膨胀岩路堑边坡的加固方法
【专利摘要】本发明涉及膨胀岩路堑边坡的加固方法。膨胀岩含有较多亲水矿物，含水率变化时能发生较大体积变化，具有遇水膨胀、软化、崩解和失水收缩、开裂的特性。本发明作好墙顶地面排水工程后，分层分段开挖；刷坡、安装沉降伸缩缝模板，设置面板泄水孔；喷射第一层混凝土；钻孔、施工灌浆锚杆；安装承压板、挂网；喷射第二层混凝土；施工墙脚排水工程。本发明所用土钉加固膨胀岩路堑边坡，一改过去传统的挖方完成后再施工加固结构的办法，自上而下，开挖一层，加固封闭一层，缩短被加固膨胀岩体的暴露时间，以避免发生遇水膨胀软化、滑坍等现象。
【专利说明】
膨胀岩路堑边坡的加固方法
技术领域
[0001] 本发明属于土建工程技术领域，具体涉及一种膨胀岩路堑边坡的加固方法。
【背景技术】
[0002] 膨胀岩含有较多亲水矿物，含水率变化时能发生较大体积变化，具有遇水膨胀、软 化、崩解和失水收缩、开裂的特性。膨胀岩具强烈的膨胀性和超固结性，无论是遇水膨胀或 是开挖过程中的应力释放，均能使路堑边坡产生严重变形甚至破坏，素有工程中的癌症之 称。
[0003] 工程中遇膨胀岩边坡时，一般要遵循缓坡率（1:1.5~1:1.75)宽平台、加固坡脚和 选择适宜的坡面防护工程相结合的原则;但往往采用缓坡率、宽平台、矮挡墙加固坡脚的办 法，可能会出现"剥山皮"的现象，开挖的边坡很高、稳定性差、防护难度大，对自然环境及山 坡破坏也很大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种膨胀岩路堑边坡的加固方法，采用土钉加固膨胀岩路堑 边坡，缩短被加固膨胀岩体的暴露时间，避免遇水膨胀软化、滑坍。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于：
[0007] 包括以下步骤：
[0008] 第一步:作好墙顶地面排水工程后，分层分段开挖；
[0009] 第二步:刷坡、安装沉降伸缩缝模板，设置面板泄水孔；
[0010]第三步：喷射第一层混凝土；
[0011 ]第四步:钻孔、施工灌衆锚杆；
[0012]第五步:安装承压板、挂网；
[0013] 第六步:喷射第二层混凝土；
[0014] 第七步:施工墙脚排水工程。
[0015] 第一步中：
[0016] 分层分段开挖采用自上而下、开挖一层加固封闭一层的方式进行；
[0017] 每层开挖高度为2~3m，纵向长度为50m;
[0018] 对不能及时进行喷射混凝土封闭的边坡，预留不小于0.5m厚的稳定边坡保护层。
[0019] 第四步中，钻孔施工的灌浆锚杆为土钉，钉径100mm，钉的水平与垂直间距均为 1.5m〇
[0020] 第四步中，土钉的施工参数计算通过以下步骤实现：
[0021] 1) 土钉墙中的钉长L = 0.6~1. OH，Η为土钉墙墙高；
[0022] 2)设定土钉的水平间距X，并计算土钉墙平间距X范围内所承受的土压力；土钉的 水平间距X和垂直间距Υ相近或相等，并小于2m;
[0023] 土钉墙水平间距X范围内所承受的土压力为0.7Ea，Ea为库伦主动土压力；
[0024] 3)计算单根土钉拉力T，T = 0.7Ea/n，n为X宽度内垂直向的土钉根数；
[0025] 4) 土钉灌浆锚杆钢筋直径d及灌浆锚杆孔径D计算：
[0026]
，Rg为钢筋的容许抗拉强度；
[0027]灌浆锚杆孔径D = T/jtLt，τ为锚杆砂浆与孔壁周边的抗剪强度。
[0028]第三步和第六步中，喷射混凝土作为面板，为挂网喷射混凝土结构，厚度为20cm。
[0029] 第五步中：
[0030] 安装承压板、挂网在锚杆锚固砂浆强度达70%时进行；
[0031]挂网为钢筋铁丝网，与土钉端头承压板焊接。
[0032]本发明具有以下优点：
[0033] 本发明所用土钉加固膨胀岩路堑边坡，一改过去传统的挖方完成后再施工加固结 构的办法，自上而下，开挖一层，加固封闭一层，缩短被加固膨胀岩体的的暴露时间，以避免 发生遇水膨胀软化、滑坍等现象。
