专利名称：一种柔性加筋支挡结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及挖方边缘的修砌，特别是铁路、公路或坝等的边坡或斜坡的柔性加筋支挡结构。
本发明还涉及该支挡结构的施工方法。
背景技术：
由于地质条件的不同，在不同的地方施工会遇到不同特性的土质。其中，膨胀土是最难处理的土质。由于膨胀土具有三性——裂隙性、膨胀性和超固结性，因而，经常会遇到边坡失稳、滑坡等地质灾害。
工程中用于挖方边坡处治的技术措施大体可分为刚性支挡结构和柔性支挡结构两大类。
刚性支挡结构是指以圬工结构(重力式挡墙、抗滑桩和片石护面墙等)为主，辅以其他必要的综合处理措施相结合的处理方案。它是目前最常用的处治方法。其工作原理是以圬工体自重来抵抗(平衡)失去整体平衡的边坡体及其在开挖过程中产生的超固结性应力释放。刚性支挡结构不允许被支挡结构土体产生变形，而在干湿循环、水的作用下，边坡土体必然干缩湿胀。当土体的膨胀变形较大而得不到释放时，会产生很大的膨胀压力使刚性支挡结构破坏。膨胀土地区经常看到的挡墙被剪断或推移现象说明了这一点。
柔性支挡结构是指以化学改良、土工织物为主，辅以其它必要的综合处理措施相结合的处理方案。柔性挡墙的特点在于它不但能承受土压而且允许土体产生一定的胀缩变形，以吸收边坡土体因超固结引起的应力释放和含水量变化产生的膨胀力。有研究表明若允许膨胀土的线膨胀量达0.3％，其膨胀力可比无膨胀时最大的膨胀力降低25％左右。因此柔性支挡结构非常适合膨胀土挖方边坡。
对于工土工格栅处治路基边坡，国内外有大量的报道，如马来西亚采用土工格栅加筋土路堑边坡处治残积土层取得成功。其具体的做法是整个路堑边坡下部为用土工格栅作筋材的加筋体支挡结构，高7.0m，上部仍为非加筋边坡，坡角为25°。
发明内容
本发明提供的柔性支挡结构具有如下结构特征在支挡结构的底层为透水基础层，在支挡结构与开挖面之间有透水层，该透水层与透水基础层为一体；透水基础层下开挖有渗沟；在整个支挡结构中铺设筋材，每层的筋材都超过支挡结构的宽度，反包至上一层，并与上一层的筋材连接，每层筋材用所开挖的土回填压实。
在支挡结构上端的边坡上开挖有截水沟，顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水。
最好坡顶截水沟应设置在滑坍体以外，距滑坍体边缘不小于5m。
进一步，在截水沟的下面开挖有盲沟。
本发明公开的柔性加筋支挡结构的施工方法是(1)边坡清方形成柔性挡土墙修筑工作面；(2)基础开挖及碾压，对基础进行静压，压实度要求≥80％；(3)渗沟开挖及防水层布设；(4)用碎石修筑透水层与透水基础层；
(5)铺设筋材，在预留的反包长度后沿横断面方向展开，并将其张紧固定；(6)填料的摊铺及碾压，压实度需达到80％以上。
(7)筋材反包，将预留的反包格栅段沿修好的边坡反包上并初张；将下层筋材反包的端部与上层格栅的适当位置用连接棒连接；并填料摊铺及碾压同下层。
(8)重复上述第5至第7步骤至支挡结构达到需要的高度。
(9)在顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水，坡顶回填非膨胀性粘土；(10)开挖坡顶截水沟。
用于第6和7步骤中回填的土可以是膨胀土。
优选在反包边坡表面培植30cm非膨胀土，并在其上铺种植土，植草绿化。
