在大面積超軟土場地上施工作業的方法及所用的鋼架系統的製作方法

2023-08-14 04:28:21

專利名稱：在大面積超軟土場地上施工作業的方法及所用的鋼架系統的製作方法
技術領域：
本發明是一種在大面積超軟土場地上施工作業的方法及所用的 鋼架系統，屬於在大面積超軟土場地上施工作業的方法及所用的鋼架 系統的改造技術。
背景技術：
隨著我國刺激經濟擴大內需，大量基礎設施建設項目的啟動，圍海 造陸或從海裡吹上淤泥進行填方十分常見，這將面臨在超軟土場地上施 工作業的難題。超軟土場地一般為淤泥場地，未經處理的淤泥呈流塑狀， 高含水量，大孔隙比，承載力極低，機械無法直接上去進行相關搡作。
當前，進入流塑狀淤泥土上施工作業的方法有以下三種
1、砂層鋪設法或土工編織物-砂層鋪設法該類型方法直接在淤泥 上堆填約1米厚的中粗砂層，相當於人工建造一硬殼層；或鋪設一層土 工布，再鋪設一層土工格柵，重複上述操作一次，形成土工布土工格柵 各兩層，相間鋪設，鋪設層數依場地條件而定，最後再鋪設一層中粗砂 層，厚度可依場地而定， 一般約為lm,砂層在後續工作中可能有其它用 途，機器可直接在砂層上進行施工作業。
但是，傳統的砂層鋪設法或土工編織物-砂層鋪設法存在以下局限 (1 )需要鋪設排水砂墊層， 一般需嚴格釆用含泥量小於5%的中粗砂，200910042010.0 且鋪設厚度50cm 100cm,但對於吹填或新近淤積的超軟土，即使在砂源 充足，砂價低廉的地區，釆用填砂作業方法仍不具可行性，因為超軟土 具超高含水量、流塑狀、滲透係數小等特點，向超軟土場地進行中粗砂 填方時，會因為場地翻漿而導致施工無法繼續進行，需要場地長時間泌 水後再填砂施工，這樣施工工序多，工藝複雜，工期長；當處理場地位 於砂源緊缺地區，即使超軟土場地經長時間泌水後可進行填砂作業，也
會因砂價高，填砂費用高，導致成本大大增加。
(2) 土工編織物鋪設層數過多，耗材大，且該鋪設方法不能充分發
揮土工編織物與下伏淤泥的摩擦力。
(3) 土工編織物-砂層鋪設法鋪設面積與場地等大，當場地較為大 型時，砂源及其運輸都成問題，將造成工期延長。
2、 土工編織物-竹片竹板鋪設法該方法的土工編織物鋪設方式同 方法l，不同的只是方法l中頂部的砂層改為竹片或竹板。
土工編織物-竹片竹板鋪設法與方法l局限雷同，同樣存在全場滿面 積鋪設、耗材多、材料來源及其運輸問題，不僅如此，竹片竹板剛度小， 荷載分散的有效性受限制，很可能由於上覆機械壓力過大而裂開、折斷 等，竹片竹板無法回收重新利用，且施工完畢後需將場地的竹片竹板清 除，影響施工進度。
3、 土工編織物-毛竹竿鋪設法該法同方法2，唯一不同的是將竹片 竹板換成毛竹竿。
土工編織物-竹片竹板鋪設法同樣面臨耗材大、運輸難、價格貴且不 可回收利用等問題，且竹竿為非剛性杆，分散荷載的有效性不高。由於傳統流塑狀淤泥土上施工作業的方法存在上述諸多弊病，早 已不能滿足現有國民生產需要，其更不能大範圍使用。

發明內容
本發明的目的在於考慮上述問題而提供一種施工簡便快速及安 全的在大面積超軟土場地上施工作業的方法。
本發明的另一目的在於提供一種耗材少，價格合理，且可回收利 用的在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系統。
本發明的技術方案是
本發明在大面積超軟土場地上施工作業的方法，其包括有如下步
驟
1) 在施工場地上鋪設一層土工布；
2) 在鋪設好的土工布上鋪設一層土工格柵；
