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一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用

阅读：149发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用，所述人造场地结构包括从山谷或冲沟底部至场平标高方向依次设有第一HDPE防渗膜、第一褥垫层、素土碎石层、第二HDPE防渗膜和第二褥垫层；第二褥垫层上的深基础规划区设有硬性持力层，第二褥垫层上除深基础规划区以外的区域和硬性持力层上设置有块石层，块石层顶面至场平标高。通过逐层铺建的方法对上述人造场地进行施工建造，所述人造场地结构上可以进行灌注桩的施工应用。本发明所述人造场地结构承载能力强，防渗效果好，所述施工方法简单易操作，在所述人造场地结构上进行桩基施工应用，降低施工成本，同时利于环境保护，避免人造场地上建造的各种设施基础穿刺防渗层造成环境污染。，下面是一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种承压防渗人造场地结构，其特征在于：从山谷或冲沟底部至场平标高方向依次设有第一HDPE防渗膜(2)、第一褥垫层(3)、素土碎石层(4)、第二HDPE防渗膜(5)和第二褥垫层(6)；
所述第一褥垫层(3)和第二褥垫层(6)组分为中粗砂或石粉渣；所述素土碎石层(4)组分为素土和碎石的混合物；
所述第二褥垫层(6)上设有深基础规划区，所述深基础规划区为厂区重型设备或构筑物设置区；所述深基础规划区上设有硬性持力层(11)，所述硬性持力层(11)由灌注有水泥浆(10)的级配碎石层(8)构成；
所述第二褥垫层(6)上除深基础规划区以外的区域和所述硬性持力层(11)上设置有块石层(12)，所述块石层(12)中块石的块径为30cm～80cm，所述块石层(12)顶面至场平标高(13)。
2.根据权利要求1所述的承压防渗人造场地结构，其特征在于，
所述第一褥垫层(3)与素土碎石层(4)之间设有污染物监测管(15)；所述污染物监测管(15)水平设置。
3.根椐权利要求1所述的承压防渗人造场地结构，其特征在于：所述素土碎石层(4)中碎石粒径2cm～5cm，碎石总体积占素土碎石层(4)总体积的50％～70％。
4.根椐权利要求1所述的承压防渗人造场地结构，其特征在于：所述硬性持力层(11)是由2cm～5cm粒径的级配碎石、PO42.5 水泥和水组成，各组分体积百分比为：V级配碎石：V水泥：V水＝
40％:40％:20％。
5.根据权利要求1所述的承压防渗人造场地结构，其特征在于，
所述山谷或冲沟底部已清除杂草杂树；
所述第一褥垫层(3)和第二褥垫层(6)的层厚为45cm～55cm；
所述素土碎石层(4)的层厚为7m～9m；
所述硬性持力层(11)的层厚为8m～12m。
6.一种根据权利要求1-5中任一权利要求所述承压防渗人造场地结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
①在山谷、冲沟的底部、两侧清除杂草杂树(1)，铺设第一HDPE防渗膜(2)；
②在第一HDPE防渗膜(2)上铺设第一褥垫层(3)；
③第一褥垫层(3)上分层回填素土碎石，即铺设素土碎石层(4)，采用强夯机械(7)对所述素土碎石层(4)进行强夯，消除沉降；
④在所述素土碎石层(4)上铺设第二HDPE防渗膜(5)；
⑤在第二层防渗膜(5)上铺设第二褥垫层(6)；
⑥在所述第二褥垫层(6)上划分有深基础规划区，所述深基础规划区为厂区重型设备设置区；所述深基础规划区上分层回填级配碎石，即铺设级配碎石层(8)，所述级配碎石层(8)通过注浆花管(9)注入水泥浆(10)得到硬性持力层(11)；
⑦重复步骤⑥至硬性持力层(11)达到目标层厚；
⑧在步骤⑥所述的第二褥垫层(6)上除深基础规划区以外的区域和步骤⑦所述硬性持力层(11)上分层回填块石，即铺设块石层(12)，所述块石层(12)每到8m～10m厚度，采用强夯机械(7)强夯，消除沉降，直至所述块石层(12)达到场平标高(13)，即完成所述承压防渗人造场地结构的施工。
7.一种根据权利要求1-5中任一权利要求所述承压防渗人造场地结构的应用，其特征在于，在所述场平标高(13)工作面上实施灌注桩(14)，所述灌注桩(14)桩端嵌入硬性持力层(11)的深度d为灌注桩(14)直径D的1-3倍；
所述灌注桩(14)桩端距所述硬性持力层(11)边坡顶的水平距离为a，所述硬性持力层(11)边坡坡脚角度为β，有如下关系：a≥3.5D-d/tanβ，且a≥2.5m。
8.根据权利要求7所述承压防渗人造场地结构的应用，其特征在于，所述灌注桩(14)直径D为0.8m、1.0m、1.2m或1.4m中的一种。

