專利名稱：：土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及應(yīng)用單向或雙向高密度聚乙烯(HDPE)土工格柵在膨脹土地區(qū)渠道邊坡、渠底，以及膨脹土地區(qū)地基處理的一種加固技術(shù)，更具體地說(shuō)它是一種土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法。
背景技術(shù)：
：土體加固技術(shù)早在公元前人類就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，古羅馬人曾用,蘋加固土體來(lái)修筑臺(tái)伯河河堤；中國(guó)的萬(wàn)里長(zhǎng)城、古埃及亞述古廟等古建筑，也都曾采用植物荊條等進(jìn)行加固，以提高建筑的整體穩(wěn)定性。直到近代，在中國(guó)還有采用稻草摻拌泥土搭成的"干打壘"住房，所以，將不同的工程材料配合使用，以提高構(gòu)筑物的整體穩(wěn)定性，是自古以來(lái)人類廣泛使用的技術(shù)手段。上世紀(jì)50年代前后，國(guó)外開(kāi)始采用"土工合成材料"進(jìn)行工程加固，截至到目前，土工合成材料已經(jīng)大量的應(yīng)用于工程建筑領(lǐng)域。所謂"土工合成材料"，根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(修訂本)中的定義為"應(yīng)用于土木工程的合成材料產(chǎn)品的總稱"。工程中常用的土工合成材料產(chǎn)品有土工織物、土工膜、土工格柵、土工復(fù)合加筋帶、土工網(wǎng)以及土工格室等等。其中，土工格柵是一種用途廣泛且施工便利、加固效果好的加筋材料，在我國(guó)的公路、鐵路等部門中已大量采用土工格柵加固地基。土工才各柵作為加筋材料主要應(yīng)用于填筑土層，一般在邊坡?lián)鯄?、路基填土中分層鋪設(shè)運(yùn)用。根據(jù)其受力特點(diǎn)，土工格柵分為單向和雙向兩種型式。土工格柵根據(jù)筋材的材質(zhì)又可以劃分為PE、PP、HDPE(聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯)等，此外，還有經(jīng)編土工格柵、玻纖土工格柵、鋼塑土工格柵等。土工才各柵主要在土體中起加筋和約束固體顆粒相對(duì)移動(dòng)的作用，同時(shí)，它還會(huì)使筋材兩側(cè)的土中應(yīng)力分布均勻，使其周圍一定范圍內(nèi)的土體也受到"間接的加固"作用，增強(qiáng)土的整體性和剛度。膨脹土是一種遇水膨脹、失水收縮的特殊土，對(duì)于水利工程而言，膨脹土地基是一種難以處理的、對(duì)工程運(yùn)行影響極大的不良地層。在以往的水利工程中，對(duì)于膨脹土地區(qū)的渠道邊坡通常采用換填粘性土或邊坡支護(hù)的處理措施。前者，需要大量的非膨脹土料源，同時(shí)，還造成大量的征地、拆遷等工作；后者，往往結(jié)合放緩邊坡等設(shè)計(jì)措施，從而增大工程占地和渠道M^莫。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法。這種由土工格柵與膨脹土共同組成的結(jié)構(gòu)，既可以解決膨脹土邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)，還可以合理的利用渠道開(kāi)挖棄料，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理的目的。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的土工枱4冊(cè)處理膨脹土渠道邊坡的方法，其特征在于它依次包括如下步驟(1)清基按照施工圖要求開(kāi)挖邊坡，清除坡面及渠底浮土，要求基層平整度不超過(guò)土5cm,遇地表積水應(yīng)提前進(jìn)行抽排，并清挖被水浸泡后的軟土，保證基坑清潔、干燥；(2)放樣嚴(yán)格按照施工圖放樣，作好邊樁、填土高度、格柵5邊線、邊坡坡比控制；(3)格柵鋪設(shè)土工格柵采用人工分層鋪設(shè)，在i皮面向上層包裹形成反包搭接，反包長(zhǎng)度不小于100cm,相鄰兩塊格柵之間為平接；格柵尾部與未開(kāi)挖坡面形成順坡面向上的延伸，延伸長(zhǎng)度不小于30cra，尾部固定；格4冊(cè)之間用連接棒搭接、才各4冊(cè)與土體之間用U型鋼筋錨接。