一种深厚覆盖层地基结构的制作方法

1.本实用新型属于水利水电工程领域，尤其涉及一种深厚覆盖层地基结构。


背景技术：

2.我国西南地区大江大河，受地质构造及地震影响，历史上常发生山体滑坡形成堰塞坝及堰塞湖，堰塞湖沉积形成的软弱黏土覆盖层，厚度从几十厘米到几十米不等，而深厚覆盖层是我国近年来水电工程开发常遇到的一种地质构造，它具有结构松散、堆积厚度大，通常可达到百米，甚至几百米的沉积层，并且具有“低渗透性、抗剪强度低、承载力低、含水量高”等特点。在这种覆盖层地基上修建拦河大坝，往往依据覆盖层的厚度、埋深、性状等特点，采取直接开挖、桩基加固、灌浆加固、排水板等处理方式，提高地基承载力及其抗剪强度。但对于深度超过40m厚的深厚软弱覆盖层，在其上修建高土石围堰等临时建筑物时，不具备开挖置换的施工条件，同时围堰修建完成后坝基开挖形成综合高边坡，在围堰填筑期及围堰挡水期，围堰结构面临沉降变形大、边坡稳定问题突出等技术难题。
3.在天然河床覆盖层上修建土石围堰，围堰上下游边坡稳定安全系数均小于1，不满足安全要求，在上部土石围堰的重力作用下，覆盖层会产生超孔隙水压力，由于渗透性低，超孔隙水压力消散时间长，有的长达几十年，超孔隙水压力的作用，大幅降低土体内有效应力，进而降低土体抗剪强度，降低土石围堰稳定性。因此需要对中部湖相沉积覆盖层全部处理，常规的软弱地基处理方式中，排水板、砂桩、高喷灌浆、深层搅拌桩等处理深度不能满足工程需求；采用地下连续墙结构，工程量大，结构受力复杂，投资较大，施工也较为困难。
4.针对此类情况，常见处理方式就有技术瓶颈，比如施工工法不适宜覆盖层深厚的条件、加固措施不适应地基物理特性、加固效果不能促使土体排水固结提高承载力、加固措施造价高等。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于提供一种深厚覆盖层地基结构,以解决土体排水固结缓慢的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
7.一种深厚覆盖层地基结构，该地基结构包括土石围堰和位于所述土石围堰下方的地基覆盖层；
8.所述地基覆盖层包括上层的砂砾石层或人工填筑透水层，中层的湖相沉积覆盖层以及下层的古河床砂砾石层；
9.所述土石围堰的上游布置防渗墙，所述土石围堰的下游设置降水管井；
10.所述防渗墙和降水管井之间的所述地基覆盖层内设有多根散粒体桩。
11.进一步，所述散粒体桩下部伸入所述古河床砂砾石层内。
12.再进一步，所述散粒体桩连通所述地基覆盖层的上层与下层。
13.更进一步，所述散粒体桩为碎石桩。
14.此外，所述防渗墙贯穿土石围堰和地基覆盖层，且与河水的流动方向垂直。
15.此外，所述降水管井底部与古河床砂砾石层连通。
16.由此，本实用新型采用碎石桩加固深厚堰塞湖相沉积粘土层，加速土体排水固结，可提高桩间土抗剪强度，提高复合地基承载力；所述碎石桩顶部与河床砂砾石层或人工填筑石渣层衔接，形成顶部水平排水通道，解决土体固结排水时的排水通道；所述碎石桩底部与古河床砂砾石层衔接，形成底部水平排水通道，解决碎石桩竖向排水双向通道，更有利于加快桩间土排水固结速度；所述土石围堰坡脚设置降水管井，通过水泵连续抽水，降低碎石桩内地下水位线，可提高碎石桩及桩间土的有效应力，提高地基抗剪强度及边坡稳定性。
17.本实用新型主要以加速弱透水性软弱土体的排水固结过程为主要目标，充分发挥土体自身承载力及抗剪强度，提高土石围堰及地基的稳定性，可大幅降低地基加固工程投资；通过设置降水管井，能有效防止大坝基坑开挖临近弱透水性软弱土体底面时的顶破破坏事故发生。
附图说明
18.图1为本实用新型的一种深厚覆盖层地基结构剖面图；
19.图2为本实用新型的实施例示意图；
20.图中标记说明：1、土石围堰；2、地基覆盖层；21、砂砾石层；22、湖相沉积覆盖层；23、古河床砂砾石层；5、散粒体桩；6、降水管井；7、大坝基坑开挖边坡；8、防渗墙。
具体实施方式
21.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型做进一步详细的描述。
