超高轻型支挡结构及治理高填方、高边坡工程的方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种超高轻型支挡结构及治理高填方、高边坡工程的方法。

背景技术：

我国《公路路基设计规范》(jtgd30-2004)提出的可用于填方边坡的支挡结构类型及适用条件有：1)重力式挡土墙(包括衡重式挡土墙)适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。墙高不大于12.0m。2)半重力式挡土墙适用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或软弱的地基上，墙高不宜大于12.0m。3)悬臂式挡土墙宜在地基承载力较低的填方路段采用，墙高不宜超过5.0m。4)扶臂式挡土墙宜在地基承载力较低的填方路段采用，尽管规范指出可达15.0m。但在实际应用中，当墙高超过10.0m，对一般土质地基，其地基承载力及挡土墙的抗滑与抗倾覆稳定性很难满足要求，且底板宽度将接近墙高。5)锚碇板挡土墙宜使用在石料不充足地区的路肩墙或路堤式挡土墙，墙高不宜超过10.0m。加筋土挡土墙用于一般地区的路肩墙或路堤式挡土墙墙高不大于12.0m。以上支挡结构类型的缺点是：一方面支挡填方高度有限，另一方面仅具有挡土功能，无承重及阻滑功能，不适用于滑坡、坍塌、软土地基上。

《高轻型支挡技术及应用》(张玉芳著)等著作中提出的可用于填方边坡的支挡结构类型及适用条件有：高轻型预应力锚索桩板墙适用于自然地形陡的填方高度12.0m-16.0m的路堤支挡，该支护结构有一定的阻滑功能，但墙后必须具备适宜于预应力锚索锚固的地层，并能提供足够的锚固力，不适合用于大范围的填方地段。高轻型锚碇板挡土墙适用于填方高度12.0m-16.0m的路堤支挡，但不宜使用在抗滑地段。

随着公路、铁路等建设的迅速发展，为适应千变万化的场地条件及大范围高填方(填方高度超过16.0m、边坡总高度超过24.0m)边坡支挡的需要。组合式支挡结构正是在这种国内外形势下再次成为工程技术人员关注的热点问题。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本发明提供一种超高轻型支挡结构，可以适用于千变万化的场地条件，当填方高度在12.0m-24.0m，边坡总高度在16.0m-30.0m时与普通挡土墙有可比性。当填方高度在24.0m-30.0m，边坡总高度在28.0m-34.0m时与桥梁有可比性，同时，具有承重、阻滑与挡土三重功能。

本发明的另一目的是提供上述超高轻型支挡结构治理高填方、高边坡工程的方法。

本发明所采用的技术方案是，超高轻型支挡结构，包括钢筋混凝土制成的竖直设置主桩、副桩，在主桩与副桩上方、主桩与副桩之间设置有承台，在主桩上设置有钢筋混凝土制成的挡土板；主桩与副桩的上部设置扶臂；在扶臂上水平预埋钢管；还设置有由钢筋混凝土制成锚碇墙，锚碇墙上水平预埋钢管；拉杆从扶臂及锚碇墙上的预埋钢管中穿过；锚碇墙的拉杆的端部用锚具固定；扶臂外侧、位于扶臂上的拉杆的端部用锚具固定；锚具外用混凝土封锚。

本发明所采用的另一技术方案是，采用超高轻型支挡结构治理高填方、高边坡工程的方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1，竖直设置主桩、副桩，主桩与副桩由钢筋混凝土制成，地面以下的主桩与副桩一次浇注成型，地面以上的主桩与副桩根据实际情况采用多次浇注，接茬处应先凿毛；

步骤2，承台以下的挡土板施工：挡土板由钢筋混凝土制成；

步骤3，桩间及桩后填土应分层填筑压实，分层厚度不大于50cm，距主桩与副桩及挡土板距离1m范围内的填土用小于1吨的小型压路机或打夯机压实，压实度不少于85％；

步骤4，承台施工，主桩与副桩上方水平设置承台由钢筋混凝土制成，采用现场浇注；

步骤5，承台以上扶臂与挡土板施工及钢管预埋：扶臂与挡土板由钢筋混凝土制成，在挡土板后设置砂石反滤层，在扶臂混凝土浇注前，应根据设计位置，在扶臂上水平预埋钢管，预埋钢管内径根据设计的拉杆直径确定；