3) 在土工格柵上鋪設鋼架系統 上述步驟3)後在鋼架系統還鋪設一層木板。 本發明在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系
統，其鋼架系統包括有若干第一底層鋼管、若干水平位移限制環、 若干接頭、若干第一頂層鋼管，其中每根第一底層鋼管在每隔一段 距離的位置上固定有兩個水平位移限制環，兩個水平位移限制環之 間裝設有接頭，若干根裝配好水平位移限制環及接頭的第一底層鋼 管平行鋪設，但不在一條直線上，若干根第一頂層鋼管在垂直於第 一底層鋼管的鋪設方向上通過接頭與第一底層鋼管連接。
上述接頭通過其下部做出的圓孔套裝在第一底層鋼管上，並通 過設置在接頭下部圓形接口外惻的固定螺絲固定在第一底層鋼管 上，接頭的上部還做出有半圓接口，第一頂層鋼管卡裝在半圓接口 上。上述接頭上部做出的半圓接口的接口高度為第一頂層鋼管的直 徑的三分之二。
上述平移限制環套入第一底層鋼管，並通過焊接固定在第一底層 鋼管上。
本發明在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系統， 其鋼架系統包括有若干根定位鋼管、定位鋼管凹槽、若干根第二底層 鋼管、第二底層鋼管凹槽、若干根第二頂層鋼管，若干根定位鋼管平 行鋪設，但不在一條直線上，定位鋼管的定位鋼管凹槽保持朝上，若 幹根第二底層鋼管鋪設在垂直於定位鋼管的鋪設方向上，且第二底層 鋼管兩端的第二底層鋼管凹槽朝下，並卡入定位鋼管朝上的定位鋼管 凹槽；若干根第二頂層鋼管通過其上設置的朝下的凹槽卡入若干根第 二底層鋼管朝上的第二底層鋼管凹槽中。
上述定位鋼管、第二底層鋼管、第二頂層鋼管的截面形狀為兩邊 呈半圓、中間呈矩形的空心鋼管。
上述定位鋼管、第二底層鋼管、第二頂層鋼管上所設的凹槽為由 鋼管直接彎曲而成。
上述定位鋼管、第二底層鋼管、第二頂層鋼管上所設的凹槽底面 是一長方形平面，該平面通過橫斷矩形寬的中線，凹槽用於水平向鋼 管正交的搭接。
本發明由於釆用土工布與土工格柵、鋼架系統的組合代替以往的 多層土工布與多層土工格柵、竹架或者竹片的組合的結構，因此，本 發明可大大節省施工材料，施工操作簡單快捷，施工進度快，經濟節 約，在鋼架上作業穩定安全，且鋼架可以重複利用和產品化生產。本發明是一種設計合理，操作簡便，施工靈活的在大面積超軟土場地上 施工作業的方法及所用的鋼架系統。


圖1是使用該法的某吹填土場地上進行插板施工場地平面布置圖。
圖2是使用該法的某吹填土場地上進行插板施工場地剖面圖。 圖3是用該法的某吹填土場地上進行插板施工A類型鋼架系統中的接 頭示意圖。
圖4是A類型鋼架系統中的接頭、底層鋼管、接頭水平位移限制環連 接方法示意圖。
圖5是A類型鋼架系統底層鋼管搭接方法示意圖。 圖6是A類型鋼架系統的頂層鋼管搭接方法示意圖。 圖7是在A類型鋼架系統上鋪設木板示意圖。 圖8是B類型鋼架系統定位鋼管鋪設方法示意圖。 圖9是B類型鋼架系統底層鋼管鋪設方法示意圖。 圖10是B類型鋼架系統頂層鋼管鋪設好後示意圖。 圖11是在B類型鋼架系統上鋪設木板示意圖。 圖12是鋼架系統的受力圖。
圖中l鋼架系統，2土工格柵，3土工布，4超軟土場地，5木 板，6接頭上部半圓接口， 7接頭下部圓形接口， 8接頭固定螺絲，9 第一底層鋼管，10水平位移限制環，11接頭，12第一頂層鋼管， 13定位鋼管，14定位鋼管凹槽，15第二底層鋼管，16第二底層鋼 管凹槽，17第二頂層鋼管。
具體實施方式
實施例1:
本發明在大面積超軟土場地上施工作業的方法，其包括有如下步
驟
1、 清理施工現場，準備施工作業。
2、 在施工場地上鋪設一層土工布， 一般釆用編織土工布較為合適。
3、 在鋪設好的土工布上面鋪設一層雙向土工格柵。
4、 在土工格柵上鋪設鋼架系統，若場地的承載力足夠，下層鋼 管的沉陷不大，可釆用如下的鋼架系統l,並按下面的鋪設方式進行 鋼架系統施工
本發明在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系 統，其鋼架系統l包括有若干第一底層鋼管9、若干水平位移限制環 10、若干接頭ll、若干第一頂層鋼管12,其中每根第一底層鋼管9 在每隔一段距離的位置上固定有兩個水平位移限制環10,兩個水平 位移限制環10之間裝設有接頭11,若干根裝配好水平位移限制環 lO及接頭ll的第一底層鋼管9平行鋪設，但不在一條直線上，若干 根第一頂層鋼管12在垂直於第一底層鋼管9的鋪設方向上通過接頭 11與第一底層鋼管9連接。
上述第一底層鋼管9上每隔80cm焊接好相距為25cm的水平位 移限制環10。
上述接頭11通過其下部做出的圓孔7套裝在第一底層鋼管9 上，並通過設置在接頭下部圓形接口 7外側的固定螺絲8固定在第 一底層鋼管9上，接頭ll的上部還做出有半圓接口 6,第一頂層鋼 管12卡裝在半圓接口 6上。上述接頭ll上部做出的半圓接口 6的接口高度為第一頂層鋼管 12的直徑的三分之二。
上述接頭11的外形為長方體，並且邊角部分經過圓滑打磨處理。
上述鋼架系統上還鋪設一層木板5;上述木板規格為120cmx 30cm x 5cm。 .
上述平移限制環IO套入第一底層鋼管9，並通過焊接固定在第 一底層鋼管9上；平移限制環10的位置距接頭11為lOcm,左右一 樣。
鋼架系統的施工過程如下底層鋼管進入場地之前先裝配好水平 位移限制環10和接頭11,具體做法是在鋼管上每隔80cm焊接好相 距為25cm的水平位移限制環10,然後將接頭11置於兩環IO之間； 進入場地後先沿一方向每隔30cm鋪設好裝配好的底層鋼管9,然後 通過固定螺絲，將垂直於底層鋼管9鋪設方向上的同一列不在同一直 線上的接頭11水平移動到同一直線上；完成後在垂直於底層鋼管9 鋪設方向上將頂層鋼管12卡入接頭11的上部似圓形接口 6中，形成 單位為80cmx 30cm網格狀鋼架系統。鋼架系統鋪設完成後，在鋼架 上按照施工的具體需要。
5、在鋼架系統1上鋪設一層木板5。木板規格為120cmx30cm x 5cm。
6、另外，在鋪設好的鋼架系統l上進行施工作業時，機器在木 板上行進，其後方木板和鋼管可直接拆卸並前移搭接在機器前進的 方向上，實現木板和鋼架的實時搭接與利用，而且可保持鋼架系統 總面積和木板總面積的動態平衡。
本發明的具體應用實例是在惠州大亞灣軟地基上進行施工。此工程項目區域為淤泥質吹填土，厚度為10—15m,擬對該吹填土體進行加固，該
土體含水量很高，不能滿足施工機械直接進場進行施工作業的要求，且 工期要求很緊，採用傳統的流塑狀淤泥土上墊層系統的鋪設方法面臨諸 多困難，甚至根本無法滿足工程要求。為了保證項目的順利進行，經過 多方論證、討論，釆用在大面積流塑狀淤泥上施工作業的方法。
該場地為面積20萬平方米的矩形區域，開始時在場地上鋪設一層土
工布，然後在鋪設好的土工布上鋪設一層土工格柵，最後在土工格柵上
