专利名称：一种竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法
技术领域：
本发明涉及到一种路基处理施工方法，特别是涉及一种山区公路修建及旧路改造工程中竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法。
背景技术：
近年来，在山区公路修筑及旧路改造过程中，频繁遇到半填半挖路基的修筑问题。由于半填半挖路基一侧为原状路基，另一 侧通过填筑而成，这样在路基挖方区I与填方区2之间存在一个天然的填挖交接面3，由于交接面两侧路基生成方式，物理力学性质，地下水及路基内部结构等方面的差异，常导致路基边坡沿交接面滑动、侧移或路面沿交接面产生差异沉降导致路面开裂；而且在半填半挖路基的施工过程中常遇到填方区为软弱土地基的情形，软弱土地基也将导致填方区路基与挖方区路基产生差异沉降从而对路面结构产生破坏，成为很难解决的工程问题。对于填挖交接面3的加固，传统的处理方法是采用土工合成材料加筋，土工合成材料能提高填挖交接面3的稳定性和减少差异沉降，但是土工合成材料由煤、石油、天然气中提炼出来的化学物质制成，其生产需要消耗大量能源，同时会产生大量的废渣、废水和废气，这样会导致能源的耗费以及环境的污染，在大力提倡可持续发展的今天，我们需要寻找一种节能、环保、低碳的材料来代替；另外土工合成材料施工造价相对较高。对于加筋材料的锚固及叠合部位的捆绑，传统施工中常采用钢筋U型锚钉及钢丝，但是在路基施工中使用钢材主要存在下面三个缺点一、钢材在潮湿环境中易锈蚀；二、污染环境；三、造价较高。对于填方区软弱路基的加固传统处理方法可归为三类第一类是采用排水固结；第二类是利用无排水功能的竖向增强体(比如素混凝土桩、水泥搅拌桩、CFG桩等)加固处理。第三类是利用有排水功能的竖向增强体(碎石桩)加固处理。第一类方法施工简便、成本较低、地基土强度会随水的排出逐渐提高，但是施工周期较长；第二类方法可应用于各类软土地基加固，但造价相对较高；第三类方法施工简便，成本低，但是由于桩体自身刚度及强度不大，需要靠周围土体围护才能成桩，当周围土体较软弱时距桩顶2 4m范围内的桩体易发生径向变形而产生鼓出及剪切破坏，加固效果有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种施工材料环保、结构简单、施工方便、成本较低、同时能够满足使用功能和耐久性要求的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法。为了解决上述技术问题，本发明提供的一种竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，包括以下步骤步骤(I)、使用经加工处理后的竹片编织竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉；步骤(2)、平整填方区场地，进行桩位放样；
步骤(3)、使用步骤(I)中制得的竹筋笼在步骤(2)中的桩位放样处制成竹筋笼加筋碎石桩作为地基；步骤(4)、在自然山坡坡面开挖台阶，台阶宽度为2 3m，每级台阶的高度为
0.8 I. Om,并做成横坡值为2 4%的反向横坡；步骤(5)、采用碎石为材料，在步骤(3)所制得的碎石桩顶面铺设厚度为30 50cm的平整碎石垫层；步骤(6)、将步骤(I)中制得的竹筋格网平整地铺设于碎石垫层上，相邻两张竹筋格网的叠合长度为30 50cm，叠合部位采用竹藤捆绑连接；步骤(7)、在竹筋格网上回填找平填料并碾压密实，当填料填充至与上一级邻近·台阶平行时，在上一级邻近台阶及填平上来的填料上再铺设下一层竹筋格网，其中竹筋格网铺设于台阶上的长度与台阶开挖的宽度相同，同一层相邻的两张竹筋格网的叠合长度为30 50cm，叠合部位采用竹藤捆绑连接，铺好的竹筋格网分别在垂直道路方向每隔O. 8
