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基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法及系统

申请号 CN202311479046.1 申请日 2023-11-08 公开(公告)号 CN117803002A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 江苏纬信工程咨询有限公司; 发明人 安建林; 易维波; 丁佳玮; 梁龙玲; 陈健; 李恺;
摘要 本 发明 涉及围墙 建筑物 结构技术领域,尤其涉及基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法及系统,本发明提出以下方案,首先根据山地高陡坡路堤的地勘报告,计算山地高陡坡路堤的稳定系数,判断是否需要对山地高陡坡路堤进行分层分段,其次根据山地高陡坡路堤的纵横比确定基岩面 位置 ,沿基岩面开挖台阶,并按台阶 水 平成层全断面方式铺设加筋格栅,最后在高低差位置砌筑 页岩 砖胎膜进行 支撑 ,分层分段浇筑垫层,提高山地高陡坡路堤稳定安全系数。
权利要求

1.基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,包括以下步骤;
S1:根据山地高陡坡路堤的地勘报告,计算山地高陡坡路堤的稳定系数,如果山地高陡坡路堤的稳定系数小于安全系数,沿纵横方向对山地高陡坡路堤进行分层分段;
S2:根据山地高陡坡路堤的纵横比确定基岩面位置,清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,按台阶平成层全断面方式铺设加筋格栅;
S3:铺设加筋格栅完毕后在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,如果沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数小于安全系数,则重复步骤S2。
2.根据权利要求1所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,所述S1中所述地勘报告包括山地高陡坡路堤的土壤性质、土壤表面均匀荷载、土壤重度、土壤横向长度、天然抗剪强度、弹性模量和土壤泊松比,所述天然抗剪强度包括土壤内摩擦和土壤黏聚
3.根据权利要求2所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,所述S1中所述山地高陡坡路堤的稳定系数的计算公式为:
其中,Sc表示山地高陡坡路堤的稳定系数,Rf表示破坏比,σ1表示土壤横向压力,σ2表示土壤纵向压力,sin(·)表示正弦函数,α表示土壤内摩擦角,C表示土壤黏聚力,cos(·)表示余弦函数,E表示弹性模量,Pr表示土壤泊松比,Pob表示土壤底层土侧压强,Poa表示土壤顶层土侧压强,Sob表示土壤底层土侧表面积,Soa表示土壤顶层土侧表面积。
4.根据权利要求3所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,所述S2具体步骤如下:
S2.1:根据土壤表面均匀荷载和土壤重度计算土层厚度;
S2.2:根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,所述分层分段放线定位包括以陡坡纵向垂直高等于纵横比的位置划分一个分层开挖平直段和以陡坡横向水平长等于两倍纵横比的位置划分一个分层开挖平整段;
S2.3:清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,并回填碾压土石混合料,获取台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度,通过台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度计算滞水层抗剪强度参数;
S2.4:根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅。
5.根据权利要求3所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,所述S2.3中所述滞水层抗剪强度参数的计算公式为:
其中,St表示滞水层抗剪强度参数,q表示滞水层表面均匀荷载,γ表示土壤重度,c1表示滞水层黏聚力,tan(·)表示正切函数,θ表示滞水层内摩擦角,b表示台阶宽度,L1表示台阶滞水层内滑移线长度,cos(·)表示余弦函数,t表示填土层表面均匀载荷,β表示填土层内摩擦角,K表示滞水层黏聚力与填土层黏聚力比值,c2表示填土层黏聚力,L2表示填土层内滑移线长度,sin(·)表示正弦函数。
6.根据权利要求5所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,其特征在于,所述S2.4中所述加筋格栅铺设长度包括加筋格栅锚固长度和滑动面长度,加筋格栅铺设长度的计算公式为:
其中,L表示加筋格栅铺设长度,T表示加筋格栅设计拉力,F表示安全系数,f1表示滞水层的似摩擦系数,f2表示填土层的似摩擦系数,η表示填土层的上覆压力。
7.基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统,基于如权利要求1‑6任一项所述的基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法实现,其特征在于,所述系统包括山地高陡坡路堤测量模、山地高陡坡路堤构筑模块和山地高陡坡路堤回填模块;
所述山地高陡坡路堤测量模块,用于对山地高陡坡路堤进行测量,确定山地高陡坡路堤的稳定系数,判断是否需要分层分段;
所述山地高陡坡路堤构筑模块,用于通过山地高陡坡路堤的纵横比来确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,并根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅;
所述山地高陡坡路堤回填模块,用于在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,并计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,判断是否需要重新分层分段。
8.根据权利要求7所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统,其特征在于,所述山地高陡坡路堤测量模块包括:
地勘报告单元,用于获取山地高陡坡路堤的地勘报告;
稳定系数计算单元,用于计算山地高陡坡路堤的稳定系数,判断山地高陡坡路堤的稳定系数是否小于安全系数。
9.根据权利要求7所述基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统,其特征在于,所述山地高陡坡路堤构筑模块包括:
分层分段放线定位单元,用于根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位;
滞水层抗剪强度参数计算单元,用于根据基岩面开挖后的填土层和滞水层参数,计算滞水层抗剪强度参数;
加筋格栅铺设单元,用于根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅。