说明书全文

一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及工程技术领域，具体涉及一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用。

背景技术

[0002] 在山谷、冲沟地带回填土石方，人造场地修建尾矿坝、垃圾填埋场、冶金石化工业基地是这些企业的通常做法，往往由于地基处理不当，导致正在运行的厂区矿渣渗滤液、垃圾渗滤液、化工污染物发生渗漏或地下管道泄漏，这些污染物的比重大于1，比水重，在重力的作用下，污染物不断下渗，到达山谷、冲沟地带的底部，污染地下水，导致周边生态环境的持续恶化。为了将这些污染物控制在一定范围内，需要在最开始就铺设多层防渗系数高、化学稳定性好、耐老化性能强、抗植物根系能力强、抗拉强度高、高延展性、环保无毒的防渗膜材料，HDPE防渗膜是最佳选择。但是石油化工企业的高炉等重型结构自重非常大，人造地基并不能满足其承载力和变形的要求，需要把桩基打到山谷、冲沟以下的基岩中，这样就破坏了之前铺设的防渗膜，使得防渗膜失效。若要同时满足上部桩基对承载力的要求，也要满足防渗膜对环境的保护，必须采用一种能提供较高地基土承载力的工程材料与防渗膜结合的新型复合防渗结构。

发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本发明提供了一种承压防渗人造场地结构及其施工方法与应用，本发明所述人造场地结构承载能力强，防渗效果好，所述施工方法简单易操作，利于后期各种设备的施工应用，在所述人造场地结构上进行桩基灌注，可有效减少桩长，施工效率高，降低施工成本，同时利于环境优化，不会对设置的防渗膜造成破坏，确保防渗膜经久耐用，对环境起到保护作用，避免人造场地上建造的各种设施带来的环境污染。

[0004] 本发明的技术方案为：

[0005] 一种承压防渗人造场地结构，其特征在于：从山谷或冲沟底部至场平标高方向依次设有第一HDPE防渗膜、第一褥垫层、素土碎石层、第二HDPE防渗膜和第二褥垫层；

[0006] 所述第一褥垫层和第二褥垫层组分为中粗砂或石粉渣；所述素土碎石层组分为素土和碎石的混合物；

[0007] 所述第二褥垫层上设有深基础规划区，所述深基础规划区为厂区重型设备或构筑物设置区；所述深基础规划区上设有硬性持力层，所述硬性持力层由灌注有水泥浆的级配碎石层构成；

[0008] 所述第二褥垫层上除深基础规划区以外的区域和所述硬性持力层上设置有块石层，所述块石层中块石的块径为30cm～80cm，所述块石层顶面至场平标高。

[0009] 所述第一褥垫层与素土碎石层之间设有污染物监测管；所述污染物监测管水平设置。

[0010] 所述素土碎石层中碎石粒径2cm～5cm，碎石总体积占素土碎石层总体积的50％～70％。

[0011] 所述硬性持力层是由2cm～5cm粒径的级配碎石、PO42.5水泥和水组成，各组分体积百分比为：V级配碎石：V水泥：V水＝40％:40％:20％。

[0012] 所述山谷或冲沟底部已清除杂草杂树；

[0013] 所述第一褥垫层和第二褥垫层的层厚为45cm～55cm；

[0014] 所述素土碎石层的层厚为7m～9m；

[0015] 所述硬性持力层的层厚为8m～12m。

[0016] 一种承压防渗人造场地结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

[0017] ①在山谷、冲沟的底部、两侧清除杂草杂树，铺设第一HDPE防渗膜；

[0018] ②在第一HDPE防渗膜上铺设第一褥垫层；

[0019] ③第一褥垫层上分层回填素土碎石，即铺设素土碎石层，采用强夯机械对所述素土碎石层进行强夯，消除沉降；

[0020] ④在所述素土碎石层上铺设第二HDPE防渗膜；

[0021] ⑤在第二层防渗膜上铺设第二褥垫层；

[0022] ⑥在所述第二褥垫层上划分有深基础规划区，所述深基础规划区为厂区重型设备设置区；所述深基础规划区上分层回填级配碎石，即铺设级配碎石层，所述级配碎石层通过注浆花管注入水泥浆得到硬性持力层；

