一种边坡支护排水渠的施工方法与流程

本发明涉及一种边坡坡脚的排水沟施工，具体涉及一种用于西北高寒地区湿陷性黄土高陡边坡的排水渠施工方法。
背景技术：
：高寒的西北地区湿陷性黄土高陡边坡，由于受短期雨水及积雪融水冲刷、侵蚀易形成冲沟，土体鼓胀变形甚或崩塌破坏，对边坡稳定存在严重安全隐患。如何有效解决高寒地区排水沟的防渗和防冻胀问题一直是边坡工程排水设计和施工的关键问题。现有对边坡坡脚进行排水常规采用钢筋混凝土矩形排水沟，在石料充足区域浆砌片石排水沟，或者粘土砖砌筑排水沟，虽然能部分提高排水沟的防渗及防冻胀性能，但均因其施工速度慢，造价高，未能得到广泛运用与推广。技术实现要素：本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种施工工艺简单、成本低，且能有效提高防渗及防冻胀性能的边坡支护排水渠施工方法。为了达到上述目的，本发明提供了一种边坡支护排水渠的施工方法，包括以下步骤：（1）定位测量：在边坡坡脚处，定位测量，测放排水渠中心线；（2）基槽开挖：：使用小型挖掘机进行基槽开挖；（3）灰土换填：在基槽内进行灰土回填；（4）铺设复合土工布：纵向沿排水渠中心线向两边延伸铺设复合土工布；（5）铺设碎石垫层：在基槽底部、复合土工布上方铺设碎石垫层；（6）土模施工：在基槽内进行土模施工，形成U型土模；（7）U型渠施工：采用衬砌机，进行混凝土施工，在基槽内、U型土模上方衬砌U型渠，养护；（8）修整U型渠沟边：硬化混凝土浇筑，养护；（9）施工缝施工。其中，步骤（2）中基槽开挖的深度为700-750mm；当年平均降水量为180～350mm，坡面面积为12000-20000m2时，所述步骤（6）中土模规格为：底部弧形半径为350-400mm，弧度为145-152°，顶部宽度为900-950mm；当年平均降水量小于180mm，坡面面积为8000-12000m2时，所述步骤（6）中土模规格为：底部弧形半径为300-350mm，弧度为135-145°，顶部宽度为850-900mm；步骤（6）中用于回填夯实土模的土应为优先采用开挖出的地基土，土应均匀，没有碎石、草根等杂物，土的含水量应控制在16～20之间，回填土如果比较干燥，应采用洒水的方法调节回填土的含水量，若含水量较大，应采用排水、晾晒、换土等方法，将含水量控制在允许的范围内；步骤（7）中U型渠的底部为半圆形或弧形，上端两侧为沿底部半圆形或弧形两端切线方向延伸的直线段，其中直线段与垂直方向的夹角为0-16°，优选夹角为10-14°；U型渠的壁厚为100mm。U型渠的优选规格为：底部圆弧弧度152°，圆弧半径300mm，上口宽度718mm，湿周1.357。步骤（3）中灰土配比为2:8。步骤（5）中碎石垫层的厚度为100mm，采用的碎石级配为：粒径小于31.5mm的不超过90%，粒径小于16mm的不超过15%，粒径小于10mm的不超过5%)。步骤（7）和步骤（8）中采用的混凝土由以下重量配比的原料制备而成：42.5级复合硅酸盐水泥：砂：粒径大小为0.5-2cm的卵石：粒径大小为2-4cm的卵石：水=1:1.81:1.32:1.62:0.46。步骤（9）中施工缝施工过程为：在步骤（7）和步骤（8）浇筑混凝土时以木条在混凝土上隔出施工缝，或在步骤（7）和步骤（8）混凝土施工后的养护期间进行统一切割；然后在施工缝中浇筑沥青或填塞亚麻沥青。本发明相比现有技术具有以下优点：1、本发明通过将边坡坡脚排水沟设计为U型渠构造，与梯形或矩形断面沟渠相比，U型渠具有流速分布均匀，近似最佳水力断面，流速较快，且渠底有一定的反拱作用，改善了渠道膨胀变形分布的不均匀性，减轻冻胀，减少裂缝和错台现象。