一种堆山沉降控制结构及施工方法与流程

本发明属于人工堆山工程，具体涉及一种堆山沉降控制结构及施工方法，适用于各类人工堆山、景观堆山、废弃场地生态修复堆山等工程，尤其适用于软土、临海冲填土等复杂地质条件下的堆山沉降控制。

背景技术：

1、随着城市化进程的推进，城市土地资源日益紧张，人工堆山工程在景观建设、机场建设、新城扩展、废弃矿山生态治理等领域的应用越来越广泛。人工堆山通过填土、堆石等方式塑造起伏地势，满足城市景观营造、土地利用优化及生态修复的需求，但在堆山工程建设及运营过程中，沉降问题一直是制约工程质量和安全的关键瓶颈。

2、现有堆山工程中，沉降问题主要表现为整体沉降过大、不均匀沉降明显、工后沉降持续时间长等，其主要原因包括：一是地基处理不到位，尤其是软土、冲填土等复杂地质区域，其中软土（粉质黏土、淤泥质土）天然含水率35%-60%、天然孔隙比1.0-1.5、压缩模量3-8mpa、承载力特征值50-120kpa，冲填土（临海/河流冲填）天然含水率25%-45%、天然孔隙比0.8-1.2、压缩模量5-10mpa、承载力特征值80-150kpa，两类地基均存在承载力低、压缩性高的问题，在堆山荷载作用下易产生较大沉降；二是填筑工艺不合理，采用一次性加载、分层压实不彻底，填筑体密实度不足，后期固结变形明显；三是排水防渗措施不完善，雨水入渗导致填筑体软化、强度降低，地下水积聚加剧地基沉降，同时可能引发边坡滑坡等次生灾害；四是缺乏有效的实时监测预警机制，无法及时掌握沉降变化规律，难以提前采取防控措施，导致沉降问题扩大化。

3、目前，现有堆山沉降控制技术多采用单一的地基加固或分层压实方式，缺乏系统性的解决方案，难以兼顾地基承载力提升、填筑体固结、排水防渗及实时监测的协同作用。例如，部分技术仅针对地基进行加固，忽略了填筑体自身的压缩变形及雨水入渗的影响；部分技术注重填筑工艺优化，但缺乏有效的地基处理措施，导致地基沉降成为主要隐患；还有部分技术未设置完善的监测预警系统，无法及时发现沉降异常，难以实现沉降的精准控制。此外，现有技术中，堆山材料多采用新填土，忽视了建筑垃圾、工程渣土的协同利用，既增加了工程成本，又造成了资源浪费。

4、因此，针对现有技术存在的缺陷，亟需一种结构合理、施工便捷、防控效果好的堆山沉降控制结构及施工方法，实现地基加固、分层填筑、排水防渗与监测预警的一体化协同控制，有效降低堆山沉降量，提升工程安全性和耐久性，同时实现建筑垃圾的资源化利用，兼顾环保性和经济性。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种堆山沉降控制结构及施工方法，通过构建“地基加固-分层填筑-排水防渗-监测预警”一体化体系，解决现有技术中堆山沉降控制效果差、地基承载力不足、周边地表变形大、填筑体固结缓慢、雨水入渗软化及沉降监测不及时等问题，实现堆山沉降的精准控制，确保堆山工程的安全稳定，同时实现建筑垃圾的资源化利用，降低工程成本，提升工程的环保效益。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种堆山沉降控制结构，包括地基加固层、填筑体、排水防渗系统以及监测预警装置；

4、所述地基加固层铺设于原始地基之上，用于提升地基承载能力，减少地基沉降和周边地表变形；和周边地表变形，所述地基加固层包括支撑桩组、褥垫层和找平层，所述支撑桩组由长桩和短桩间隔交错布置形成，长桩桩底嵌入原始地基持力层不小于1m；所述褥垫层铺设于支撑桩组顶部，褥垫层的顶标高高于支撑桩组的顶标高，所述褥垫层包括若干层级配碎石层和若干层土工格栅ⅰ，相邻级配碎石层之间设置一层土工格栅ⅰ，每层级配碎石层铺设完后进行碾压处理；所述找平层覆盖于褥垫层顶部；