[0023] ⑦重复步骤⑥至硬性持力层达到目标层厚；

[0024] ⑧在步骤⑥所述的第二褥垫层上除深基础规划区以外的区域和步骤⑦所述硬性持力层上分层回填块石，即铺设块石层，所述块石层每到8m～10m厚度，采用强夯机械强夯，消除沉降，直至所述块石层达到场平标高，即完成所述承压防渗人造场地结构的施工。

[0025] 一种承压防渗人造场地结构的应用，其特征在于，在所述场平标高工作面上实施灌注桩，所述灌注桩桩端嵌入硬性持力层的深度d为灌注桩直径D的1-3倍；

[0026] 所述灌注桩桩端距所述硬性持力层边坡顶的水平距离为a，所述硬性持力层边坡坡脚角度为β，有如下关系：a≥3.5D-d/tanβ，且a≥2.5m。

[0027] 所述灌注桩直径D为0.8m、1.0m、1.2m或1.4m中的一种。

[0028] 本发明的技术效果为：

[0029] 本发明所述一种承压防渗人造场地结构中，人造硬性持力层在第一HDPE防渗膜和第二HDPE防渗膜之上，承载力与基岩相当，灌注桩无需穿透防渗膜至山谷、冲沟的基岩中，使得灌注桩桩基长度可大大缩短，成桩效率高，投资省，经过实践情况论证，采用所述人造场地结构后，成桩效率提高50％，同时，因为灌注桩并未穿透硬性持力层，避免桩基施工过程中桩端穿刺破坏两层防渗膜，硬性持力层承载力强，又使得桩基上的重型设备在实际运用中，也不会促使桩基下陷刺破防渗膜，实际施工中通过防渗膜上方设置的污染物监测管进行水质监测，未发现污染物的泄漏情况，说明两层防渗膜完好无损，两层HDPE防渗膜对可能存在泄漏的有机质形成良好的水平防渗结构，防止有机质对地下水、土的污染。

[0030] 本发明所述承压防渗人造场地结构的施工方法简单易操作，建造出的人造场地结构承压防渗，利于后期应用，在所述人造场地结构上进行桩基施工应用，工程效率高，降低施工成本，同时利于环境优化，避免人造场地上建造的各种设施带来的环境污染。附图说明

[0031] 图1：本发明所述人造场地结构建造中清除杂草杂树的工序图。

[0032] 图2：本发明所述人造场地结构建造中铺设防水结构的工序图。

[0033] 图3：本发明所述人造场地结构建造中铺设防水结构的工序图。

[0034] 图4：本发明所述人造场地结构中建造硬性持力层的工序图。

[0035] 图5：本发明所述人造场地结构建造中通过级配碎石层建造硬性持力层的细节工序图。

[0036] 图6：本发明所述承压防渗人造场地结构的应用过程示意图。

[0037] 图7：本发明所述承压防渗人造场地结构的应用完成示意图。

[0038] 图中：1-杂草杂树；2-第一HDPE防渗膜；3-第一褥垫层；4-素土碎石层；5-第二HDPE防渗膜；6-第二褥垫层；7-强夯机械；8-级配碎石层；9-注浆花管；10-水泥浆；11-硬性持力层；12-块石层；13-场平标高；14-灌注桩；15-污染物监测管；a-灌注桩桩端距硬性持力层边坡顶的水平距离；D-灌注桩直径；d-灌注桩桩端嵌入硬性持力层深度；β-硬性持力层边坡坡脚角度。