22.如图1所示，本实用新型的一种深厚覆盖层地基结构，该地基结构包括土石围堰1和位于所述土石围堰1下部的地基覆盖层2；所述地基覆盖层2 包括上层的砂砾石层21或人工填筑透水层，中层的湖相沉积覆盖层22以及下层的古河床砂砾石层23；所述地基覆盖层2的深度为h，所述上层的砂砾石层21或人工填筑透水层厚度为h1，中层的湖相沉积覆盖层22厚度为h2，下层的古河床砂砾石层23度为h3。
23.所述土石围堰1的上游布置防渗墙8，所述防渗墙8贯穿土石围堰1和地基覆盖层且垂直于水平面设置；所述土石围堰1的下游设置降水管井6，所述降水管井6上部开口于地面，底部与河床砂砾石层23连通且垂直于水平面设置且垂直于水平面设置；所述防渗墙8和降水管井6之间的所述地基覆盖层内设有多根散粒体桩5，所述散粒体桩5为碎石桩，该碎石桩的长度大于所述湖相沉积覆盖层22的厚度h2，且要求碎石桩上部伸入砂砾石层21内一定深度及伸入下部砂砾石层23内一定深度，形成碎石桩垂直及水平透水通道。所述降水管井6通过抽水，保证碎石桩区域内地下水下渗并经过古河床砂砾石层23抽至降水管井6内，并排出。
24.如图2所示，本实用新型的深厚覆盖层地基结构可应用于我国西南地区某工程，该工程上游土石围堰1高度为60m，地基覆盖层2深度h为71m,其中上部砂砾石层21厚度h1约6m，中部湖相沉积覆盖层22为低液限黏土层，厚度h2约为50m，下部古河床砂砾石层23厚度h3约为15m。围堰下游为面板堆石坝，堆石坝坝基开挖底高程g3，基坑上游的大坝基坑开挖
边坡7总高度约75m。
25.通过碎石桩加固中部湖相沉积覆盖层22，该碎石桩桩体直径1m，上游区域l1范围碎石桩的间排距3m，下游区域l2范围碎石桩的间排距2.5m。使用时碎石桩上部桩头伸入砂砾石层内0.5m,下部桩底伸入古河床砂砾石层23内 0.5m。围堰下游坡脚设置两排共五口降水管井6，该降水管井6直径均为0.8m，管井上部开口于地面，底部与古河床砂砾石层23连通。
26.本实用新型采用透水性较好的碎石桩加固湖相沉积覆盖层22后，碎石桩与上部水平透水的砂砾石层21、下游水平透水的古河床砂砾石层23形成连续垂直及水平透水通道，土体受到垂直压力作用下，土体内饱和水被挤出进入碎石桩内，并沿碎石桩垂直流向上、下砂砾石层并排出土石围堰1之外。
27.如果下部古河床砂砾石层23内的水压力较大、水平渗流通道过远时，碎石桩内的地下水不易向下部排除。同时，围堰下游的大坝基坑开挖深度接近湖相沉积覆盖层22的下限时，基坑开挖坡面受底部古河床砂砾石层23内的水压力顶托影响，易发生破坏。因此需要设置降水管井6，通过水泵连续抽水，实现碎石桩内地下水通过底部古河床砂砾石层23向管井流动，可提高碎石桩及桩间土的有效应力，提高地基抗剪强度及边坡稳定性，同时降低或释放底部古河床砂砾石层23水压力。碎石桩置换土体后，同时具有提高复合地基承载力、变形模量的有利作用。
28.本实用新型的使用效果：
29.(一)湖相沉积覆盖层22天然渗透系数约2.9
×
10-6
cm/s，固结系数约 0.4mpa-1
，在上部围堰填筑完成时覆盖层内形成超孔隙水压力最大约1.5mpa，固结度要达到80％所需要的消散时间10年以上。采用直径1m碎石桩加固地基后，碎石桩垂直双向排水，固结度达到95％以上也仅需90天，完全满足工程使用需求。
30.(二)湖相沉积覆盖层22天然抗剪强度有效应力指标凝聚力c为42kpa，内摩擦角20
°
，围堰加载后压应力基本转化为超孔隙水压力，地基土体有效应力仍为天然状态土体应力，抗剪强度不能得到提高。采用碎石桩加固后，复合地基有效应力指标凝聚力c为34.69kpa，内摩擦角23.59
°
，围堰加载后压应力基本转化为土体有效应力。在图1所示围堰施工期围堰下游边坡安全系数由天然状态下小于1，提高到1.51。在图2所示大坝基坑开挖后边坡稳定安全系数也提高到1.368。
31.(三)仅使用碎石桩处理地基时，围堰压占区l2范围内碎石桩的布置间距需要2m。运用本技术方案，在坡脚设置降水管井后，进一步降低碎石桩及桩间土地下水位，有效应力进一步得到提高，围堰压占区l2范围内碎石桩的布置间距从2m调整至2.5m，碎石桩数量降低约36％，大大节约工程投资。
32.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