1.2m以及沿道路方向每隔O. 6 I. Om用步骤(I)中制得的竹筋U形锚钉固定于地面；步骤(8)、重复步骤(7)，直至达到路基设计高程。所述的竹材加筋增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤(I)中所述的使用竹片编织竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉的步骤如下步骤①、将龄期不低于3年的毛竹分别制成用于编织竹筋笼横向竹筋和制作竹筋格网的宽度为6 8mm，厚度为4 6mm的竹片以及用于编织竹筋笼竖向竹筋的宽度为15 20mm,厚度为6 IOmm的竹片；步骤②、先对竹片做杀菌、防虫、防腐处理用硼酸和水配置浓度为6 8%的硼酸溶液，将竹片浸溃于硼酸溶液中，使溶液淹过竹片3 5cm，静置24小时；然后将竹片取出风干，当气温在20°C以上时自然风干5 7天，当气温在20°C以下时自然风干7 10天；然后对竹片做防水处理采用毛刷将搅匀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性浙青防水涂料涂刷竹片表面，共涂刷二层，第一层涂刷完待6 8小时再涂刷第二层，总涂膜厚度控制在O. 4 O. 6_，待24小时竹片表面涂膜干燥后进入步骤③；步骤③、利用处理后的竹片编制成竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉竹筋笼竖向采用8根4 5m长的竹片均匀布置在圆周上，竹筋笼的直径同碎石桩的直径，四围再用竹片做箍筋包裹，箍筋的间距为I 2cm ;竹筋格网每一格网片尺寸为15 20cmX 15 20cm，竹筋格网的总尺寸同填方区路基面积加台阶面积；竹筋U型锚钉包括钉身和钉尖，钉尖长为30 40cm，钉身长为3 4cm。所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤(2)中所述的进行桩位放样时，是按每四个桩体中点连线呈正方形或每三个桩体中点连线呈等边三角形的形式布置桩位放样的。所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤(3)中所述的竹筋笼加筋碎石桩施工方法为先在地基上成桩孔，然后竖向放入竹筋笼，其中竹筋笼位于碎石桩上部，经竖向竹筋笼在桩孔中填入碎石，形成竖向竹筋笼加筋碎石桩。所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤(4)中所述的开挖台阶时做成靠近挖方端低而填方端高的反向横坡用于增强加筋材料与填料之间的握裹力。所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤(5)中所述的垫层和碎石桩所用填料为碎石、砂石或者粗砂，颗粒的最大粒径小于5cm。所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，上述步骤￠)中所述的采用竹藤捆绑连接竹筋格网的叠合部位时，在捆绑之前先将竹藤在水中浸湿，以使竹藤干燥后收缩变紧而加强捆绑的牢固性。本发明的技术效果在于(I)采用新型竹筋同时对半填半挖路基水平向和竖向进行了加固；水平向采用水平竹筋格网加筋可增强半填半挖路基的整体性，提高路基承载力， 减少填方区和挖方区的差异沉降，防止路基填方区沿填挖交接面滑动、侧移；竖向碎石桩上部设置竹筋笼，这样可以有效限制桩体侧向鼓出变形，防止桩体发生鼓出破坏和剪切破坏，大大提高碎石桩的承载力；(2)碎石桩与水平方向碎石垫层可形成竖横向排水系统，在路基修筑过程中，地基土因排水固结作用，其强度逐渐提高，固结沉降大部分完成，工后沉降将进一步减小，可满足交通荷载日益增加对路基承载力及变形的要求；(3)竹筋原材料来源广，可再生。本发明中,筋材全部采用可再生的竹材,竹材生长速度快，成材周期短，产量大，来源有保障，更为重要的是竹材为绿色材料，其生产过程环保，无污染，适应建筑行业朝着低碳、节能、环保以及可持续性发展的要求；(4)竹筋制作简单，施工方便。本发明中，竹材可就地取材，由于竹材密度小，自重轻，处理后的竹材运到施工现场可迅速加工成竹筋笼、竹筋格网及竹筋U型锚钉；(5)能够在满足道路工程安全可靠的前提下节约投资。就强度和成本而言，竹子被公认为是自然界中效能最高的材料(如龄期为3年的毛竹其顺纹抗拉强度为150 250MPa，而工程中常用的土工合成材料土工格栅的抗拉强度为100 200MPa)，完全符合路基加筋材料的力学要求，同时对竹筋进行杀菌、防腐、防虫及防水处理后能够满足路基耐久性要求，并且比传统的筋材费用低可以节约成本减少投资。