2、通过对基槽进行灰土换填、在渠底加设碎石垫层及土模底铺设复合土工膜，对U型渠整体受力及变形均有较大改善，能够有效防止冻胀变形和防止施工缝处渗漏，可在常规U型渠基础上适当减少U型渠的壁厚。3、通过衬砌机进行U型渠的施工，可以根据不同的边坡坡型与地形的起伏坡度，采用不同的衬砌机模具，减少了钢筋混凝土水渠模板的使用量，大大减低木材的使用量，同时采用现浇U型渠施工工艺，机械施工，一次成型，施工噪音小，占用施工场地小，施工速度快，效益高。且施工过程中无需大量的毛石、粘土砖，避免了对非可再生资源的矿山与黏土资源使用消耗，达到环境保护、绿色施工的要求。4、本发明对边坡支护排水渠的施工工艺简单，同时对施工机械设备要求也相对简单、安装方便、可靠性能高，施工安全，工期短，经济效益十分明显。附图说明图1为本发明边坡支护排水渠的施工流程图；图2为本发明施工完成后的U型渠构造剖面图。图中，1-基底素土，2-灰土垫层，3-复合土工布，4-U型渠。具体实施方式下面结合附图对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明边坡支护排水渠的施工方法包括以下步骤：1、定位测量根据现场提供的平面控制点和水准点引测2个控制点和2个基准点作为施工桩位中心及标高的施测依据，测放U型渠中心线。2、基槽开挖测量放线后，清理平整U型渠表面，用小型挖掘机或专用挖沟机，按照中心线进行基槽开挖，开挖深度以U型渠渠底标高为准，机械开挖深度宜为700－750ｍｍ，不能超挖，底部辅以人工进行清土。同时开挖基槽的过程中测量人员随时控制标高，保证渠底标高有达到设计要求的坡率。3、灰土换填基槽开挖完成，进行灰土换填施工，灰土地基旨在增加抗渗性能，及在湿陷性黄土地区消除基底湿陷性。（1）灰土回填前将槽底垃圾清理干净，并应经试验铺填夯压，确定每层虚铺厚度，最终确定的每层虚铺厚度为30mm。（2）按设计或相应规范要求对原材质量进行鉴定，严格按2：8配合比拌制灰土（即干燥粘土与石灰），采用机械拌和，要求达到均匀，颜色一致，并按击实试验报告所要求的含水率来控制含水量，现场以手握成团，两指轻捏即散为宜，若过湿，应晾干，若过干，应洒水，保持最佳含水量为止。灰土要随拌随用。（3）灰土回填时应按确定的虚铺厚度分层夯实，夯实采用打夯机，反复夯压，边角处用立式打夯机补夯密实，夯实后经环刀取样检测（每100㎡抽查不少于一个点），符合要求（干密度不小于1.6g/cm3，压实系数不小于0.93）后，方可后续施工。（4）灰土垫层2最好采用整段施工，若分段施工时，上下两层的接缝距离不得小于50㎝，接缝处应做成踏步槎或坡槎且夯压密实。（5）灰土应当日铺填夯实，不得隔日夯打。夯实后的灰土表面应作临时覆盖，避免日晒雨淋，雨季施工时，应采取防雨或排水措施，30h内不得受水浸泡。若淋雨或浸泡应将松软土挖除重做。4、铺设复合土工布、级配碎石垫层（1）灰土换填完成后，进行复合土工布3铺设。复合土工布采用人工铺设，选择的复合土工布要求外观质量：无杂物、无修补点，单位面积质量≥300Kg，断裂强度≥3.0KN/M,CBR顶破强力≥1.0KN，撕破强力≥0.32。铺设时选择无风或风力较小的时间内。先将复合土工布按纵向摆放在渠的中轴线上，从一端开始向两边展开，复合土工布向U型渠两侧延伸的宽度不少于500mm。（2）针对高寒冻融地区在复合土工布铺设完成后，在渠底铺设约100mm厚级配碎石垫层，该举措为防止在高寒冻融地区由于冻胀导致渠开裂。