5、所述填筑体覆盖于地基加固层顶部，采用分层压实、加筋增强工艺，提升填筑体的整体性和抗压缩能力；

6、所述排水防渗系统设置于地基加固层、填筑体的内部及周边区域，用于导排地表水和地下水，防止水分入渗软化填筑体和地基, 所述排水防渗系统包括坡面防渗结构、坡脚排水结构和地下排水结构，形成全方位的排水防渗体系；所述坡面防渗结构设置于填筑层的侧面以及最上方填筑层的顶面，所述坡面防渗结构为毛细阻滞型覆盖层，所述坡面防渗结构包括自上而下依次设置的持水层和排水层；地下排水结构包括铺设于褥垫层底部的排水管网以及铺设于相邻填筑层之间的排水管网，各层排水管网与坡脚排水结构连通；

7、所述监测预警装置设置于地基加固层、填筑体的内部及周边区域，用于实时监测堆山沉降、水平位移以及孔隙水压力，及时发出预警并指导调整。

8、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，短桩桩长为长桩的1/2-2/3，长桩与短桩的间距比为1:1.2-1.5。

9、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述级配碎石层采用粒径15mm～30mm的级配碎石；所述褥垫层的厚度不小于300mm，所述褥垫层由粒径15mm～30mm的级配碎石与土工格栅ⅰ复合而成，级配碎石含石粉碎屑量不超过总重量的3％，压实度不小于0.9，褥垫层可有效分散桩顶荷载，调整桩土应力比，避免桩体受力集中，同时起到一定的排水作用。

10、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述找平层采用素混凝土浇筑，厚度为80-120mm，顶面与设计标高平齐，确保后续分层填筑的平整度，为填筑体提供均匀的支撑面。

11、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述填筑体由若干填筑层逐层碾压形成，每层填筑层包括若干层填筑单元层和若干层土工格栅ⅱ，每层填筑单元层铺设完后碾压处理，相邻填筑单元层之间铺设土工格栅ⅱ，每层填筑层厚度为1-4m，压实系数λ≥0.92，压缩模量es≥10mpa，确保填筑体的密实度，减少后期固结沉降；填筑单元层采用工程渣土与再生细骨料互层填筑，充分利用建筑垃圾的工程特性，实现资源化利用，同时再生细骨料的良好排水性能可促进填筑体的排水固结；底层填筑层压实宽度不小于设计宽度，自上而下压实度逐步递减不超过5％，适应荷载分布规律，提升整体稳定性。

12、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述坡脚排水结构包括环绕坡脚布置的排水盲管和反压层，盲管孔径90mm～180mm，采用纤维状塑料盲管，间距1.5-2.5m，倾斜布置，坡度不小于3‰，端部延伸至堆山外部排水系统；所述过滤层采用大粒径废弃石料填筑，厚度不小于1m。

13、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，持水层采用预筛分渣土填筑，厚度0.4-0.6m，排水层采用再生细骨料填筑，厚度0.2-0.4m，两者界面因持水性能不同产生毛细阻滞效应，可有效阻滞雨水入渗，同时储存部分水分供坡面植被生长，实现防渗与生态兼顾；坡面防渗结构的持水层与排水层压实度均不小于80％，排水层周缘向上延伸形成对持水层的包围，延伸高度不低于250mm，增强防渗效果。

14、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述监测预警装置包括沉降监测点、水平位移监测点、孔隙水压力监测点和数据采集终端，实现堆山沉降、水平位移以及孔隙水压力的实时监测、数据采集和预警；所述沉降监测点包括山体沉降监测点、原地基表面沉降监测点以及原地基土分层沉降监测点，所述山体沉降监测点按网格状布置，间距5-10m，布设于各填筑层的侧面及内部，用于监测整体沉降和差异沉降；所述原地基表面沉降监测点围绕坡脚周边表面进行布置；所述原地基土分层沉降监测点围绕坡脚周边按一定土层深度进行布置；所述水平位移监测点包括原地基土深层水平位移监测点以及边桩水平位移监测点；所述原地基土深层水平位移监测点布设于填筑层的坡脚土体表面，间距3-5m，用于监测填筑层的侧向位移，预防滑坡灾害；所述边桩水平位移监测点围绕坡脚周边表面进行布置；所述孔隙水压力监测点嵌设于每层填筑层底部，用于监测孔隙水压力变化，指导排水措施调整；沉降监测点、水平位移监测点以及孔隙水压力监测点均与数据采集终端无线连接，设定沉降预警值不大于300mm，差异沉降预警值不大于50mm，当监测数据接近预警值时，数据采集终端及时发出预警信号，便于工作人员采取防控措施。