鋪設好鋼架系統，鋼架系統的總面積為35mx35m。鋪設完成後在鋼架上 墊一層木板，其大小為小型插板機的底面大小，並且可拆卸。施工時， 小型插板機開到木板墊層上進行插板施工，隨著插板機的前進，其後的 木板進行拆卸，並拼裝到插板機前方，如此反覆進行。當插板機在施工 前進時，對後方的鋼架進行拆卸，並將其拼裝到插板機前進方向上，如 此反覆進行。
此項目釆用在大面積流塑狀淤泥上施工作業的方法，施工機械在鋼 架上能進行平穩前進，施工安全，且工期比傳統施工方法縮短近1/2 ~ 2/3,造價節約原預算的1/3—1/2。
本發明節約工程造價的理論計算如下
以上述大亞灣工地為例，處理面積20萬平方米，假設釆用傳統的土 工編織物-毛竹竿鋪設法，則需鋪設毛竹竿20萬平米，鋪設每平米毛竹 竿價格約5元，共需20萬x 5=100萬元，施工完成後毛竹竿拆卸，不可 重複利用；而釆用本發明方法，即使不計土工編織物的價格差，僅從毛 竹竿鋪設系統與鋼管鋪設系統上看，假設鋼管鋪設每平米價格為毛竹竿 的20倍，即IOO元，鋼管鋪設系統只需1000平米左右，共計100 x 1000=10萬元，價格約為毛竹竿鋪設系統的1/10,更重要的是本發明的鋼管系統 可以多次重複利用，而毛竹竿鋪設系統是一次性的，當涉及多個處理場 地時，本發明的優勢尤為突出！
本發明的原理如下
1、 本發明的鋼架系統為剛性系統，相對於竹架等柔性材料具有更好 的應力擴散性能力，其荷載能更加均勻地分布到場地上，充分發揮、利 用場地本身的承載力。
2、 本發明的鋼架系統的重量較竹架等重，根據f-^N(式中f為土工 布與淤泥的摩擦力，M為摩擦係數，N為正壓力)，在不超過場地承載力 極限的條件下，適當地增加重量，即N，可以增大土工布與淤泥的摩擦力。 場地中土工布與淤泥的摩擦力屬於水平力，增大了摩擦力相當於增大了 土工布的抗滑能力。機械在鋼管系統上施工作業時，其重力通過土工編 織物轉化為場地平面方向上的水平拉力。增大了摩擦力就等於增大了土 工布的抗拉抗滑能力，使其能夠承受更大的荷載。
3、 本發明的鋼架系統，與傳統的竹架系統相比為剛性系統。傳統的 竹架是由於柔軟的竹竿組合而成，整個竹架系統因而呈柔性，在外荷載 的作用下，荷載下方產生應力集中現象，表現為竹架中間沉陷大邊緣沉 陷小，由於竹竿具有一定得彈性，中間和邊緣的沉陷差異必將導致竹架 產生一個向上的彈力F,而單憑竹架的自身重力無法克服這個彈力F,使
得竹架邊緣發生上翹現象，這又進一步導致竹架邊緣作用在土工布上的 正壓力N減小，根據f-)uN (式中f為土工布與淤泥的摩擦力，M為摩擦 係數，N為正壓力)，土工布於淤泥的摩擦力f將比未加載前的要小，土工布將朝荷載方向發生滑移，使得沉陷進一步加大，直至達到新的應力 平衡。本發明的鋼架系統可以克服傳統竹架的不足，鋼架系統為剛性系 統，在荷載作用在不會發生應力集中現象，因此鋼架各部分的沉陷均勻，
這就避免了過大的沉陷差所產生的向上彈力F;即使在不超過場地淤泥和
土工布組合的極限承載力的前提下，鋼架產生了較大的沉陷差，但是鋼
架系統本身的重量足以克服這個向上的彈力F,並且能夠保持一定的正壓 力N,使得土工布與淤泥的摩擦力足夠大而限制鋼架進一步沉陷。
4、由於本發明的鋼架系統為剛性系統，除了能夠有效地將荷載均勻 分散到場地上之外，其整體性也得到極大的提高，在上部荷載的作用下 不易變形，能夠保持較好的整體性，增大機械在施工過程中的穩定性。
本發明鋼架系統整體沉降的理論計算如下
1、 本發明的鋼架系統為剛性系統，據此假設鋼架上部機械荷載 均勻地分散到每根鋼管，即每根鋼管對下臥土工織物的壓力相等。