碎石垫层含泥量不超过3%，碎石最大粒径不得大于垫层厚度的2/3,且不宜大于50mm，优选级配为：粒径小于31.5mm的不超过90%，粒径小于16mm的不超过15%，粒径小于10mm的不超过5%。5、土模施工碎石垫层施工完成后，进行土模施工，通过拖动预制好的钢模具，对两侧进行土方回填振捣密实，形成U型土模，土模施工中严格控制渠顶、底标高，渠两侧土密实度（素土压实系数不小于0.93）达到设计的要求（用于回填夯实土模的土应为优先采用开挖出的地基土，土应均匀，没有碎石、草根等杂物，土的含水量应控制在16～20之间，回填土比较干燥，应采用洒水的方法调节回填土的含水量，若含水量较大，应采用排水、晾晒、换土等方法，将含水量控制在允许的范围内）。土模的具体规格为：当在西北高寒的气候条件下（如年平均降水量在180～350mm范围内，坡面面积在12000-20000m2范围内）时，土模底部弧形半径为350-400mm，弧度为145-152°，顶部宽度在900-950mm范围内；当在西北高寒的气候条件（如年平均降水量在小于180mm，坡面面积在8000-12000m2范围内）时，土模底部弧形半径为300-350mm，弧度为135-145°，顶部宽度在850-900mm范围。土模施工完成后经监理验收合格后方可进行下一步施工。6、U型渠衬砌混凝土施工U型渠4衬砌混凝土采用自搅方式。需对原材料及配合比予以审核确认。6.1、原材料选择（1）水泥：水泥的选用根据其使用环境而选择，通常使用P.O.42.5普通硅酸盐水泥。（2）砂：应选用优质中粗砂。（3）石子：应选用优质粒径1-2cm石子。（4）水：搅拌混凝土用水其水质宜达到饮用水标准。6.2、混凝土配合比的确定U型渠4使用混凝土等级为C30，混凝土需要自拌，所使用的水泥、砂、石进场后，送实验室进行上述混凝土配合比试验，取得配合比后使用。要求混凝土水胶比：0.36，砂率：38%。优选重量配比为：42.5级复合硅酸盐水泥：砂：卵石（0.5-2cm）：卵石（2-4cm）：饮用水=1:1.81:1.32:1.62:0.46。6.3、混凝土搅拌（1）混凝土搅拌投料计量误差应符合下列规定：砂石等粗骨料误差不大于3%；水泥及水的误差不大于2%。（2）搅拌混凝土的最短时间不少于120s，并严格控制水灰比，每次搅拌混凝土时必须测定砂的含水率，推算搅拌机每次用量，准确投料。（3）搅拌好的混凝土出料时，应测定其坍落度，观察其粘聚性、和易性、饱水性等性状，以满足混凝土浇筑的要求。6.4、混凝土施工及养护（1）利用衬砌机进行浇筑混凝土施工：U型渠混凝土施工时，人工将混凝土送至送料口，衬砌机通过振动器振动密实混凝土，通过自牵引装置带动钢丝绳转动，从而带动衬砌机沿U型渠中心线向前移动。（2）在天然重度为1.5－1.58KN/m3的一般湿陷性黄土中，混凝土坍落度控制宜为12－14cm，U型渠沟壁外倾角控制为10－14°（U型渠的底部为半圆形或弧形，上端两侧为沿底部半圆形或弧形两端切线方向延伸的直线段，直线段与垂直方向的夹角即为外倾角）。（3）施工时应设置前端牵引装置的机械推进速度，保证混凝土振捣密实，U型渠4内表面抹面压光，保证沟渠内壁光滑。（4）U型渠衬砌施工完成后，及时覆盖塑料薄膜进行保护，避免水分过度蒸发。施工完成8－12小时内进行浇水养护，后期持续养护14天。7、硬化前准备及硬化模板安装待U型渠衬砌混凝土达到一定强度后，进行硬化混凝土施工前准备工作：延伸部分上部覆盖100mm厚2:8灰土，压实系数不小于0.93。