[0034] 本发明所述的土钉是采用有规律布置的灌浆锚杆加固原位膨胀岩体的一种技术， 由于原位膨胀岩体加入了灌浆锚杆，提高了岩体视凝聚力，增大了岩体的强度。用土钉加固 后的岩体，形成了力学性质与原来膨胀岩体大为不同的复合材料重力式挡墙，以此来承受 墙后的土压力，并且限制膨胀岩体的应力释放和约束岩体变形，把膨胀岩体锁固在一起。重 力式挡墙的墙面可作成陡坡率1:0.176,因此可大大减少土方开挖量，节约用地，这些特点 使其工程造价低于其它的工程结构物。土钉墙结构近乎直立的喷射混凝土墙面，从根本上 减小了膨胀岩堑坡的受水面积，改善了其受水条件。
【附图说明】
[0035]图1为两级土钉墙结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0037]本发明涉及的膨胀岩路堑边坡的加固方法，采用的是陡坡率（1:0.176)结构形式， 直接交与原始坡面，以减少对环境及自然山坡的破坏。施工的土钉墙的构成是:A)被加固的 原位膨胀岩体、B) 土钉、C)面板、D)排水系统。土钉采用灌浆锚杆，把钢筋插入放置到预先钻 好的孔中，使其居中后灌注水泥砂浆锚固，钉径100mm，钉的水平与垂直间距均为1.5m;面板 用喷射混凝土，厚度20cm，分两层喷射施工，中间挂钢筋铁丝网，并与土钉钢筋焊接，使土钉 与面板连接成整体;排水系统包括土钉墙顶地面和墙脚排水工程，以及设置在土钉墙面板 上的泄水孔。
[0038] 土钉与其周围膨胀岩体的作用原理:其一是约束膨胀岩体膨胀变形和限制应力释 放;膨胀岩体无论是遇水膨胀或是开挖过程中的应力释放，均能使路堑边坡产生严重变形 及位移，位移的大小由表向内减小；当膨胀岩体向外变形位移时，土钉由于表面摩擦作用而 约束了膨胀岩体侧向位移。其次，同加筋土挡墙一样，土钉墙面背后也存在着潜在滑动面， 由于土钉材料为刚性的，因此潜在滑动面两边的土钉就要抵抗变形，这样潜在滑动面两边 的被动岩体阻力就得到了发挥。
[0039] 施工具体包括以下步骤：
[0040] 第一步:作好墙顶地面排水工程后，分层分段开挖；
[0041 ]第二步:刷坡、安装沉降伸缩缝模板，设置面板泄水孔；
[0042]第三步:喷射第一层混凝土；
[0043]第四步:钻孔、施工灌浆锚杆；
[0044]第五步:安装承压板、挂网；
[0045]第六步:喷射第二层混凝土；
[0046] 第七步:施工墙脚排水工程。
[0047] 第一步中：
[0048]分层分段开挖采用自上而下、开挖一层加固封闭一层的方式进行；
[0049]每层开挖高度为2~3m，纵向长度为50m;
[0050]对不能及时进行喷射混凝土封闭的边坡，预留不小于0.5m厚的稳定边坡保护层。 [0051 ] 第四步中，钻孔施工的灌浆锚杆为土钉，钉径100mm，钉的水平与垂直间距均为 1.5m〇
[0052] 土钉的施工参数计算通过以下步骤实现：
[0053] 1)根据膨胀岩的工程性质预先确定钉长L，依据本发明所提供的现有经验，土钉墙 中的钉长L = 0.6~1. OH，Η为土钉墙墙高；
[0054] 2)设定土钉的水平间距X，并计算土钉墙平间距X范围内所承受的土压力；考虑到 土钉墙面板受力均匀和结构的合理性，以及施工方便等因素，土钉的水平间距X和垂直间距 Υ应相近或相等，依据本发明所提供的现有经验，土钉间距一般应小于2m;根据本发明所提 供的土钉墙土压力实际观测结果及现有经验，土钉墙水平间距X范围内所承受的土压力为 0 · 7Ea，Ea为库伦主动土压力；
[0055] 3)计算单根土钉拉力T，T = 0.7Ea/n，n为X宽度内垂直向的土钉根数;计算时预先 确定一个η值，就可计算出单根土钉所承受的拉力T;待η值确定后，土钉的垂直间距Y值也就 确定了；
[0056] 4) 土钉灌浆锚杆钢筋直径d及灌浆锚杆孔径D计算：
[0057]
，Rg为钢筋的容许抗拉强度；
[0058]灌浆锚杆孔径D = T/jtLt，τ为锚杆砂浆与孔壁周边的抗剪强度。