图I为本发明碎石桩的两种平面布置图；图2为本发明竹筋笼示意图；图3为本发明竹筋格网示意图；图4为本发明竹筋U型锚钉示意图；图5为本发明竹筋格网铺设示意图；图6为本发明铺设第一层竹筋格网后的示意图；图7为本发明铺设第二层竹筋格网后的示意图；图8为本发明铺设第三层竹筋格网后的示意图；图9为本发明半填半挖路基完工后的不意图；其中I为挖方区，2为填方区，3为填挖交接面，4为竹筋笼，5为碎石桩，6为碎石垫层，7为竹筋格网，8为台阶，9为竹筋U型锚钉，10为原自然山坡，11为路面，12为竹筋U型锚钉的钉尖，13为竹筋U型锚钉的钉身，14为填料。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明实施例I :步骤(I)、使用龄期为4年的毛竹竹材制作竹筋笼4及竹筋格网7 ；①、将毛竹竹材制成宽度为6mm,厚度为5mm的竹筋，其中用于编织竹筋笼4竖向竹筋的竹片宽16mm,厚度6mm ；②、先对竹筋做杀菌、防虫、防腐处理用硼酸和水配置浓度为8%的硼酸溶液，将竹筋浸溃于硼酸溶液中，使溶液淹过竹筋5cm，静置24小时；然后将竹筋取出在自然环境下风干；再对竹筋做防水处理用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性浙青防水涂料涂刷竹片表面，涂刷时先采用毛刷将改性浙青防水涂料均匀抹刷于竹片表面，等涂刷的第一·层表面干燥后再涂刷第二层，总涂膜厚度控制在O. 4 O. 6_，待24小时后竹筋表面涂膜干燥后进入下道工序；③、参见图2、图3、图4，利用处理后的竹片编制成竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉竹筋笼4竖向采用8根5m长竹片均匀布置在圆周上，竹筋笼的直径同碎石桩5的直径，四围再用箍筋(竹片)包裹，箍筋的间距为2cm ;竹筋格网7每一格网片尺寸为20cmX 20cm，竹筋格网的总尺寸为宽7mX长22m ;U型锚钉的钉尖12长为30cm，钉身13长为3cm。步骤(2)、平整填方区场地，根据桩距I. 6m按图I中等边三角形布置进行桩位放样，等边三角形又称梅花形，指三个桩体中点连线形成等边三边形；步骤(3)、利用建筑桩体施工中常用的振冲法在地基上成桩孔，碎石桩5直径为
0.9m,长度为15m，然后竖向放入竹筋笼4，竹筋笼位于桩体的上部，经竖向竹筋笼在桩孔中填入碎石，形成竖向竹筋笼加筋碎石桩，桩体的直径及长度根据所处的软弱地基的实际情况而定；步骤(4)、在原自然山坡10坡面开挖台阶8，台阶宽度为2.0m，每级台阶的高度为
1.0m，并做成横坡值为3%的靠近挖方端低而填方端高的反向横坡；步骤(5)、采用碎石为材料(颗粒的最大粒径小于5cm)在所述的碎石桩5顶面铺设厚度为30cm碎石垫层6，要求垫层压实平整、呈水平状、清除尖刺突起物；步骤￠)、参见图6，按设计尺寸铺设底层竹筋格网7 :将加工好的竹筋格网铺设于碎石垫层6上，铺设要平整，无皱折现象，相邻两张竹筋格网的叠合长度为35cm，叠合部位用竹藤绑牢固，捆绑之前将竹藤在水中浸湿，竹藤干燥后会收缩变紧，从而可捆绑的更牢固；步骤(7)、参见图7，在竹筋格网7上回填找平土料并碾压密实，当填料14填充至与上一级邻近台阶平行时，在上一级邻近台阶及填平上来的填料14上再铺设下一层竹筋格网，其中竹筋格网铺设于台阶8上的长度为2. Om,同一层相邻的两张竹筋格网的叠合长度为35cm，连接部位用竹藤绑牢固，铺好的竹筋格网在垂直道路方向每隔lm，沿道路方向每隔O. Sm用竹筋U形锚钉9固定于地面；步骤(8)、参见图8、图9，再重复步骤(7)，直至达到路基顶面高程再铺设路面11。实施例2