(4)鋪土和碾壓施工格柵鋪土采用推土機(jī)進(jìn)占進(jìn)料，推土機(jī)粗平，再用人工精平，表面平整度不超過(guò)士5cm。在上述技術(shù)方案中，所述的格柵鋪設(shè)的具體施工步驟如下①首先在土工格柵和回填料碾壓層底層鋪設(shè)格柵材料，將一各柵底部用U型鋼筋固定于基層面；②使用張拉梁將格柵自由端拽緊，并壓上填土，填土用機(jī)械或人工堆放在拉緊后的格柵上面；③采用超填50cm碾壓，形成處理層，然后按照設(shè)計(jì)邊坡削坡再反包，形成平整的坡面；壓實(shí)至上層格柵標(biāo)高后，將預(yù)留格斥冊(cè)反包到本層填土之上，與上層格柵用連接纟奉搭接；用通過(guò)格柵網(wǎng)孔而鉤住格柵的張拉梁對(duì)主加筋格4冊(cè)施加張拉力，繃緊格柵之間的連接并使其下結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊；⑥在保持張拉格柵的同時(shí)，用U型鋼筋將本層格柵與下層土體錨接，以保證張拉設(shè)備移去后格柵不會(huì)回縮；⑦重復(fù)以上施工步驟至頂層。⑧頂層格柵埋在填土下面，保證填土可提供足夠的約束力錨固格柵。在上述技術(shù)方案中，所述土工格柵的材料要求為高密度聚乙烯(HDPE)單向或雙向土工格斥冊(cè)；抗4立強(qiáng)度50~80kN/m;延伸率《12%;2%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度>10kN/m;5%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度>24kN/m;蠕變強(qiáng)度(20°C):>20kN/m;碳黑含量>2.0%。本發(fā)明土工4各柵處理膨脹土渠道邊坡的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)①可充分利用工程的開(kāi)挖棄料一一膨脹土進(jìn)行填筑，節(jié)省了棄料場(chǎng)地和棄料運(yùn)輸費(fèi)用。②節(jié)約了換填非膨脹土的開(kāi)采、運(yùn)輸費(fèi)用，以及由此產(chǎn)生的征地、拆遷費(fèi)用。③由于采用原土回填，從而最大限度的保護(hù)了當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和生態(tài)環(huán)境。采用土工格柵與膨脹土共同組成的結(jié)構(gòu)，既可以解決膨脹土邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)，還可以合理的利用渠道開(kāi)挖棄料，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理的目的。圖1為土工襠4冊(cè)處理層施工后的斷面圖。圖2-圖6依次為土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的施工步驟圖。圖7為本發(fā)明土工格柵的平面搭接圖。圖8不同格柵強(qiáng)度模型試驗(yàn)側(cè)向變形。圖9不同層數(shù)格柵結(jié)構(gòu)與無(wú)格柵結(jié)構(gòu)模型側(cè)向變形。圖中l(wèi).延伸結(jié)構(gòu)，2.U型釘，3.底層壓實(shí)的膨脹土，4.逐層壓實(shí)回填膨脹土，5.上下層格柵連接棒，6.格柵自由端，7.膨脹土開(kāi)挖斷面，8.填膨脹土并壓實(shí)，9.格柵反包結(jié)構(gòu)，10.底層土工格柵，11.第一層格柵，12.第二層格柵，13,第三層格柵，14.第四層格柵，15.7單向或雙向土工格柵。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過(guò)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。參閱附圖可知本發(fā)明土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法，其特征在于它依次包括如下步驟(1)清基按照施工圖要求開(kāi)挖邊坡，清除坡面及渠底浮土，要求基層平整度不超過(guò)士5cm,遇地表積水應(yīng)提前進(jìn)行抽排，并清挖被水浸泡后的軟土，保證基坑清潔、干燥；(2)放樣嚴(yán)格按照施工圖放樣，作好邊樁、填土高度、格柵邊線、邊坡坡比控制；(3)格柵鋪設(shè)土工格柵采用人工分層鋪設(shè)，在坡面向上層包裹形成反包搭接，反包長(zhǎng)度不小于100cm，相鄰兩塊格柵之間為平接；格柵尾部與未開(kāi)挖坡面形成順坡面向上的延伸，延伸長(zhǎng)度不小于30cm,尾部固定；格柵之間用連接棒搭接、格柵與土體之間用U型鋼筋錨接。