具体实施方式

[0039] 以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。

[0040] 一种承压防渗人造场地结构，从已清除杂草杂树1的山谷或冲沟底部至场平标高方向依次设有第一HDPE防渗膜2、第一褥垫层3、素土碎石层4、第二HDPE防渗膜5和第二褥垫层6；第一褥垫层3和第二褥垫层6组分为中粗砂或石粉渣，层厚为45-55cm；素土碎石层4组分为素土和碎石的混合物，素土碎石层4中碎石粒径2cm～5cm，碎石总体积占素土碎石层4总体积的50％～70％。层厚为7-9m；第二褥垫层6上一侧设有深基础规划区，深基础规划区为厂区重型设备设置区；深基础规划区上设有硬性持力层11，硬性持力层11由灌注有水泥浆10的级配碎石层8构成，具体而言，硬性持力层11是由2cm～5cm粒径的级配碎石、PO42.5水泥和水组成，各组分体积百分比为：V级配碎石：V水泥：V水＝40％:40％:20％，层厚为8-12m；第二褥垫层6上除深基础规划区以外的区域和硬性持力层11上设置有块石层12，块石层12中块石的块径为30cm～80cm，所述块石层12顶面至场平标高13；第一褥垫层3与素土碎石层4之间设有污染物监测管15；污染物监测管15水平设置。

[0041] 所述的第一HDPE防渗膜和第二HDPE防渗膜均采用高密度聚乙烯材质，厚度4mm，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，具有很好的防腐性能、电性能、防潮性能、防渗漏性能、拉伸强度高。

[0042] 江西德兴铜矿工程实践案例

[0043] 承压防渗人造场地结构的施工，其步骤如下：

[0044] 铺设两层防渗膜：清除山谷底部冲击平原及两侧山坡上的杂草杂树1，采用推土机将场地基本整平后铺设第一HDPE防渗膜2；在第一HDPE防渗膜2上全场铺设50cm厚第一褥垫层3，第一褥垫层3组分为石粉渣，用来保护第一HDPE防渗膜2不被工程机械破坏；第一褥垫层3上分层回填素土碎石层4，素土碎石层4用于提供坚实密实的地基，虚铺厚度80cm，20t级振动压路机压实，压实度达到0.93，反复该步骤，直到累计厚度到达8m，采用强夯机械7强夯，满夯整个场地，消除沉降，特别是场地边缘无法用压路机地方采用强夯向四周挤扩；铺设第二HDPE防渗膜5，使得2层防渗膜之间形成相对封闭的环境，外界的雨水无法下渗到防渗膜之间。

[0045] 人造硬性持力层：第二HDPE防渗膜5上铺设第二褥垫层6，第二褥垫层6为50cm厚石粉渣，用来保护第二HDPE防渗膜5不被工程机械破坏；根据厂区总平面图和结构设计图，根据需要设置深基础规划区(厂区重型设备或构筑物设置区)，在深基础规划区范围内，在第二褥垫层6上分层回填级配碎石，设置级配碎石层8，每层级配碎石层8厚度为1m，并用20t级振动压路机压实，压实度达到0.96，在碎石中以1mx1m方格网铺设注浆花管9并注M30水泥浆10，形成约1m厚的水泥与碎石混合的硬性持力层11；反复该步骤，直到硬性持力层11累计厚度到达8m，硬性持力层11边坡坡脚β为60°；第二褥垫层6上不需要设置深基础的区域可采用一般块石一次性回填8m高，块石的块径30cm～80cm，强度不小于MU30，并用强夯机械7强夯，当块石层12与硬性持力层9基本持平后，继续用块石回填成块石层12进行山谷间的全区域覆盖，每次采用块石一次性回填8m高，并用强夯机械5强夯，反复该步骤3次，累计回填24m后块石层12顶面到达场区场平标高13。

[0046] 在建造好的承压防渗人造场地结构上的应用：

[0047] 按照桩基施工图在该工作面上施工桩基，桩基采用直径D＝1.2m机械成孔灌注桩14，桩长28m，桩端嵌入所述硬性持力层中的深度d＝3.0m，桩边缘距离边坡坡顶水平距离a为3.5m，符合a≥3.5D-d/tanβ＝3.5x1.2-3/tan60°＝2.5m的要求。

[0048] 效益：如此施工的灌注桩14承载力特征值为1800kN，能满足设计要求；同时桩长与直接穿过膜打入到山谷、冲沟基岩的方案相比短23m，承载力特征值仅减少了200kN，仅深基础施工费用节省20％，获得很好的经济效益。从两侧防渗膜之间的水平污染物监测管15监测的效果可知，上层防渗膜的隔渗效果好，未检出有毒有害渗滤液，使得周边环境及地下水得到有效保护，获得很好的环境效益。

[0049] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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