步骤6，锚碇墙施工：锚碇墙由钢筋混凝土制成，采用现场浇注，在锚碇墙混凝土浇注前，应根据设计位置，在锚碇墙上水平预埋钢管，钢管内径根据的拉杆的直径确定；

步骤7，承台以上的挡土板后填土，挡土板后填土应分层压实，分层厚度不大于50cm，距扶臂、挡土板及锚碇墙的距离1m范围内的填土用小于1吨的小型压路机或打夯机压实，压实度不少于85％；土的填筑应根据拉杆设置位置，与拉杆安装、张拉及锁定交递进行；

步骤8，拉杆定位、安装、张拉、锁定、封锚混凝土及孔内灌注水泥浆的施工：拉杆定位、安装及张拉与挡土板后土的填筑交递进行，直到坡顶设计标高；在拉杆安装前，先填方至拉杆设计水平高度以上0.2m，填方压实度达到规定要求后方可开始安装拉杆；安装拉杆时，应根据拉杆设计平面位置先在压实填方表面挖槽，槽宽0.3m，深度比拉杆设计标高低10cm；将拉杆从扶臂及锚碇墙上的预埋钢管中穿过，埋入开挖好的拉杆沟槽中；将位于锚碇墙的拉杆的端部用锚具安装好，并对位于锚碇墙上预埋钢管内灌注水泥浆，同时进行位于锚碇墙上封锚混凝土的施工，拉杆沟槽用土或三七灰土填筑压实，在继续填方压实至拉杆标高以上1m时，在扶臂外侧用锚具将位于扶臂上拉杆的端部安装好，拉杆张拉、张拉分级、张拉荷载、张拉时间按设计要求确定，张拉时应注意扶臂的变形及填方的变化，如发现异常情况，应停止张拉，查明原因，采取措施；重复以上步骤8直至填方至坡顶，在填方全部完成后，按设计要求对所有拉杆进行补张拉，并对位于扶臂上预埋钢管内灌注水泥浆，同时进行位于扶臂上封锚混凝土的施工。

进一步的，所述步骤1中，主桩与副桩采用人工挖孔灌注桩或机械成孔灌注桩，主桩与副桩桩径不少于600mm，混凝土强度等级不低于c25。

进一步的，所述步骤2中，挡土板采用现场浇注或采用预制拼装；承台以下的挡土板厚度为120-200mm，混凝土强度等级不低于c25。

进一步的，所述步骤4中，承台厚度不少于400mm，混凝土强度等级不低于c25。

进一步的，所述步骤5中，承台以上的挡土板上预留泄水孔，泄水孔间距2-3m，孔径50-100mm，承台以上的挡土板厚度为150-200mm。

进一步的，所述步骤5中，扶臂厚度不少于300mm，扶臂间距2-3m，扶臂及挡土板混凝土强度等级不低于c25。

进一步的，所述步骤6中，锚碇墙厚度不少于300mm，混凝土强度等级不低于c25。

进一步的，所述步骤8中，拉杆采用变形钢筋或钢绞线。

进一步的，所述拉杆采用钢绞线时，采用无粘结钢绞线制作，钢绞线除两头夹片附近外，其余部分先涂刷两遍防腐油漆，再涂满防腐油脂，外套内径为17mm、壁厚不小于1mm的硬塑管。

本发明的有益效果是，综合了悬臂式桩板墙、双排抗滑桩、高轻型预应力锚索桩板墙、高轻型锚碇板挡土墙与扶臂式挡土墙的技术特点，兼有承重、阻滑和支挡三重功能的超高轻型支挡结构。相对于传统的高填方、高边坡、高轻型支挡结构，本支护结构在变形控制的有效性、结构形式布置的灵活性等方面得以很好的体现。其主要有以下几个方面的特点：