(4)鋪土和碾壓施工格柵鋪土采用推土機(jī)進(jìn)占進(jìn)料，推土機(jī)粗平，再用人工精平，表面平整度不超過(guò)土5cm(如圖1所示)。格柵鋪設(shè)的具體施工步驟如下①首先在土工格柵和回填料碾壓層底層鋪設(shè)格柵材料，將格柵底部用U型鋼筋固定于基層面；②使用張拉梁將格柵自由端拽緊，并壓上填土，填土用機(jī)械或人工堆放在拉緊后的桔4冊(cè)上面；說(shuō)明書第6/9頁(yè)③釆用超填50cm碾壓，形成處理層，然后按照設(shè)計(jì)邊坡削坡再反包，形成平整的坡面；④壓實(shí)至上層格柵標(biāo)高后，將預(yù)留格柵反包到本層填土之上，與上層格柵用連接棒4荅接；用通過(guò)格柵網(wǎng)孔而鉤住格柵的張拉梁對(duì)主加筋格柵施加張拉力，繃緊格柵之間的連接并使其下結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊；在保持張拉格柵的同時(shí)，用U型鋼筋將本層格柵與下層土體錨接，以保證張拉設(shè)備移去后檔4冊(cè)不會(huì)回縮；⑦重復(fù)以上施工步驟至頂層。⑧頂層格柵埋在填土下面，保證填土可提供足夠的約束力錨固檔_柵(如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示)。其中坡面的格柵之間通過(guò)U型釘錨接(如圖7所示)。土工格柵的材料要求為高密度聚乙烯(HDPE)單向或雙向土工格柵；抗拉強(qiáng)度50~80kN/m;延伸率《12%;2%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度>1OkN/m;5%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度>24kN/m;蠕變強(qiáng)度(20°C):>20kN/m;碳黑含量>2.0%。室內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)為進(jìn)一步論證本發(fā)明的實(shí)際工程效果，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，比較了有、無(wú)土工格柵加筋結(jié)構(gòu)，以及不同型號(hào)土工檔4冊(cè)、不同加筋層厚條件下，處理層對(duì)膨脹土渠坡變形的抑制作用。(1)試驗(yàn)方案本次模型試驗(yàn)主要考察膨脹土體吸濕后的膨脹變形，以及土工格柵結(jié)構(gòu)對(duì)膨脹變形的抑制效果。試驗(yàn)在630x400x400,的鋼結(jié)構(gòu)模型箱內(nèi)進(jìn)行，箱體一面鑲嵌有厚40mm的有機(jī)玻璃作為觀察窗口。為分析邊坡變形形態(tài)，同時(shí)為便于監(jiān)測(cè)側(cè)向變形，模型一側(cè)臨空面采用直立邊坡。模型試驗(yàn)的土料為中膨脹性開(kāi)挖料，試樣的自由膨脹率65%。土工格柵選用了2種高密度聚乙烯HDPE的單向格柵。(2)觀測(cè)布置試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)主要為模型的側(cè)向變形和垂直變形。垂直變形觀測(cè)分別在才莫型的12cm和24cm埋深處各預(yù)置一個(gè)內(nèi)部沉降標(biāo)S1、S2，觀測(cè)模型內(nèi)部的垂直變形，同時(shí)，在模型表面設(shè)置3個(gè)表面變形測(cè)試點(diǎn)Bl、B2、B4。側(cè)向變形觀測(cè)在模型臨空面設(shè)置3組側(cè)向變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)Ll、L2、L3,分別位于距離模型底部6cm、18cm和24cm處，每組有2~3個(gè)測(cè)點(diǎn)，》見(jiàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖7。