柔性支挡结构采用筋材分层摊铺锚固，回填非膨胀土或膨胀土压实形成足够厚度的柔性挡墙，再辅以坡顶的封闭、墙背及基底的排水处理可发挥如下功效(1)筋材与填土之间的摩擦力和咬合力以及格栅的层间联结、反包可提供足够的抗剪强度，使加筋土体构成一个整体来抵抗边坡的作用；(2)柔性挡墙允许边坡土体产生一定的变形可消散开挖边坡的大部分应力和膨胀力，“以柔克刚”；(3)足够的墙体厚度可隔绝和防止风化作用对坡体膨胀土的影响(大于有效活动层深度)，阻止裂隙进一步发展和浅表层滑坍。
采用筋材处置膨胀土路堑边坡，相对于刚性支挡结构，其一，价格低廉，低25％以上；其二，具有环保效益，采用土工格栅，有利于在坡面上进行培土绿化，而刚性支挡结构需要另外办法进行绿化，价格过高。
图1本发明提供的柔性加筋支挡结构的局部结构示意图，其中表示碎石土；图2本发明提供的柔性加筋支挡结构的整体结构示意图。
具体实施例一、.材料准备边坡施工前按下述要求准备好所需的材料1.土工格栅(筋材)单向拉伸土工格栅TL-35，极限延伸率为10％；2.土工连接棒湖北力特公司生产的宽1.2m土工连接棒；3.坡顶土工膜深色聚氯乙稀塑料薄膜，抗拉强度≥20Mpa，拉断时的延伸率≥200％，使用温度范围-15～60(度)，抗冻性-25(度)。厚度0.18～0.2mm；4.渗沟沟底两布一膜ZFM250，产品是常洲土工合成材料有限公司出品；或织物重/膜重/织物重＝200/80/200(g)，厚度0.98mm，湖南湘潭塑料厂。
二、施工工艺流程(1)边坡清方先对边坡坡底进行清方，坡底清方水平宽度从原设计边坡坡脚为起点，滑塌区清至边坡滑塌松方与未滑边界止。对未滑塌区域按设计挡墙宽度+0.5m(墙后排水层宽度)计算，清方基底应挖成向边坡内倾斜的斜面，倾斜坡比为4％，挖出的膨胀土放于附近路床1的指定位置，以备柔性支挡结构回填使用。
(2)土工格栅柔性挡墙基础开挖及碾压将土工格栅2柔性挡墙基础开挖至原路床换填部位，若基础部位出现松土要全部清干净，直到坚硬的土层，然后采用压路机对基础进行静压，压实度要求≥80％。在基础开挖过程中若引起上部土体松动滑塌到基坑中，须将基坑中的松土清干净。
(3)路床和土工格栅柔性挡墙下的渗沟3开挖及防水层布设根据设计图纸，采用人工或挖掘机开挖纵向渗沟，渗沟顶部位于路床换填碎石土底部，在渗沟底部和侧面铺设“两布一膜”作好防渗工作。
(4)路床和土工格栅柔性挡墙下渗沟排水管4布置以及沟内碎石的填筑在渗沟底部布置纵向Φ10cm带孔PVC排水管作为纵向排水通道，并将碎石填于沟内。施工时，要求沟底平整由挖方中部向两边设有沟底纵坡，保证水流畅通，出口参照截水沟下渗沟出口形式设一字墙出水口。
在渗沟上铺设渗水基础层9参考图2，坡顶截水沟5和其下渗沟6采用人工开挖基坑，按设计图纸位置铺土工膜，渗沟底铺现浇C15，砼固结后安放软式透水管7(钢环外包透水土工布形成的管子)和回填碎石，渗沟顶回填山坡表层土(红色残积土)夯实后砌现浇C20截水沟。坡顶渗沟和截水沟应设置在滑坍体以外，距滑坍体边缘不小于5m，并且渗沟和截水沟沟底平整、沟内水流顺畅、不积水，沟底纵坡不小于0.5％，渗沟起、终端设二个一字墙出水口，及时排出地下水。
(5)放线每层土工格栅2摊铺前，按照设计图纸进行测量放线，并用石灰粉标出边坡线和土工格栅包边线。以保证边坡的顺直以及设计坡率的实现。
(6)U形钉、格栅张具及连接棒的准备在专用厂家购置连接棒；将φ6钢筋裁断成50cm长，弯成U型钉；用φ10钢筋自制格栅张拉工具，以备固定和张紧土工格栅之用。
