软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构及其施工方法

摘要

本发明涉及一种软土地基上的船型大砂袋围堰结构及其施工方法。本发明的目的是提出一种软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构及其施工方法，目的在于加强围堰底层砂袋强度和刚度，控制大砂袋围堰变形破坏，从而保证围堰的安全稳定。本发明的技术方案是：软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构，其特征在于，所述围堰结构由顺围堰长度方向布置的大砂袋尺寸由大到小逐层叠加而成，其中围堰底层砂袋外包土工格栅，该土工格栅的底部下方依次为砂垫层和塑料排水板；所述砂垫层外围设土工管袋挡埝作为围挡结构；所述围堰底层砂袋与土工格栅之间由锚杆固定成整体。本发明适用于近海工程、围海造陆领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种软土地基上的船型大砂袋围堰结构及其施工方法。主要适用于近海工程、围海造陆领域。

背景技术

在离岸水域的软土地基条件下，通过修建围堰以进行吹填造陆，是普遍采用的围海造陆的方法。通常沿海的海洋软土中，淤泥质软土层较厚，地基处理难度大、造价高、安全度难以保障，再加上工程常处于深水、强潮流、强台风、河流交汇等恶劣环境中，使得软土地基问题更是突出，加大了围堰施工建造的难度。

为解决超软地基和水下建造围堰的难题，例如整体稳定性较差、沉降不均匀、抗海浪台风等能力较低等。大砂袋围堰应运而生，并在实际工程中迅速得到重视和应用。但大砂袋围堰的实践领先于其理论，目前相应的工程设计主要是依靠经验和工程类比。现有大砂袋围堰工程案例中，大砂袋围堰的变形破坏模式主要是因软土地基在大砂袋围堰填充施工过程中，受到大砂袋围堰自重荷载和外部环境波浪力的影响，产生塑性变形，引起大砂袋围堰底部砂袋的不均匀变形，导致砂袋自身受到张拉作用，超过了砂袋所用土工织物材料的极限抗拉强度，出现围堰底层砂袋被拉断的情况，进而影响到上层砂袋，形成连锁效应，围堰砂袋自下而上依次被拉断形成贯通的滑动面。这种现象业内称之为局部滑动断裂破坏(如附图1所示)。这种大砂袋围堰的破坏模式严重影响到围堰上部结构的安全稳定，而且失稳没有可预见性，极易造成人员伤亡和财产损失。

发明内容

针对上述情况，本发明要解决的技术问题是：提出一种软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构及其施工方法，目的在于加强围堰底层砂袋强度和刚度，控制大砂袋围堰变形破坏，从而保证围堰的安全稳定。

本发明所采用的技术方案是：软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构，其特征在于，所述围堰结构由顺围堰长度方向布置的大砂袋尺寸由大到小逐层叠加而成，其中围堰底层砂袋外包土工格栅，该土工格栅的底部下方依次为砂垫层和塑料排水板；所述砂垫层外围设土工管袋挡埝作为围挡结构；所述围堰底层砂袋与土工格栅之间由锚杆固定成整体。

上层砂袋的外缘相对于其下一层砂袋内缩尺寸不小于二倍围堰底层砂袋厚度D。

所述围堰底层砂袋采用高强土工布制作，高强土工布的极限抗拉强度N≥50kN/m；拉伸模量EA≥300kN/m。

所述土工格栅由下而上反包住围堰底层砂袋，反包长度不小于围堰底层砂袋横截面长度方向尺寸的一半。

所述土工格栅的极限抗拉强度不小于100kN/m；拉伸模量不小于600kN/m。

所述锚杆的加固位置距离围堰底层砂袋外缘不小于二倍围堰底层砂袋厚度D。

所述锚杆为锚固端头可折叠型的锚杆。所述锚杆的抗剪强度不小于150N。

本发明软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构的施工方法，步骤包括：

1、土工管袋挡埝施工；

2、水下抛填砂垫层；

3、水上插设塑料排水板；

4、土工格栅铺设定位；

5、围堰底层砂袋的土工布排列并铺设；

6、围堰底层砂袋的充填施工；

7、将土工格栅反包住围堰底层砂袋；

8、按权利要求6的要求固定锚杆；

9、在围堰底层砂袋上面逐层铺设围堰上层砂袋并逐层充填各层砂袋。

本发明的有益效果是：

1)、通过高强度土工布制作围堰底层砂袋、土工格栅外包围堰底层砂袋和锚杆固定土工格栅三个措施来增加大砂袋围堰底层砂袋的强度和刚度。使得围堰下软土地基在大砂袋填筑过程中出现塑性变形时，围堰底层的大砂袋不会被拉断。从而保证了大砂袋围堰自身不会因软土地基的变形而出现贯通的滑裂面，在填筑过程中作为一个整体随着地基的沉降而下沉。