15、优选的，在上述的堆山沉降控制结构中，所述支撑桩组中的长桩采用水泥搅拌桩，水泥搅拌桩采用po42.5级普通硅酸盐水泥，单轴掺入量不少于100kg/m，泥浆水灰比0.50～0.60，搅拌次数为四次喷浆四次搅拌，停浆面高于桩顶设计标高50cm，确保桩体强度和施工质量；短桩采用压灌式素混凝土桩，桩径偏差不大于设计桩径的4％，桩位偏差不大于50mm，垂直度偏差不超过设计垂直度偏差的1％，确保桩体布置均匀、受力稳定。

16、本发明还公开了一种如上所述的堆山沉降控制结构的施工方法，包括如下步骤：

17、步骤s1，施工支撑桩组和坡脚排水结构：

18、清理原始地基表面的杂物、杂草及松软土层，平整地基表面；根据设计方案，按设定间距在原始地基上布设长桩和短桩，形成支撑桩组，施工完成后进行桩体养护，确保桩体强度达到设计要求；在坡脚设置坡脚排水结构并布设沉降监测点和水平位移监测点；通过沉降监测点开始监测坡脚地表沉降；通过水平位移监测点开始监测坡脚的水平位移；

19、步骤s2，施工排水管网、褥垫层和找平层：

20、支撑桩组养护完成后，铺设一层排水管网，将该排水管网与所述坡脚排水结构连通，然后铺设褥垫层，所述褥垫层包括若干层级配碎石层和若干层土工格栅ⅰ，相邻级配碎石层之间设置一层土工格栅ⅰ，每层级配碎石层铺设完后进行碾压处理,在褥垫层顶部浇筑找平层，找平层采用平板振动器振捣密实，确保找平层顶面平整，与设计标高平齐；在褥垫层内部嵌设孔隙水压力监测点；通过孔隙水压力监测点开始监测褥垫层内部孔隙水压的变化；

21、步骤s3，填筑体施工：

22、所述填筑体由若干填筑层逐层碾压形成，每层填筑层包括若干层填筑单元层和若干层土工格栅ⅱ，每层填筑单元层铺设完后碾压处理，相邻填筑单元层之间铺设土工格栅ⅱ，施工时，每层填筑单元层铺设完后碾压处理，然后铺设土工格栅ⅱ，然后铺设另一层填筑单元层开始循环施工，直至该填筑层达到设计高度；每层填筑层厚度为1-4m，压实系数λ≥0.92，压缩模量es≥10mpa，确保填筑体的密实度，减少后期固结沉降；土工格栅ⅱ可增强填筑体的整体性和抗剪能力，抑制填筑体的侧向变形和分层滑移，减少差异沉降。填筑单元层采用工程渣土与再生细骨料互层填筑，充分利用建筑垃圾的工程特性，实现资源化利用，同时再生细骨料的良好排水性能可促进填筑体的排水固结；底层填筑层压实宽度不小于设计宽度，自上而下压实度逐步递减不超过5％，适应荷载分布规律，提升整体稳定性。相邻的填筑层之间铺设排水管网，并将该排水管网与坡脚排水结构连通。在每个填筑层周边的坡面设置坡面防渗结构，所述坡面防渗结构包括自上而下依次设置的持水层和排水层，持水层采用预筛分渣土填筑，厚度0.4-0.6m，排水层采用再生细骨料填筑，厚度0.2-0.4m，两者界面因持水性能不同产生毛细阻滞效应，可有效阻滞雨水入渗，同时储存部分水分供坡面植被生长，实现防渗与生态兼顾；坡面防渗结构的持水层与排水层压实度均不小于80％，排水层周缘向上延伸形成对持水层的包围，延伸高度不低于250mm，增强防渗效果。在每层填筑层底部嵌设孔隙水压力监测点, 通过孔隙水压力监测点开始监测每层填筑层内部孔隙水压的变化；按设计位置在填筑层侧面、内部以及坡顶布设沉降监测点和水平位移监测点,通过沉降监测点开始监测填筑层侧面、内部以及坡顶沉降；通过水平位移监测点开始监测填筑层侧面、内部以及坡顶水平位移；