2、 鋼架系統受力圖如圖12,圖中，S為鋼架及機械等總壓強，g 為下伏土工織物和淤泥的綜合承載力，T為土工織物拉力，由二向或 三向拉伸試驗確定；丄為鋼架邊長，A為沉降量，在本發明中A不大 於鋼架系統的高度；"為土工織物拉力方向與水平方向夾角，/土工 織物與淤泥之間的摩擦力。
3、 根據鋼架系統平衡條件，有
式中，g為織物的張力膜效應所增加的分量，由屍3=^^求得；其 它符號意義同上。4、 ^角可根據受力圖得出的關係式sinA確定。
5、由於土工織物的水平向約東作用，超軟基破壞形式為整體剪
切破壞。屍2根據斯肯普頓(A.W. Skempton, 1952 )給出的地基極限承 載力公式計算P2=6C。式中，c為地基土粘聚力，kPa，取基底以下 0. 707丄深度範圍內的平均值。
6、 《為鋼架系統及上覆機械、人員、木板等的總壓力屍除以鋼 架與土工織物的接觸面積S,《=丄。
7、 據步驟3 6求得沉降量表達式
實施例2:
本發明與實施例1的不同之處在於若場地的承載力過低，導致下 層鋼管的沉陷過大，宜釆用如下的鋼架系統l,鋼架系統l包括有若 幹根定位鋼管13、定位鋼管凹槽14、若干根第二底層鋼管15、第二 底層鋼管凹槽16、若干根第二頂層鋼管17，若干根定位鋼管13平行 鋪設，但不在一條直線上，定位鋼管13的定位鋼管凹槽14保持朝上, 若干根第二底層鋼管15鋪設在垂直於定位鋼管13的鋪設方向上，且 第二底層鋼管15兩端的第二底層鋼管凹槽朝下，並卡入定位鋼管13 朝上的定位鋼管凹槽14;若干根第二頂層鋼管17通過其上設置的朝 下的凹槽卡入若干根第二底層鋼管15朝上的第二底層鋼管凹槽16 中。上述鋼架系統上還鋪設一層木板5;上述木板規格為120cmx30cm x 5cm。
上述定位鋼管13、第二底層鋼管15、第二頂層鋼管17的截面形狀為兩邊呈半圓、中間呈矩形的空心鋼管。
上述定位鋼管13、第二底層鋼管15、第二頂層鋼管17的截面形狀中的矩形的長度為3cm,寬度為3cm，半圓的半徑為l. 5cm。
本實施例中，上述定位鋼管13、第二底層鋼管15、第二頂層鋼管17的每隔50cm設有一凹槽，凹槽為鋼管彎曲而成，凹槽底面是一長方形平面，該平面通過橫斷矩形寬的中線，凹槽用於水平向鋼管正交的搭接。
本發明的鋪設方式如下先沿一方向每隔10m鋪設好定位鋼管13，鋪設定位鋼管13時需保證定位鋼管之間兩兩相互平行，鋼管13的兩端相互對齊，定位鋼管13的凹槽14必須保持朝上，方便後續搭接工作的進行；完成定位鋼管13的鋪設後在垂直於定位鋼管13鋪設方向上鋪設底層鋼管15,底層鋼管15兩端的凹槽16朝下，剛好卡入定位鋼管13的朝上凹槽14中；鋪設好底層鋼管1後繼續鋪設頂層鋼管17,將頂層鋼管17的凹槽朝下，卡入底層鋼管15的凹槽16中，連續鋪設形成單位規格為50cmx50cm的方格狀鋼架系統。鋼架系統鋪設完成後，在鋼架上按照施工的具體需要，在鋼架上鋪設一層木板,木板規格為120cmx 30cmx 5cm。
1權利要求
1、一種在大面積超軟土場地上施工作業的方法，其特徵在於包括有如下步驟1)在施工場地上鋪設一層土工布(3)；2)在鋪設好的土工布(3)上鋪設一層土工格柵(2)；3)在土工格柵(2)上鋪設鋼架系統(1)。
2、 根據權利要求l所述的在大面積超軟土場地上施工作業的方法，其特徵在於上述步驟3)後在鋼架系統(1)還鋪設一層木板(5)。