(7)土工格栅2裁剪将成捆的土工格栅2按柔性挡墙的设计宽度+1.5m长度进行裁剪备用。每层土工格栅2裁剪的长度须按照具体设计图执行。裁剪长度为柔性挡墙的设计宽度+1.5m反包长度，裁剪好的备用土工格栅放置于附近路床的指定位置。
(8)格栅搭接为了保证格栅沿路中线方向的整体性，两幅格栅间需搭接，搭接宽度为5cm；并用U形钉在搭接部位固定，在尾部固定后，中间部位U形钉的间距为1.5m。
(9)膨胀土填料的准备按照就近取料的原则，将边坡开挖出来的膨胀土(岩)在指定位置堆放，并用推土机履带将大粒径泥岩压碎，严格控制填料的块度不大于10cm。
(10)渗水层8的填筑采用人工或机械按宽50cm×高25cm将开挖的碎石土填筑于墙背与基础或坡体清方所成的边坡面之间以形成墙背渗水层8，也可采用待下一层土工格栅铺设前，用挖掘机或人工在清方边坡一侧开挖深50cm的沟，然后填碎石土层形成墙背渗水层，注意开挖深度应保证与下一层透水碎石土层相接。为防止边坡地下水渗入路床，在柔性挡墙底部土工格栅包碎石土边坡外侧铺一层二布一膜。(见图1)(11)第一层土工格栅的摊铺格栅加筋区与基础清方所形成的新的边坡线可能大于设计格栅的摊铺宽度，要求剩余部位按设计图纸直接回填相应的填料并同时进行摊铺碾压。土工格栅在预留1.5米反包长度后沿横断面方向自包边线处往路基边坡方向展开，并用U型钉将其张紧固定。以此类推，第一级挡墙的格栅都按上述方法执行。第二级挡墙的格栅按设计图纸执行。第二级挡墙的格栅加筋区与边坡清方所形成的新的边坡线的剩余部位同样按设计图纸的要求回填相应的填料。
(12)按设计图纸上第一层填料用装载机或挖掘机将备好的膨胀土料(或碎石土)置放于土工格栅上及背后需回填的区域。
(13)填料的摊铺及碾压采用推土机将填料推平，达到平整性要求后用小型压路机进行碾压；碾压遍数应根据实际情况及时调整。注意，施工机械不得直接在土工格栅上行走。
(14)上第二层填料直接在第一层已压实的土层将备料场的土或边坡上方塌方土作为第二层填料，摊铺整平并进行碾压。
(15)放线按设计图纸的坡率进行测量放线。
(16)修坡采用人工将填筑并碾压后的两层土修成1∶1.5的坡比。
(17)第一层土工格栅反包将预留的反包格栅段沿修好的边坡反包上并初张。
(18)第二层土工格栅的摊铺按设计图纸和第(11)条的要求进行第二层土工格栅的摊铺，格栅预留1.5m的包边长度，将已准备好的一段的土工格栅沿横断面方向自包边线处往路基边坡方向展开；(19)格栅连接与搭接将下层格栅的端部与上层格栅的适当位置用连接棒连接(以上层格栅张紧后其端部在包边线附近为宜)，为了保证格栅沿路中线方向的整体性，两幅格栅间需搭接(格栅的宽度为1.3m)，搭接宽度为5cm；(20)张拉及固定用连接棒将上下两层的土工格栅连接，用一带排钩的工具拉住格栅，沿垂直路中线方向人工拉紧格栅产生1％～2％的伸长率，连接棒必须被上下两层土工格栅牢牢夹紧，并立即用“U”型钉将格栅固定土层上。为防止格栅因倒土产生变形或褶皱，需在搭接处沿垂直路中线方向的中部加钉“U”型钉；
(21)重复(11)至(20)步骤，直到挡墙的顶部。
(22)坡顶需回填土填筑的部份按设计图纸执行。土层夯实可采用机械或小型压路机。边坡坡率采用1∶1.5。
(23)边坡封顶在回填土上方以及膨胀土边坡顶部铺设土工膜，铺设宽度(坡顶距离截水沟距离)不低于5m，顶部处理按设计图纸执行。土工格栅柔性挡墙顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水，并在其上铺30cm厚种植土，植草绿化，铺土工膜前，修整坡面，填塞裂隙。