2)、大砂袋围堰底层砂袋强度和刚度的提高，令大砂袋围堰底部形成一个整体性优异的类钢板结构，由于大砂袋围堰尺寸长达数十米甚至上百米，围堰置于软基上，如一艘船浮在淤泥上。以这种船型理论设计建造的围堰，即便是在地基产生大的变形甚至破坏，上部围堰也不会类似边坡的滑裂破坏。在这种情况下，大砂袋围堰的填筑高度就可根据相应的地基极限承载力计算方法进行控制，保证施工过程中大砂袋围堰的整体稳定性。

3)、填补了以往大砂袋围堰缺乏理论基础的缺陷，本方法切合实际、操作简单、行之有效。

附图说明

图1是本发明背景技术的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明结构底部位置的局部放大图。

图4是本发明中锚杆的锚固端头收拢时的结构示意图。

图5是本发明中锚杆的固定端挡板锚固端头的结构示意图。

图6是本发明中锚杆的锚固端头撑开时的结构示意图。

图7是本发明中锚杆使用的流程示意图。

具体实施方式

如图2、图3所示，本实施例软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构，由顺围堰长度方向布置的大砂袋尺寸由大到小逐层叠加而成，大砂袋的尺寸在长度方向有几十米甚至上百米，因此每层一般布置两个或数个大砂袋。其中，围堰底层砂袋6外包土工格栅3，土工格栅3的底部下方依次为砂垫层4和塑料排水板5，砂垫层外围围挡为土工管袋围埝7，最后围堰底层砂袋6与土工格栅3之间用锚杆2固定，形成整体性优异的类钢板结构。

上层砂袋的外缘相对于其下一层砂袋内缩尺寸不应小于二倍围堰底层砂袋6厚度D(内缩≥2D，D为围堰底层砂袋厚度)。同时，围堰底层砂袋6采用高强土工布制作，也就是围堰底层砂袋6土工布的抗拉强度和刚度不得小于围堰上层砂袋1土工布的抗拉强度，该高强土工布的极限抗拉强度N≥50kN/m；拉伸模量EA≥300kN/m。

所述土工格栅3(土工格栅可以折弯并带有孔隙)由下而上反包住围堰底层砂袋6，反包长度不小于围堰底层砂袋6横截面长度方向尺寸的一半(即两个方向的反包长度刚好可以合围包裹整个砂袋)。所述土工格栅3的极限抗拉强度不得小于100kN/m；拉伸模量不得小于600kN/m。

如图4－7所示，所述锚杆2的加固位置距离围堰底层砂袋6外缘不小于二倍围堰底层砂袋6厚度D(≥2D，D为围堰底层砂袋厚度)，所用锚杆2为锚固端头2－1可折叠撑开的锚杆(可外购)，锚杆2的抗剪强度不小于150N。锚杆2使用前，锚固端头2－1折叠紧贴于锚杆，锚杆打入需要锚固的对象后，反向拉锚杆，锚固端头如折叠伞般被撑开，形成抗拉锚固端头。反向拉紧锚杆后，安装固定端挡板和锚具2－2。

本实施例软土地基上稳定的船型大砂袋围堰结构的施工方法，步骤包括,：

1、土工管袋挡埝7施工；

根据砂垫层区域定位，在砂垫层外侧顺围堰长度方向建立土工管袋挡埝，形成砂垫层的围挡结构。

2、水下抛填砂垫层4；

施工机械采用皮带砂船及平板驳船，皮带船主要进行粗抛及材料运输，平板驳上配挖掘机进行细平补抛，在抛填过程中要充分考虑水流、波浪对砂料产生漂流的影响，确保砂料落点的准确，抛填时先粗后细，勤探水深，必要时候进行补抛，保证砂垫层的连续及均匀。

3、水上插设塑料排水板5；

水上塑料排水板施工采用塑料排水板插板船进行打设，同时按200m～300m为一施工段布置排水板插板船，进行流水作业，利用GPRS定位系统控制插板的平面位置，通过插板机上的标尺及潮位遥报仪提供的潮水信息控制插板的深度。

4、土工格栅3铺设定位；

土工格栅采用施工船舶铺设，利用测量海上放线浮标定位。土工格栅径向(纵向)应平行堤的宽度方向铺设，即抗拉强度大的方向沿堤的横断面方向，两侧余量要考虑沉降后满足设计图纸要求。土工格栅在横向内不得接长纵向应采取可靠措施进行连接，边铺设边平整，防止出现皱褶。

5、围堰底层砂袋6的土工布排列并铺设；

6、围堰底层砂袋6的充填施工；

充填砂袋施工采用海运砂船靠驳泥浆泵船进行充袋，充填砂性土，其粒径小于0.075mm的粘粒含泥量小于10％；充填厚度一般控制在0.5m左右，充填完成后必须将袋口扎紧，施工时按200m～300m分段，在围埝两侧布置一定数量的泵砂船进行充填并采用流水作业。

7、将土工格栅3按权利要求4的要求反包住围堰底层砂袋6；

8、按权利要求6的要求固定锚杆2；

9、在围堰底层砂袋6上面逐层铺设围堰上层砂袋1并逐层充填各层砂袋。