1)布置型式灵活。桩板及锚碇墙组合形式机动灵活，适应性强。a)可根据挡土墙后填土中破裂面的位置及方位将锚碇墙设置成分离式(图1、2)、整体式竖直式与整体倾斜式(图3、4)。对于分离式锚碇墙：各锚碇墙独立发挥作用，其设置位置灵活，但各拉杆之间的整体协调能力差。对于整体竖直式锚碇墙：施工快速简单，一次成型，各拉杆之间的整体协调能力好，但下层拉杆长度大。对于整体倾斜式锚碇墙：可根据破裂面的位置及方位合理确定锚碇墙的位置及倾斜度，从而降低下层拉杆长度，各拉杆之间的整体协调能力好，但锚碇墙后填土必须先分层压实，并根据锚碇墙倾斜度形成斜坡，施工复杂。b)可将扶臂设置成反椅式(图2)。由于反椅式扶臂的平台未设置在填土中，而是位于边坡外侧，因此可根据实际情况在平台上种植花草等来协调周边景观。c)可根据实际情况改变承台设置位置来调整和协调上下部结构的变形及内力。d)可根据挡土墙高度，在每个扶臂上灵活合理布置多层拉杆，从而提高挡土高度，并调整与协调上下部结构的内力及变形。e)可根据地形地质条件合理灵活布置下部结构(承台以下的主桩、副桩)，充分发挥承重、阻滑和支挡三重功能。

2)承台、主桩、副桩及拉杆组成一个超静定空间结构，整体刚度及阻滑能力远大于单排桩支挡结构、高轻型预应力锚索桩板墙、高轻型锚碇板挡土墙。由于拉杆的设置，使得桩身内力急剧下降，结构水平位移明显降低。同时可以通过对拉杆适当施加预应力来进一步降低桩身内力及结构水平位移，并调整承台底竖向压力的分布，可支挡比高轻型预应力锚索桩板墙、高轻型锚碇板挡土墙更高的填方边坡。

3)承台上部填土重力使支挡结构整体重心后移增强了抵抗土压力的能力,有效提高了支挡结构的整体稳定性。同时，由于承台的设置使桩基受到竖向力作用，提高了桩身的抗剪承载力，并能将竖向荷载传递至较深的土层。因此，无论是在结构受力及沉降控制方面都优于其它支挡结构型式。

4)本支挡结构为超静定空间结构，能自动调整桩身内力分布，使之适应复杂多变的荷载条件，也可通过对拉杆施加预应力来调整桩身内力及支挡结构的水平位移。

5)当下部土(岩)层中存在潜在滑动面或地基承载力不够时，下部桩基起着阻滑、承重及挡土三重功能。对于陡坡地段，当存在良好且坚硬的稳定岩土层提供有效的锚固力时，可将锚碇拉杆改为锚杆(索)，或采用锚杆(索)与锚碇拉杆相结合的形式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中采用的扶臂椅式桩板墙联合锚碇墙支护结构图。

图2是本发明实施例中采用的反扶臂椅式桩板墙联合锚碇墙支护结构图。

图3是本发明实施例中采用的扶臂椅式桩板墙联合整体竖直式锚碇墙支护结构图。

图4是本发明实施例中采用的扶臂椅式桩板墙联合整体倾斜式锚碇墙支护结构图。

图中，1.主桩，2.副桩，3.承台，4.挡土板，5.扶臂，6.预埋钢管，7.锚具，8.封锚混凝土，9.水泥浆，10.拉杆，11.锚碇墙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

超高轻型支挡结构，结构如图1-4任何一种形式所示，包括钢筋混凝土制成的竖直设置主桩1、副桩2，在副桩2上方、主桩1与副桩2之间设置有承台3，在主桩1上设置有钢筋混凝土制成的挡土板4；主桩1与副桩2的上部设置扶臂5；在扶臂5上水平预埋钢管6；还设置有由钢筋混凝土制成锚碇墙11，锚碇墙11上水平预埋钢管6；拉杆10从扶臂5及锚碇墙11上的预埋钢管6中穿过；锚碇墙11的拉杆10的端部用锚具7固定；扶臂外侧、位于扶臂5上的拉杆10的端部用锚具7固定；锚具7外用封锚混凝土8固定。

如图1、2所示，锚碇墙11可以采用分离式的，且竖直设置，可以根据具体的环境，将主桩1设置远离锚碇墙11的方向(如图1)，可以将主桩1设置靠近锚碇墙11的方向(如图2)；如图3、4所示，锚碇墙11可以采用一体的，具体可以为竖直设置的(如图3)，也可以为倾斜式的(如图4)。