[0059]之后进行土钉墙的整体稳定性检算，土钉墙的整体稳定性检算方法与一般重力式 挡墙稳定性检算方法相同。当土钉墙为上下两级时，上下土钉墙的内部稳定性计算与整体 稳定性检算分别进行;计算下墙时将上墙作为荷载考虑。
[0060]第三步和第六步中，喷射混凝土为面板，厚度为20cm。
[0061 ] 第五步中：
[0062]安装承压板、挂网在锚杆锚固砂浆强度达70%时进行；
[0063]挂网为钢筋铁丝网，与土钉端头承压板焊接。
[0064] 土钉加固膨胀岩路堑边坡的优越性：
[0065]在土钉墙结构中，原位膨胀岩体是其结构组成的一部分，形成了力学性质与原来 膨胀岩体大为不同的复合材料重力式挡墙;它的墙面可作成陡坡率1:0.176,因此可大大减 少土方开挖量，节约用地，这些特点使其工程造价低于其它的工程结构物。
[0066] 膨胀岩体最显著的特点之一是吸水膨胀，失水开裂。土钉墙结构近乎直立的喷射 混凝土墙面，从根本上减小了膨胀岩堑坡的受水面积，改善了其受水条件。
[0067] 由于把原位膨胀岩体用作土钉墙的主要结构组成部分，即仅在原位膨胀岩体中加 入了土钉，并在开挖后的坡面上施作了薄层的挂网喷射混凝土，因此土钉墙具有很好的场 地适应性;土钉墙施工机具均采用常规的、小型的，故可在场地狭窄的条件下施工。
[0068] 本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书 而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 包括以下步骤： 第一步:作好墙顶地面排水工程后，分层分段开挖； 第二步:刷坡、安装沉降伸缩缝模板，设置面板泄水孔； 第三步:喷射第一层混凝土； 第四步:钻孔、施工灌浆锚杆； 第五步:安装承压板、挂网； 第六步:喷射第二层混凝土； 第七步:施工墙脚排水工程。2. 根据权利要求1所述的膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 第一步中： 分层分段开挖采用自上而下、开挖一层加固封闭一层的方式进行； 每层开挖高度为2~3m，纵向长度为50m; 对不能及时进行喷射混凝土封闭的边坡，预留不小于〇.5m厚的稳定边坡保护层。3. 根据权利要求1所述的膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 第四步中，钻孔施工的灌浆锚杆为土钉，钉径100mm，钉的水平与垂直间距均为1.5m。4. 根据权利要求3所述的膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 第四步中，土钉的施工参数计算通过以下步骤实现： 1) 土钉墙中的钉长L = 0.6~1. OH，Η为土钉墙墙高； 2) 设定土钉的水平间距X，并计算土钉墙平间距X范围内所承受的土压力；土钉的水平 间距X和垂直间距Υ相近或相等，并小于2m; 土钉墙水平间距X范围内所承受的土压力为〇 · 7Ea，Ea为库伦主动土压力； 3) 计算单根土钉拉力T，T = 0.7Ea/n，η为X宽度内垂直向的土钉根数； 4) 土钉灌浆锚杆钢筋直径d及灌浆锚杆孔径D计算：，Rg为钢筋的容许抗拉强度； 灌浆锚杆孔径D = T/3iLt，t为锚杆砂浆与孔壁周边的抗剪强度。5. 根据权利要求1所述的膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 第三步和第六步中，喷射混凝土作为面板，为挂网喷射混凝土结构，厚度为20cm。6. 根据权利要求1所述的膨胀岩路堑边坡的加固方法，其特征在于： 第五步中： 安装承压板、挂网在锚杆锚固砂浆强度达70 %时进行； 挂网为钢筋铁丝网，与土钉端头承压板焊接。
【文档编号】E02D17/20GK105926646SQ201610304911
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】李成
【申请人】中铁第勘察设计院集团有限公司, 中铁第一勘察设计院集团有限公司