(3)試驗(yàn)方案及試驗(yàn)過(guò)程為研究加筋材料以及加筋間距(或?qū)訑?shù))等因素對(duì)變形的抑制效果，比較了Nol-素膨脹土回填(無(wú)格柵結(jié)構(gòu)層)、No2-單層EG80格柵(抗拉強(qiáng)度80kN/m)、No3-雙層EG80格柵、No4-單層EG50才各柵(抗拉強(qiáng)度50kN/m)等四組模型。其中，素膨脹土回填(無(wú)格柵結(jié)構(gòu)層)模型作為比較的基準(zhǔn)，采用中膨脹性開(kāi)挖料制作；有土工格柵處理層結(jié)構(gòu)，按12cm—層土工格柵包裹膨脹土開(kāi)挖料。具體試驗(yàn)方案、模型制作方法如下將備好含水量的中膨脹開(kāi)挖料按照設(shè)定的密度分6層擊實(shí)(模型臨空面預(yù)先用木板分隔)。對(duì)于有格柵處理層的模型，分別在距模型底部12cm、24cm的層面上滿鋪土工格柵，并于凌空面一側(cè)往上反包，10反包厚度12③，反包的格柵用上層填土壓住，長(zhǎng)度約20cm(單層加筋只在距模型底部12cm的層面上滿鋪并反包)。模型制作完成后，用塑料薄膜覆蓋以使試樣含水量均勻、恒定，自然靜置24小時(shí)。試驗(yàn)開(kāi)始前，先拆除側(cè)面的擋板，安放側(cè)向變形、垂直變形監(jiān)測(cè)百分表，埋設(shè)頂部供水裝置，待準(zhǔn)備工作完成以后，開(kāi)始試驗(yàn)。先將雙環(huán)的內(nèi)環(huán)充水，然后控制內(nèi)、外環(huán)水深分別為5cm、2cm。試驗(yàn)開(kāi)始初期每隔0.5h記錄一次變形讀數(shù)，10h之后讀lt間隔延長(zhǎng)為lh。試驗(yàn)期間如模型箱底部積水，則及時(shí)抽出至箱底。當(dāng)各測(cè)點(diǎn)的變形速率小于0.005鵬/h時(shí)，認(rèn)為變形基本穩(wěn)定，終止試驗(yàn)。(4)試驗(yàn)成果表1列出了上述四組方案的試驗(yàn)成果。成果顯示①第一組素膨脹土(無(wú)土工格柵處理層結(jié)構(gòu))模型(Nol),在測(cè)點(diǎn)L1、L2、L3三點(diǎn)的最大側(cè)向變形分別為19.402、17.909、11,895mm。②第二組EG80單層單向土工格柵結(jié)構(gòu)模型(No2),在測(cè)點(diǎn)L1、L2、L3三點(diǎn)的最大側(cè)向變形分別為11.408、9.167、8.097mm。③第三組EG80雙層單向土工格柵結(jié)構(gòu);漠型(No3),在測(cè)點(diǎn)L1、L2、L3三點(diǎn)的最大側(cè)向變形分別為3.269、4.090、4.249mm。④第四組EG50雙層單向土工桔4冊(cè)結(jié)構(gòu)才莫型(No4),在測(cè)點(diǎn)L1、L2、L3三點(diǎn)的最大側(cè)向變形分別為5.050、7.260、6.713隱。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(5)成果分析比較Nol、No2、No3三組模型的觀測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，才莫型Nol最大側(cè)向變形為19.40mm;才莫型No2最大側(cè)向變形為11.41mm;才莫型No3最大側(cè)向變形為4.25mm;可見(jiàn)，土工檔4冊(cè)處理層結(jié)構(gòu)對(duì)抑制土體的側(cè)向變形效果十分顯著，尤其是雙層單向土工祐4冊(cè)結(jié)構(gòu)，其側(cè)向最大變形僅為無(wú)處理層結(jié)構(gòu)才莫型的21.9%,說(shuō)明此結(jié)構(gòu)可以有效的減小膨脹土的膨脹變形，防止邊坡的破壞的發(fā)生。比較No3、No4二組才莫型的觀測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，模型No3最大側(cè)向變形為4.25mm;才莫型No4最大側(cè)向變形為7.26mm;可見(jiàn)，檔4冊(cè)材料的強(qiáng)度對(duì)此結(jié)構(gòu)抑制土體膨脹變形也有較大影響(如圖8、圖9所示)。(6)結(jié)論①土工才各柵處理層結(jié)構(gòu)對(duì)抑制膨脹土的側(cè)向變形效果顯著；②在加筋層數(shù)相同時(shí)，格柵強(qiáng)度越高，抑制變形的效果越好；③根據(jù)以往的研究成果，膨脹土的破壞是由于側(cè)向應(yīng)力大于垂直應(yīng)力所產(chǎn)生的，土工格柵結(jié)構(gòu)能有效的抑制膨脹土體側(cè)向變形，因此，它可以起到加固膨脹土邊坡的作用。