3、 一種根據權利要求1所述在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系統，其特徵在於鋼架系統(1)包括有若干第一底層鋼管(9)、若干水平位移限制環(10)、若干接頭(11)、若干第一頂層鋼管(12),其中每根第一底層鋼管(9)在每隔一段距離的位置上固定有兩個水平位移限制環:(10)，兩個水平位移限制環(10)之間裝設有接頭(11),若干根裝配好水平位移.限制環(10)及接頭(11)的第一底層鋼管(9)平行鋪設，但不在一條直線上，若干根第一頂層鋼管(12)在垂直於第一底層鋼管(9)的鋪設方向上通過接頭(11)與第一底層鋼管(9)連接。
4、 根據權利要求3所述的鋼架系統，其特徵在於上述接頭(11)通過其下部做出的圓孔(7)套裝在第一底層鋼管(9)上，並通過設置在接頭下部圓形接口 (7)外側的固定螺絲(8)固定在第一底層鋼管(9)上，接頭(11)的上部還做出有半圓接口 (6),第一頂層鋼管U2)卡裝在半圓接口 (6)上。
5、 根據權利要求4所述的鋼架系統，其特徵在於上述接頭(11)上部做出的半圓接口 (6)的接口高度為第一頂層鋼管(12)的直徑的三分之二。
6、 根據權利要求5所述的鋼架系統，其特徵在於上述平移限制環(10)套入第一底層鋼管(9),並通過焊接固定在第一底層鋼管(9)上。
7、 一種根據權利要求1所述在大面積超軟土場地上施工作業的方法所用的鋼架系統，其特徵在於鋼架系統(1)包括有若干根定位鋼管(13)、定位鋼 管凹槽(14)、若干根第二底層鋼管(15)、第二底層鋼管凹槽(16)、若干根 第二頂層鋼管(17)，若干根定位鋼管(13)平行鋪設，但不在一條直線上， 定位鋼管(13)的定位鋼管凹槽(14)保持朝上，若干根第二底層鋼管(15) 鋪設在垂直於定位鋼管(13)的鋪設方向上，且第二底層鋼管(15)兩端的第 二底層鋼管凹槽朝下，並卡入定位鋼管(13)朝上的定位鋼管凹槽(14);若 千根第二頂層鋼管(17)通過其上設置的朝下的凹槽卡入若干根第二底層鋼管 (l5)朝上的第二底層鋼管凹槽U6)中。
8、 根據權利要求7所述的鋼架系統，其特徵在於上述定位鋼管(13)、第 二底層鋼管(15)、第二頂層鋼管(17)的截面形狀為兩邊呈半圓、中間呈矩 形的空心鋼管。
9、 根據權利要求8所述的鋼架系統，其特徵在於上述定位鋼管(13)、第 二底層鋼管(15)、第二頂層鋼管(17)上所設的凹槽為由鋼管直接彎曲而成。
10、 根據權利要求9所述的鋼架系統，其特徵在於上述定位鋼管(13)、 第二底層鋼管(15)、第二頂層鋼管(17)上所設的凹槽底面是一長方形平面， 該平面通過橫斷矩形寬的中線，凹槽用於水平向鋼管正交的搭接。
全文摘要
本發明是一種在大面積超軟土場地上施工作業的方法及所用的鋼架系統。包括有如下步驟1)在施工場地上鋪設一層土工布(3)；2)在鋪設好的土工布(3)上鋪設一層土工格柵(2)；3)在土工格柵(2)上鋪設鋼架系統(1)。上述步驟3)後在鋼架系統(1)還鋪設一層木板(5)。本發明適用於在大面積超軟土場地施工作業，特別適用於吹填土和新近淤積的超軟土，鋼架系統+土工格柵+土工布的組合使得在超軟土場地上施工作業成為可能，鋼架系統包括圓形空心鋼管或截面為兩邊半圓中間矩形的空心鋼管、接頭、接頭平移限制環，該系統可實現大規模成品化、鋪設方式簡單，操作便捷、快速，且可以在施工結束後進行回收並重複利用，具有施工工期短，耗材少，經濟節約、環保等獨特優勢。
文檔編號E02D3/00GK101684649SQ200910042010
公開日2010年3月31日 申請日期2009年8月21日 優先權日2009年8月21日
發明者湯連生 申請人:中山大學