说明书全文

基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及围墙建筑物结构技术领域,尤其涉及基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法及系统。

背景技术

[0002] 在建筑围墙结构当中,山区道路受地形、地质、基本农田、生态红线等多因素的影响,很多结构基础不得不在山体较为陡峭的斜坡上布线,由于地面横坡较陡时,在多山、地形起伏、沟壑纵横的西部地区修筑公路、路时,经常在陡坡地段进行大体积填方加载,形成高填陡坡路堤。工程中遇到高填陡坡路堤时,在基底挖台阶后再回填路基是比较常见的处理方式,但对基底挖台阶处理后的路堤稳定性分析模型不够明确,山区公路建设中,由于地质地形的复杂性,部分陡坡地段路堤填土高大,形成占地巨大的高边坡,而设置加筋路基可达到减小坡高和路基工后沉降及减小占地宽度等效果,经济性明显。
[0003] 例如授权公告号为CN211006716U的中国专利公开了一种联合支挡结构,包括:抗滑桩、拉型岩土预应力锚索、悬壁式挡土墙、压力分散型预应力锚杆及其连接部件;所述的抗滑桩采用多根并行设置,在抗滑桩顶部设置与其固定连接的拉力型岩土预应力锚索;在抗滑桩的上顶部预埋用作连接构件的竖向连接筋,所述的竖向连接钢筋与悬臂式挡土墙相连接;在悬壁式挡土墙上设置与其高度相适应的不少于一个的压力分散型预应力锚杆,在压力分散型预应力锚杆的杆体上设置一个以上的锚定板,其联合支挡结构具有受力合理、稳定性好、施工方便、节省空间等优点。
[0004] 以上专利均存在本背景技术提出的问题:常规在陡坡结构上,采用挖方材料填筑的结构,下滑力较大,在地震汽车荷载等作用下,陡坡结构极易产生下滑,为防止结构下滑,要做较大的抗滑桩和较长的锚索,造价高,安全性不稳定,运营后容易造成路基的不均匀沉降,导致路面出现纵向裂缝,支挡结构物出现裂缝、鼓胀、位移较大情况,对围墙整体的稳定性造成更严重的隐患,为了解决这些问题,本申请设计了基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法及系统。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供了基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,首先根据山地高陡坡路堤的地勘报告,计算山地高陡坡路堤的稳定系数,判断是否需要对山地高陡坡路堤进行分层分段,其次根据山地高陡坡路堤的纵横比确定基岩面位置,沿基岩面开挖台阶,并按台阶水平成层全断面方式铺设加筋格栅,最后在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0007] 基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,包括以下步骤;
[0008] S1:根据山地高陡坡路堤的地勘报告,计算山地高陡坡路堤的稳定系数,如果山地高陡坡路堤的稳定系数小于安全系数,沿纵横方向对山地高陡坡路堤进行分层分段;
[0009] S2:根据山地高陡坡路堤的纵横比确定基岩面位置,清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,按台阶水平成层全断面方式铺设加筋格栅;
[0010] S3:铺设加筋格栅完毕后在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,如果沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数小于安全系数,则重复步骤S2;
[0011] 具体地,所述S1中所述地勘报告包括山地高陡坡路堤的土壤性质、土壤表面均匀荷载、土壤重度、土壤横向长度、天然抗剪强度、弹性模量和土壤泊松比,所述天然抗剪强度包括土壤内摩擦和土壤黏聚力;
[0012] 具体地,所述S1中所述山地高陡坡路堤的稳定系数的计算公式为:
[0013]
[0014] 其中,Sc表示山地高陡坡路堤的稳定系数,Rf表示破坏比,σ1表示土壤横向压力,σ2表示土壤纵向压力,sin(·)表示正弦函数,α表示土壤内摩擦角,C表示土壤黏聚力,cos(·)表示余弦函数,E表示弹性模量,Pr表示土壤泊松比,Pob表示土壤底层土侧压强,Poa表示土壤顶层土侧压强,Sob表示土壤底层土侧表面积,Soa表示土壤顶层土侧表面积;
[0015] 具体地,所述S2具体步骤如下:
[0016] S2.1:根据土壤表面均匀荷载和土壤重度计算土层厚度;
[0017] S2.2:根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,所述分层分段放线定位包括以陡坡纵向垂直高等于纵横比的位置划分一个分层开挖平直段和以陡坡横向水平长等于两倍纵横比的位置划分一个分层开挖平整段;
