将竖向注浆管4与水平注浆管I连通，确保紧密连接；
4)路堤填筑:根据设计要求在水平排水垫层I上部填筑路堤填料，随后进行路基预压，使路基土体排水固结；
5)压浆封堵排水系统:预压结束后，通过注浆管向水平排水垫层I和散体材料桩2内压浆，形成浆固垫层承载板9和竖向注浆封闭短桩10 ；
6)开口封堵:压浆结束后，封堵水平注浆管1，并修整两侧边坡；
7)路面结构施工:待压浆混凝土初凝后，进行上部路面结构施工。
【权利要求】
1.一种软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述结构主要由散体材料短桩、塑料排水板、水平排水垫层、竖向注浆管和水平注浆管组成；散体材料短桩设于水平排水垫层以下，其内布设竖向注浆管和塑料排水板；水平排水垫层铺设于路堤填料以下，其内铺设水平注浆管；水平注浆管和竖向注浆管通过三通接头相互连通。
2.根据权利要求1所述的软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述塑料排水板设于散体材料短桩的中心线位置，塑料排水板底端长于散体材料短桩，植入下部软弱土体内。
3.根据权利要求1所述的软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述竖向注浆管设置于塑料排水板的一侧，底端可以与散体材料短桩齐平，或者伸出散体材料短桩底端。
4.根据权利要求1所述的软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述水平注浆管可采用PPR波纹管、PVC双壁波纹管、PE双壁波纹管或HDPE双壁波纹管，在管壁部位沿纵向均匀间隔设置有花孔，并在管壁外侧包覆土工布，设于水平排水垫层内。
5.根据权利要求1所述的软土路基排水预压后封堵结构，其特征在于所述竖向注浆管设置于散体材料桩内，与水平注浆管材料相同，管径与水平注浆管相等或略小。
6.根据权利要求1?5所述软土路基排水预压后封堵结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤: 1)施工准备:根据设计要求，平整场地，铺设砂垫层，组织施工机械进场； 2)竖向排水体打设:在设计位置先后打入竖向注浆管和塑料排水板，竖向注浆管的顶部伸出原地面一定长度； 3)水平排水体铺设:铺设水平排水垫层和水平注浆管，并将竖向注浆管与水平注浆管连通，确保紧密连接； 4)路堤填筑:根据设计要求在水平排水垫层上部填筑路堤填料，随后进行路基预压，使路基土体排水固结； 5)压浆封堵排水系统:预压结束后，通过注浆管向水平排水垫层和散体材料桩内压浆，形成浆固垫层承载板和竖向注浆封闭短桩； 6)开口封堵:压浆结束后，封堵水平注浆管，并修整两侧边坡； 7)路面结构施工:待压浆混凝土初凝后，进行上部路面结构施工。
【文档编号】E02D3/10GK103790151SQ201410032467
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】徐辞剑, 田向东, 叶国江, 薛玉明 申请人:江苏中瑞路桥建设有限公司