23、步骤s4，监测预警装置调试：

24、将所有监测点与数据采集终端无线连接，调试监测设备，确保监测数据传输稳定；设定沉降预警值和差异沉降预警值，完成监测预警系统的调试，实现沉降及相关参数的实时监测。

25、步骤s5，后期养护与监测调整。

26、优选的，在上述的堆山沉降控制结构的施工方法中，所述步骤s5中，后期养护与监测调整包括：堆山完成后，对坡面进行洒水养护，防止坡面开裂，养护时间不少于6个月；养护期间，数据采集终端每24小时采集一次监测数据，分析沉降变化规律；若出现沉降量接近预警值，及时采取沉降控制措施，直至沉降稳定，所述沉降控制措施包括补打支撑桩、增设排水通道、减缓加载速度以及加固坡面；沉降稳定后，将监测数据采集周期延长至72小时一次，持续监测时间不少于1年，确保工后沉降量控制在设计范围内。

27、优选的，在上述的堆山沉降控制结构的施工方法中，在步骤s1之前，还包括工程勘察与方案设计：

28、首先，确定堆山建设用地的平面范围、山体设计高度及边坡坡率，开展岩土工程勘察，查明原始地基的岩性、分布厚度、物理力学参数；采用离散元法结合现场试验，验算地基承载力与沉降量，确定地基加固层、填筑体、排水防渗系统及监测预警装置的具体结构参数和施工工艺；同时进行边坡稳定性计算，边坡安全等级按一级永久边坡考虑，确保边坡稳定系数不小于1.35，避免边坡滑坡与沉降相互影响。

29、由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

30、一、构建了“地基加固-分层填筑-排水防渗-监测预警”一体化协同控制体系，从地基处理、填筑施工、防水排水到实时监测，全方位防控堆山沉降，解决了现有技术单一防控效果差的问题，可有效控制堆山工后沉降量不大于300mm，差异沉降不大于50mm，提升堆山工程的安全性和耐久性。

31、二、地基加固层采用长短桩复合结构结合褥垫层，实现深浅层地基的协同加固，有效提升地基承载能力，分散堆山荷载，减少地基不均匀沉降，适配软土、冲填土等复杂地质条件，解决了地基承载力不足导致的沉降隐患。

32、三、填筑体采用分级加载、分层压实工艺，嵌入土工格栅ⅱ增强整体性，同时采用工程渣土与再生细骨料互层填筑，既提升了填筑体的抗压缩、抗滑移能力，又实现了建筑垃圾的资源化利用，降低了工程成本，兼具环保性和经济性，可综合消纳大量工程渣土和再生骨料。

33、四、排水防渗层采用毛细阻滞型覆盖层结合坡脚排水、地下排水结构，实现地表水与地下水的分区导排，有效阻滞雨水入渗，降低地下水位，减少水分对填筑体和地基的软化作用，同时兼顾坡面生态养护，避免因水分积聚导致的沉降加剧和边坡滑坡。

34、五、监测预警层实现了沉降、水平位移、孔隙水压力的实时监测和预警，能够及时掌握堆山沉降变化规律，提前发现沉降异常，便于工作人员及时采取防控措施，避免沉降问题扩大化，实现沉降的精准控制。

35、六、施工工艺便捷，步骤清晰，各工序衔接顺畅，无需复杂的大型设备，施工效率高，可适配不同规模、不同地质条件的堆山工程，尤其适用于临海冲填土、软土、废弃矿山等复杂区域的堆山建设，应用前景广泛。