然后根据施放的硬化边线，用150×150mm的木方支挡，作为硬化的边模，木方支挡要牢固，外侧应作支撑，防止木方移位，保证硬化的尺寸符合设计要求。8、硬化混凝土浇筑及养护8.1、硬化混凝土浇筑（1）在硬化混凝土（采用步骤6中U型渠施工用混凝土）正式泵送前用于润管的砂浆不得集中堆于一处，应均匀摊开在基底上。（2）混凝土泵送到施工面时要及时用铁锹摊开，厚度略高于找平厚度，随即用插入式振捣器配合振捣，硬化混凝土厚度较薄，用插入式振捣器应在已摊平的混凝土中平行拖动，逐行移动，顺序进行，不得遗漏，做到振捣密实。（3）混凝土的下料口距离所浇筑的混凝土面高度不得超过2m，采用泵送,商品混凝土坍落度控制在14-16cm。（4）部分区域距离下料口较远时可用小推车做水平运输。（5）根据水平控制桩用平锹将混凝土大致铺平厚度为12cm。（6）铺混凝土后振捣密实，用2m长刮杠刮平，表面塌陷处铺平后，再用长刮杠刮一次，然后用木抹子搓平。（7）用铁抹子进行原浆收光。8.2、硬化混凝土的养护（1）当混凝土的强度达到1.2Mpa时方可上人进行下一道工序操作，具体施工中控制为混凝土浇筑后8-12小时，混凝土已经凝固变硬，上人后无痕迹为准。（2）在混凝土浇筑12小时后要进行浇水养护，以后要随时进行养护保持混凝土处于湿润状态。直至混凝土浇筑后14天。8.3、施工缝施工（1）施工缝施工可以在浇筑混凝土时以木条在混凝土上隔出施工缝（施工缝间距为3-5m），混凝土初凝后移走木条。（2）施工缝也可以在混凝土养护期间用切割机进行统一切割。（3）施工缝中浇筑沥青或塞亚麻沥青。9、混凝土试块的留置与试验（1）每浇一次同配合比混凝土取样一次，留取28天标准养护、同条件养护抗压试块各一组。（2）根据规范及设计要求混凝土每浇一次且不超过100m3同配合比混凝土取样一次，留取28天抗压强度试块一组。（3）对养护到期的各种试块，应按龄期及时送实验室试验并按时取出试验报告归入档案。（4）经试验得到的混凝土性能参数如下：强度C30，塌落度14-16cm，水胶比不小于0.36.砂率不小于38%。10、成品保护（1）混凝土浇筑完，混凝土未完全凝固时，严禁上人进行其他工序施工。（2）因硬化混凝土施工后就无其他施工工序，应注意现场其他重型车辆的碾压。采用本发明方法于2012年4月至2013年9月在新疆伊宁地区进行边坡支护排水渠施工，修建U型排水渠D60（具体的规格为：底部圆弧弧度152°，圆弧半径300mm，上口宽度718mm，湿周1.357）根据现浇U型渠道的过流断面按规范推荐的谢才公式计算：Q=υA(1)(2)式中，Q为沟的排水流量；υ为沟内平均流速；A为过水断面面积；R为水力半径；I为水力坡度；n为糙率。在相同的过流断面及水力坡度条件下，设过流端面为0.27m2，水力坡度0.01，各类排水沟渠流量见表1。表1各类型排水沟渠流量汇总表通过上表可以看出现浇U型渠在相同过水断面及水力坡度下，其过水能力最大。根据工程造价核算，其各种沟渠经济效益比较如表2。表2各类型排水沟经济效益比较沟渠类型类型综合单价/（元/m）工效/（m/d）现浇U型渠人机约3006.0钢筋混凝土矩形渠人工约7502.5浆砌片石梯形边沟人工约3503.5通过以上分析比较，在相同的人工投入下，本发明采用的U型渠施工工效约为钢筋混凝土或浆砌片石排水沟的2倍；相对钢筋混凝土排水沟，其节省成本近60%。且至2013年9月施工至2017年2月。经过了5个冬季的考验，现场U型渠未出现开裂、变形、无崩塌破坏等现象，无安全隐患。施工质量满足设计要求。当前第1页1 2 3