步骤⑴、使用龄期为3年的毛竹竹材制作竹筋笼4及竹筋格网7 ；①、将毛竹竹材制成宽度为7mm，厚度为6mm的竹片，其中用于编织竹筋笼竖向竹筋的竹片宽20mm,厚度8mm ；②、先对竹片做杀菌、防虫、防腐处理用硼酸和水配置浓度为6%的硼酸溶液，将竹片浸溃于硼酸溶液中，使溶液淹过竹筋5cm，静置24小时；然后将竹片取出自然风干；再对竹片做防水处理用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性浙青防水涂料涂刷竹筋表面，共涂刷二层，等第一层涂刷竹片表面干燥后再涂刷第二层，总涂膜厚度控制在O. 4
O.6_，待24小时后竹筋表面涂膜干燥后进入下道工序； ③、参见图2、图3、图4，利用处理后的竹片编织成竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉竹筋笼4竖向采用8根4. 5m长竹筋均匀布置在圆周上，竹筋笼的直径同碎石桩5的直径，四围再用箍筋(竹片)包裹，箍筋的间距为I. 5cm ;竹筋格网7每一格网片尺寸为15cmX 15cm，竹筋格网的总尺寸为宽8. 2mX长35m ;竹筋U型锚钉的钉尖(12)长为35cm，钉身(13)长为3cm。步骤(2)、平整填方区场地，根据桩距I. 2m按图I中正方形布置进行桩位放样，正方形布置是指四个桩体中点连线形成正方形；步骤(3)、利用建筑桩体施工中常用的沉管法在地基上成桩孔，碎石桩5直径为
O.6m,长度为10m，然后竖向放入竹筋笼4，竹筋笼位于桩体的上部，经竖向竹筋笼在桩孔中填入碎石，形成竖向竹筋笼加筋碎石桩，桩体的直径及长度根据所处的软弱地基的实际情况而定；步骤(4)、在自然山坡坡面开挖台阶8，台阶宽度为2.2m，每级台阶的高度为0.8m，并做成横坡值为4%的靠近挖方端低而填方端高的反向横坡；步骤(5)、采用碎石为材料(颗粒的最大粒径小于5cm)在所述的碎石桩5顶面铺设厚度为50cm碎石垫层6，要求垫层压实平整、呈水平状、清除尖刺突起物；步骤￠)、参见图6，按设计尺寸铺设底层竹筋格网7 :将加工好的竹筋格网铺设于碎石垫层6上，铺设要平整，无皱折现象，相邻两张竹筋格网的叠合长度为40cm，叠合部位用竹藤绑牢固，捆绑之前将竹藤在水中浸湿，竹藤干燥后会收缩变紧，从而可捆绑的更牢固；步骤(7)、参见图7，在竹筋格网7上回填找平土料并碾压密实，当填料14填充至与上一级邻近台阶平行时，在上一级邻近台阶及填平上来的填料14上再铺设下一层竹筋格网，其中竹筋格网铺设于台阶8上的长度为2. 2m，同一层相邻的两张竹筋格网的叠合长度为40cm，连接部位用竹藤绑牢固，铺好的竹筋格网在垂直道路方向每隔I. 2m，沿道路方向每隔I. Om用竹筋U形锚钉9固定于地面；步骤(8)、参见图8、图9，再重复步骤(7)，直至达到路基顶面高程再铺设路面11。
权利要求
1.一种竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征是包括以下步骤 步骤(I)、使用经加工处理后的竹片编织竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉； 步骤(2)、平整填方区场地，进行桩位放样； 步骤(3)、使用步骤(I)中制得的竹筋笼在步骤(2)中的桩位放样处制成竹筋笼加筋碎石桩作为地基； 步骤(4)、在自然山坡坡面开挖台阶，台阶宽度为2 3m，每级台阶的高度为O. 8 I. Om,并做成横坡值为2 4%的反向横坡； 步骤(5)、采用碎石为材料，在步骤(3)所制得的碎石桩顶面铺设厚度为30 50cm的平整碎石垫层； 步骤￠)、将步骤(I)中制得的竹筋格网平整地铺设于碎石垫层上，相邻两张竹筋格网的叠合长度为30 50cm，叠合部位采用竹藤捆绑连接； 步骤(7)、在竹筋格网上回填找平填料并碾压密实，当填料填充至与上一级邻近台阶平行时，在上一级邻近台阶及填平上来的填料上再铺设下一层竹筋格网，其中竹筋格网铺设于台阶上的长度与台阶开挖的宽度相同，同一层相邻的两张竹筋格网的叠合长度为30 50cm，叠合部位采用竹藤捆绑连接，铺好的竹筋格网分别在垂直道路方向每隔O. 8 I. 2m以及沿道路方向每隔O. 6 I. Om用步骤(I)中制得的竹筋U形锚钉固定于地面； 步骤(8)、重复步骤(7)，直至达到路基设计高程。