技术特征：
1.一种深厚覆盖层地基结构，包括土石围堰(1)和位于所述土石围堰(1)下方的地基覆盖层(2)，所述地基覆盖层(2)包括上层的砂砾石层(21)或人工填筑透水层，中层的湖相沉积覆盖层(22)以及下层的古河床砂砾石层(23)；其特征在于：所述土石围堰(1)的上游布置防渗墙(8)，所述土石围堰(1)的下游设置降水管井(6)；所述防渗墙(8)和降水管井(6)之间的所述地基覆盖层内设有多根散粒体桩(5)。2.根据权利要求1所述的深厚覆盖层地基结构，其特征在于，所述散粒体桩(5)下部伸入所述古河床砂砾石层(23)内。3.根据权利要求1所述的深厚覆盖层地基结构，其特征在于，所述散粒体桩(5)连通所述地基覆盖层(2)的上层与下层。4.根据权利要求1至3任意一项所述的深厚覆盖层地基结构，其特征在于，所述散粒体桩(5)为碎石桩。5.根据权利要求1所述的深厚覆盖层地基结构，其特征在于，所述防渗墙(8)贯穿土石围堰(1)和地基覆盖层，且与河水的流动方向垂直。6.根据权利要求1所述的深厚覆盖层地基结构，其特征在于，所述降水管井(6)底部与古河床砂砾石层(23)连通。

技术总结
本实用新型公开了一种深厚覆盖层地基结构，该地基结构包括土石围堰和位于所述土石围堰下方的地基覆盖层，所述地基覆盖层包括上层的砂砾石层或人工填筑透水层，中层的湖相沉积覆盖层以及下层的古河床砂砾石层；所述土石围堰的上游布置防渗墙，所述土石围堰的下游设置降水管井；所述防渗墙和降水管井之间的所述地基覆盖层内设有多根散粒体桩。本实用新型主要以加速弱透水性软弱土体的排水固结过程为主要目标，充分发挥土体自身承载力及抗剪强度，提高土石围堰及地基的稳定性，可大幅降低地基加固工程投资；通过设置降水管井，能有效防止所述土石围堰下游大坝基坑开挖临近弱透水性软弱土体底面时的顶破破坏事故发生。软弱土体底面时的顶破破坏事故发生。软弱土体底面时的顶破破坏事故发生。


技术研发人员：吴文洪 王迎 刘强 苏军安
受保护的技术使用者：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2021.07.16
技术公布日：2022/1/28