[0018] S2.3:清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,并回填碾压土石混合料,获取台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度,通过台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度计算滞水层抗剪强度参数;
[0019] S2.4:根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅;
[0020] 具体地,所述S2.3中所述滞水层抗剪强度参数的计算公式为:
[0021]
[0022] 其中,St表示滞水层抗剪强度参数,q表示滞水层表面均匀荷载,γ表示土壤重度,c1表示滞水层黏聚力,tan(·)表示正切函数,θ表示滞水层内摩擦角,b表示台阶宽度,L1表示台阶滞水层内滑移线长度,cos(·)表示余弦函数,t表示填土层表面均匀载荷,β表示填土层内摩擦角,K表示滞水层黏聚力与填土层黏聚力比值,c2表示填土层黏聚力,L2表示填土层内滑移线长度,sin(·)表示正弦函数;
[0023] 具体地,所述S2.4中所述加筋格栅铺设长度包括加筋格栅锚固长度和滑动面长度,加筋格栅铺设长度的计算公式为:
[0024]
[0025] 其中,L表示加筋格栅铺设长度,T表示加筋格栅设计拉力,F表示安全系数,f1表示滞水层的似摩擦系数,f2表示填土层的似摩擦系数,η表示填土层的上覆压力;
[0026] 基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统,所述系统包括山地高陡坡路堤测量模、山地高陡坡路堤构筑模块和山地高陡坡路堤回填模块;
[0027] 所述山地高陡坡路堤测量模块,用于对山地高陡坡路堤进行测量,确定山地高陡坡路堤的稳定系数,判断是否需要分层分段;
[0028] 所述山地高陡坡路堤构筑模块,用于通过山地高陡坡路堤的纵横比来确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,并根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅;
[0029] 所述山地高陡坡路堤回填模块,用于在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,并计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,判断是否需要重新分层分段;
[0030] 具体地,所述山地高陡坡路堤测量模块包括:
[0031] 地勘报告单元,用于获取山地高陡坡路堤的地勘报告;
[0032] 稳定系数计算单元,用于计算山地高陡坡路堤的稳定系数,判断山地高陡坡路堤的稳定系数是否小于安全系数
[0033] 具体地,所述山地高陡坡路堤构筑模块包括:
[0034] 分层分段放线定位单元,用于根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位;
[0035] 滞水层抗剪强度参数计算单元,用于根据基岩面开挖后的填土层和滞水层参数,计算滞水层抗剪强度参数;
[0036] 加筋格栅铺设单元,用于根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅。
[0037] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0038] 1.本发明通过在较陡斜坡的山地高陡坡路堤上利用基底填充的台阶,适用范围扩大,解决了传统方法在山地高陡坡路堤过陡时因安全问题不能填的问题,提高山地高陡坡路堤稳定安全系数;
[0039] 2.本发明通过在基底填充的台阶内部铺设了加筋格栅,可以让采用的基底填充的台阶地基安全性能进一步提高,并通过计算滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅的具体铺设长度,节约成本;
[0040] 3.本发明通过此工艺的应用场景,建立计算模型,编制相应的软件,计算快捷,与施工工艺配合使用,山地高陡坡路堤地勘报告通过试验取得,计算的参数可靠性高,计算的山地高陡坡路堤稳定安全系数可靠。附图说明
[0041] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0042] 图1为本发明实施例1基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法的流程示意图;
[0043] 图2为本发明实施例1基底台阶开挖层次结构示意图;
[0044] 图3为本发明实施例2基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统模块图。