采用超高轻型支挡结构治理高填方、高边坡工程的方法，可按照图1-4中任何一种支挡结构，具体按照以下步骤进行：

步骤1，竖直设置主桩1、副桩2，主桩1与副桩2由钢筋混凝土制成，可采用人工挖孔灌注桩或机械成孔灌注桩。地面以下的主桩1与副桩2一次浇注成型，地面以上的主桩1与副桩2可根据实际情况采用多次浇注，但接茬处应先凿毛，钢筋接头应符合有关规范要求。主桩1与副桩2桩径不少于600mm，混凝土强度等级不低于c25，桩基深度满足设计要求；

步骤2，承台3以下的挡土板4施工，挡土板4由钢筋混凝土制成，可采用现场浇注，也可采用预制拼装。承台3以下的挡土板4厚度为120-200mm，混凝土强度等级不低于c25；

步骤3，桩间及桩后填土应分层填筑压实，分层厚度不大于50cm，距主桩1与副桩2及挡土板4距离1.0m范围内的填土用小型压路机(小于1吨)或打夯机压实，压实度不少于85％；

步骤4，承台3施工，主桩1与副桩2上方水平设置承台3由钢筋混凝土制成，采用现场浇注。承台3厚度不少于400mm，混凝土强度等级不低于c25；

步骤5，承台3以上扶臂5与挡土板4施工及钢管6预埋，扶臂5与挡土板4由钢筋混凝土制成，采用现场浇注，挡土板4也可采用预制拼装。挡土板4上应预留泄水孔，泄水孔间距2-3m，孔径50-100mm，承台3以上挡土板4厚度为150-200mm，在挡土板4后应设置砂石反滤层。扶臂5厚度不少于300mm，扶臂5间距2-3m，在扶臂5混凝土浇注前，应根据设计位置，在扶臂5上水平预埋钢管6，预埋钢管6内径应根据设计的拉杆直径确定。扶臂5及挡土板4混凝土强度等级不低于c25。

步骤6，锚碇墙11施工，锚碇墙11由钢筋混凝土制成，采用现场浇注。在锚碇墙11混凝土浇注前，应根据设计位置，在锚碇墙11上水平预埋钢管6，钢管6内径应根据设计的拉杆10的直径确定。锚碇墙11厚度不少于300mm，混凝土强度等级不低于c25；

步骤7，承台3以上挡土板4后填土，挡土板4后填土应分层压实，分层厚度不大于50cm，距扶臂5、挡土板4及锚碇墙11的距离1.0m范围内的填土用小型压路机(小于1吨)或打夯机压实，压实度不少于85％。土的填筑应根据拉杆10设置位置，与拉杆10安装、张拉及锁定交递进行；

步骤8，拉杆10定位、安装、张拉、锁定、封锚混凝土8及孔内灌注水泥浆9的施工。拉杆10采用变形钢筋或钢绞线。拉杆10定位、安装及张拉与挡土板4后土的填筑交递进行，直到坡顶设计标高。在拉杆10安装前，先填方至拉杆10设计水平高度以上0.2m，填方压实度达到规定要求后方可开始安装拉杆10。安装拉杆10时，应根据拉杆10设计平面位置先在压实填方表面挖槽，槽宽0.3m，深度比拉杆10设计标高低10cm。拉杆10材料的规格及数量应与设计要求相符。拉杆10采用预应力钢绞线时，应采用无粘结钢绞线制作，钢绞线除两头夹片附近外，其余部分先涂刷两遍防腐油漆，再涂满防腐油脂，外套内径为17mm、壁厚不小于1mm的硬塑管。将拉杆10从扶臂5及锚碇墙11上的预埋钢管6中穿过，埋入开挖好的拉杆沟槽中。将位于锚碇墙11的拉杆10的端部用锚具7安装好，并对位于锚碇墙11上预埋钢管6内灌注水泥浆9，同时进行位于锚碇墙11上封锚混凝土8的施工。拉杆10沟槽可用土或三七灰土填筑压实。在继续填方压实至拉杆10标高以上1.0m时，在扶臂外侧用锚具7将位于扶臂5上拉杆10的端部安装好。拉杆10张拉、张拉分级、张拉荷载、张拉时间按设计要求确定。张拉时应注意扶臂5的变形及填方的变化，如发现异常情况，应停止张拉，查明原因，采取措施。

重复以上步骤8直至填方至坡顶。在填方全部完成后，按设计要求对所有拉杆10进行补张拉，并对位于扶臂5上预埋钢管6内灌注水泥浆9，同时进行位于扶臂5上封锚混凝土8的施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。