(24)坡面反包格栅的保护在反包边坡表面培植30cm非膨胀土10，并随着施工进程由下而上填土并拍实，以防止紫外线对格栅寿命的影响。并在其上铺种植土，植草绿化。
三、质量要求与检测边坡清方完成后，应立即进行验收测量，以检验坡率及清方宽度是否满足设计要求。
每一填土层松铺厚度不大于30厘米。采用随机抽样方式开挖检测4点，要求最大和最小厚度不超过5厘米，如检测结果达不到要求，需再进行平地作业，直至达到要求。
合适的填料压实程度根据现场实施情况分析确定。
权利要求
1.一种柔性加筋支挡结构，其特征在于在支挡结构的底层为透水基础层，在支挡结构与开挖面之间有透水层，该透水层与透水基础层为一体；透水基础层下开挖有渗沟；在整个支挡结构中铺设筋材，每层的筋材都超过支挡结构的宽度，反包至上一层，并与上一层的筋材连接。
2.根据权利要求1所述的柔性加筋支挡结构，其特征在于筋材是土工格栅。
3.根据权利要求1或2所述的柔性加筋支挡结构，其特征在于在支挡结构上端的边坡上开挖有截水沟，顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水。
4.根据权利要求3所述的柔性加筋支挡结构，其特征在于坡顶截水沟应设置在滑坍体以外，距滑坍体边缘不小于5m。
5.根据权利要求3所述的柔性加筋支挡结构，其特征在于在截水沟的下面开挖有盲沟。
6.本发明提供的柔性加筋支挡结构的施工方法，包括如下步骤(1)边坡清方形成柔性挡土墙修筑工作面；(2)基础开挖及碾压，对基础进行静压，压实度要求≥80％；(3)渗沟开挖及防水层布设；(4)用碎石修筑透水层与透水基础层；(5)铺设筋材，在预留的反包长度后沿横断面方向展开，并将其张紧固定；(6)填料的摊铺及碾压，压实度需达到80％以上。(7)筋材反包，将预留的反包格栅段沿修好的边坡反包上并初张；将下层筋材反包的端部与上层格栅的适当位置用连接棒连接；并填料摊铺及碾压同下层。(8)重复上述第5至第7步骤至支挡结构达到需要的高度。(9)在顶部至截水沟边缘范围内坡面铺土工膜隔水，坡顶回填非膨胀性粘土；(10)开挖坡顶截水沟。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于第6和第7步骤中用于回填的土是膨胀土。
8.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于在反包边坡表面培植30cm非膨胀土，并在其上铺种植土，植草绿化。
全文摘要
本发明涉及挖方边缘的修砌，特别是铁路、公路或坝等的边坡或斜坡的柔性加筋支挡结构。本发明还涉及该支挡结构的施工方法。本发明提供的柔性支挡结构具有如下结构特征在支挡结构的底层为透水基础层，在支挡结构与开挖面之间有透水层，该透水层与透水基础层为一体；透水基础层下开挖有渗沟；在整个支挡结构中铺设筋材，每层的筋材都超过支挡结构的宽度，反包至上一层，并与上一层的筋材连接，每层筋材用所开挖的土回填压实。本发明提供的柔性支挡结构具有价格低廉、抗剪强度高和有益于环保的优点，特别适合于膨胀土地质条件。
文档编号E02D17/20GK1880587SQ20051003171
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月17日 优先权日2005年6月17日
发明者郑健龙, 杨和平, 韦秉旭 申请人:长沙理工大学