土工格柵加筋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用(1)處理膨脹土地區(qū)渠道邊坡或渠底(2)用于膨脹土地區(qū)高填方擋土結(jié)構(gòu)(3)用于膨脹土地區(qū)地基或邊坡處理。1權(quán)利要求1、土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法，其特征在于它依次包括如下步驟(1)清基按照施工圖要求開(kāi)挖邊坡，清除坡面及渠底浮土，要求基層平整度不超過(guò)±5cm，遇地表積水應(yīng)提前進(jìn)行抽排，并清挖被水浸泡后的軟土，保證基坑清潔、干燥；(2)放樣嚴(yán)格按照施工圖放樣，作好邊樁、填土高度、格柵邊線、邊坡坡比控制；(3)格柵鋪設(shè)土工格柵采用人工分層鋪設(shè)，在坡面向上層包裹形成反包搭接，反包長(zhǎng)度不小于100cm，相鄰兩塊格柵之間為平接；格柵尾部與未開(kāi)挖坡面形成順坡面向上的延伸，延伸長(zhǎng)度不小于30cm，尾部固定；格柵之間用連接棒搭接、格柵與土體之間用U型鋼筋錨接。(4)鋪土和碾壓施工格柵鋪土采用推土機(jī)進(jìn)占進(jìn)料，推土機(jī)粗平，再用人工精平，表面平整度不超過(guò)±5cm。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法，其特征在于所述的格柵鋪設(shè)的具體施工步驟如下①首先在土工格柵和回填料碾壓層底層鋪設(shè)格柵材料，將格柵底部用U型鋼筋固定于基層面；②使用張拉梁將格柵自由端拽緊，并壓上填土，填土用機(jī)械或人工堆放在拉緊后的格柵上面；③采用超填50cm碾壓，形成處理層，然后按照設(shè)計(jì)邊坡削坡再反包，形成平整的坡面；④壓實(shí)至上層格柵標(biāo)高后，將預(yù)留格柵反包到本層填土之上，與上層格柵用連接棒搭接；用通過(guò)格柵網(wǎng)孔而鉤住格柵的張拉梁對(duì)主加筋格4冊(cè)施加張拉力，繃緊格柵之間的連接并使其下結(jié)構(gòu)面上的反包格柵繃緊；在保持張拉檔_柵的同時(shí)，用U型鋼筋將本層才各柵與下層土體錨接，以保證張拉設(shè)備移去后格柵不會(huì)回縮；⑦重復(fù)以上施工步驟至頂層。⑧頂層格柵埋在填土下面，保證填土可提供足夠的約束力錨固格柵。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法，其特征在于所述土工格柵的材料要求為高密度聚乙烯(HDPE)單向或雙向土工格柵；抗拉強(qiáng)度50~80kN/m;延伸率《12%;2%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度^10kN/m;5%應(yīng)變對(duì)應(yīng)強(qiáng)度^24kN/m;蠕變強(qiáng)度(20。C):^20kN/m;碳黑含量^2.0%。全文摘要土工格柵處理膨脹土渠道邊坡的方法，它依次包括如下步驟(1)清基按照施工圖要求開(kāi)挖邊坡，清除坡面及渠底浮土；(2)放樣，(3)格柵鋪設(shè)土工格柵采用人工分層鋪設(shè)，在坡面向上層包裹形成反包搭接，相鄰兩塊格柵之間為平接；格柵尾部與未開(kāi)挖坡面形成順坡面向上的延伸，格柵之間用連接棒搭接、格柵與土體之間用U型鋼筋錨接。(4)鋪土和碾壓施工。本發(fā)明由土工格柵與膨脹土共同組成的結(jié)構(gòu)，既可以解決膨脹土邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)，還可以合理的利用渠道開(kāi)挖棄料，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理的目的。文檔編號(hào)E02D17/20GK101624830SQ20091006359公開(kāi)日2010年1月13日申請(qǐng)日期2009年8月11日優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日發(fā)明者鳴劉,李青云,程展林,程永輝,譚峰屹,鄒榮華,龔壁衛(wèi)申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院