具体实施方式

[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
[0046] 实施例1:
[0047] 请参阅图1,本发明提供的一种实施例:基于基底填充的山地高陡坡结构构筑方法,包括以下步骤;
[0048] S1:根据山地高陡坡路堤的地勘报告,计算山地高陡坡路堤的稳定系数,如果山地高陡坡路堤的稳定系数小于安全系数,沿纵横方向对山地高陡坡路堤进行分层分段;
[0049] S2:根据山地高陡坡路堤的纵横比确定基岩面位置,清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,按台阶水平成层全断面方式铺设加筋格栅;
[0050] S3:铺设加筋格栅完毕后在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,如果沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数小于安全系数,则重复步骤S2;
[0051] 具体地,所述S1中所述地勘报告包括山地高陡坡路堤的土壤性质、土壤表面均匀荷载、土壤重度、土壤横向长度、天然抗剪强度、弹性模量和土壤泊松比,所述天然抗剪强度包括土壤内摩擦角和土壤黏聚力;
[0052] 具体地,所述S1中所述山地高陡坡路堤的稳定系数的计算公式为:
[0053]
[0054] 其中,Sc表示山地高陡坡路堤的稳定系数,Rf表示破坏比,σ1表示土壤横向压力,σ2表示土壤纵向压力,sin(·)表示正弦函数,α表示土壤内摩擦角,C表示土壤黏聚力,cos(·)表示余弦函数,E表示弹性模量,Pr表示土壤泊松比,Pob表示土壤底层土侧压强,Poa表示土壤顶层土侧压强,Sob表示土壤底层土侧表面积,Soa表示土壤顶层土侧表面积;
[0055] 具体地,所述土壤顶层土侧压强计算公式为:
[0056] Poa=γ·qtan2(45°‑0.5α)‑2C·tan(45°‑0.5α),
[0057] 具体地,所述土壤底层土侧压强计算公式为:
[0058]
[0059] 其中,h表示土壤断面支护高度;
[0060] 具体地,所述S2具体步骤如下:
[0061] S2.1:根据土壤表面均匀荷载和土壤重度计算土层厚度;
[0062] S2.2:根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,所述分层分段放线定位包括以陡坡纵向垂直高等于纵横比的位置划分一个分层开挖平直段和以陡坡横向水平长等于两倍纵横比的位置划分一个分层开挖平整段;
[0063] 请参阅图2,本发明实施例基底台阶开挖层次结构示意图,包括基岩面、滞水层、基底台阶和填土层,所述基岩面是指基质表面与基岩主体结构之间相对平整、易分离的界面,所述滞水层指地面下由于土壤水不能渗入而积聚起来的含水层,所述基底台阶用于清除基岩面以上粉质黏土层,然后沿基岩面开挖台阶,所述填土层用于回填碾压土石混合料;
[0064] S2.3:清除基岩面以上的粉质黏土层,沿基岩面开挖台阶,并回填碾压土石混合料,获取台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度,通过台阶上方滞水层内摩擦角、滞水层黏聚力、填土层内摩擦角、填土层黏聚力和台阶长度计算滞水层抗剪强度参数;
[0065] S2.4:根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅;
[0066] 具体地,所述S2.3中所述滞水层抗剪强度参数的计算公式为:
[0067]
[0068] 其中,St表示滞水层抗剪强度参数,q表示滞水层表面均匀荷载,γ表示土壤重度,c1表示滞水层黏聚力,tan(·)表示正切函数,θ表示滞水层内摩擦角,b表示台阶宽度,L1表示台阶滞水层内滑移线长度,cos(·)表示余弦函数,t表示填土层表面均匀载荷,β表示填土层内摩擦角,K表示滞水层黏聚力与填土层黏聚力比值,c2表示填土层黏聚力,L2表示填土层内滑移线长度,sin(·)表示正弦函数;
[0069] 具体地,所述S2.4中所述加筋格栅铺设长度包括加筋格栅锚固长度和滑动面长度,加筋格栅铺设长度的计算公式为:
[0070]
[0071] 其中,L表示加筋格栅铺设长度,T表示加筋格栅设计拉力,F表示安全系数,f1表示滞水层的似摩擦系数,f2表示填土层的似摩擦系数,η表示填土层的上覆压力。
[0072] 实施例2:
[0073] 请参阅图3,本发明提供一种实施例:基于基底填充的山地高陡坡结构构筑系统,所述系统包括山地高陡坡路堤测量模块、山地高陡坡路堤构筑模块和山地高陡坡路堤回填模块;
[0074] 所述山地高陡坡路堤测量模块,用于对山地高陡坡路堤进行测量,确定山地高陡坡路堤的稳定系数,判断是否需要分层分段;
[0075] 所述山地高陡坡路堤构筑模块,用于通过山地高陡坡路堤的纵横比来确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位,并根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅;
[0076] 所述山地高陡坡路堤回填模块,用于在高低差位置砌筑页岩砖胎膜进行支撑,分层分段浇筑垫层,并计算沿基岩面挖台阶的山地高陡坡稳定系数,判断是否需要重新分层分段;
[0077] 具体地,所述山地高陡坡路堤测量模块包括:
[0078] 地勘报告单元,用于获取山地高陡坡路堤的地勘报告;
[0079] 稳定系数计算单元,用于计算山地高陡坡路堤的稳定系数,判断山地高陡坡路堤的稳定系数是否小于安全系数。
[0080] 具体地,所述山地高陡坡路堤构筑模块包括:
[0081] 分层分段放线定位单元,用于根据土层厚度和土壤横向长度确定山地高陡坡路堤的纵横比,确定开挖基岩面的位置,进行分层分段放线定位;
[0082] 滞水层抗剪强度参数计算单元,用于根据基岩面开挖后的填土层和滞水层参数,计算滞水层抗剪强度参数;
[0083] 加筋格栅铺设单元,用于根据滞水层抗剪强度参数计算加筋格栅铺设长度,沿台阶水平方向连续且不搭结铺设加筋格栅。
[0084] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。