2.根据权利要求I所述的竹材加筋增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤(I)中所述的使用竹片编织竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉的步骤如下 步骤①、将龄期不低于3年的毛竹分别制成用于编织竹筋笼横向竹筋和制作竹筋格网的宽度为6 8mm，厚度为4 6mm的竹片以及用于编织竹筋笼竖向竹筋的宽度为15 20mm,厚度为6 IOmm的竹片； 步骤②、先对竹片做杀菌、防虫、防腐处理用硼酸和水配置浓度为6 8%的硼酸溶液，将竹片浸溃于硼酸溶液中，使溶液淹过竹片3 5cm，静置24小时；然后将竹片取出风干，当气温在20°C以上时自然风干5 7天，当气温在20°C以下时自然风干7 10天；然后对竹片做防水处理采用毛刷将搅匀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性浙青防水涂料涂刷竹片表面，共涂刷二层，第一层涂刷完待6 8小时再涂刷第二层，总涂膜厚度控制在O. 4 O. 6_，待24小时竹片表面涂膜干燥后进入步骤③； 步骤③、利用处理后的竹片编制成竹筋笼、竹筋格网及制作竹筋U型锚钉竹筋笼竖向采用8根4 5m长的竹片均匀布置在圆周上，竹筋笼的直径同碎石桩的直径，四围再用竹片做箍筋包裹，箍筋的间距为I 2cm ;竹筋格网每一格网片尺寸为15 20cmX 15 20cm,竹筋格网的总尺寸同填方区路基面积加台阶面积；竹筋U型锚钉包括钉身和钉尖，钉尖长为30 40cm，钉身长为3 4cm。
3.根据权利要求I所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤(2)中所述的进行桩位放样时，是按每四个桩体中点连线呈正方形或每三个桩体中点连线呈等边三角形的形式布置桩位放样的。
4.根据权利要求I所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤(3)中所述的竹筋笼加筋碎石桩施工方法为 先在地基上成桩孔，然后竖向放入竹筋笼，其中竹筋笼位于碎石桩上部，经竖向竹筋笼在桩孔中填入碎石，形成竖向竹筋笼加筋碎石桩。
5.根据权利要求I所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤(4)中所述的开挖台阶时做成靠近挖方端低而填方端高的反向横坡用于增强填料与加筋材料之间的握裹力。
6.根据权利要求I所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤(5)中所述的垫层和碎石桩所用填料为碎石、砂石或者粗砂，颗粒的最大粒径小于5cm0
7.根据权利要求I所述的竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，其特征在于上述步骤￠)中所述的采用竹藤捆绑连接竹筋格网的叠合部位时，在捆绑之前先将竹藤在水中浸湿，以使竹藤干燥后收缩变紧而加强捆绑的牢固性。
全文摘要
本发明公开了一种竹材加筋双向增强半填半挖软弱路基施工方法，它包括以下步骤(1)竹材的加工，竹片的处理，竹筋笼、竹筋格网及竹筋U型锚钉的制作；(2)平整场地，桩位放样；(3)利用振冲法或振动沉管法施工形成竹筋笼碎石桩并在桩顶铺设碎石垫层；(4)台阶开挖，铺设、连接及锚固竹筋格网，回填土料并碾压找平。本发明的特征在于竹筋笼能有效提高碎石桩的承载力和稳定性；竹筋格网可加强填方区与挖方区的连接，提高路基的整体性，降低差异沉降，防止沿填挖交接面滑动失稳；本发明的有益效果是，采用新型竹筋作为加筋材料，适应了建筑行业朝着低碳、节能、环保以及可持续性发展的方向，并在满足路基承载力及变形稳定性的要求下节约了投资。
文档编号E01C3/04GK102953308SQ20121015449
公开日2013年3月6日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者苏永华, 罗正东, 李翔, 李伟, 强江坤, 梁斌 申请人:湖南大学