专利名称：一种抗滑桩架拱组合结构及施工方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道洞口段的支挡加固结构及施工方法。
背景技术：
随着我国交通线路的大规模建设，特别是高速公路及铁路工程，面临着大量的山区隧道工程建设。山岭地区存在大量隧道洞口处于沟心地形。由于沟心处一般为松散堆积岩土体，处于该地形下的隧道安全进洞的重要问题是隧道开挖对沟心两侧坡体稳定的影响及上覆土层坍塌等问题。目前处于沟心两侧边坡稳定性差的隧道洞口进洞方法，较多采用的是分离式的加固方法先对两侧斜坡进行放坡和锚索、导管注浆等常规方法加固，然后再采用盖挖法方案。盖挖法是指当上覆土厚不能满足进洞要求时，在隧道进洞前预先施作一定厚度的混凝土护拱。当护拱达到设计强度后，在其上回填碎石土，并表层植草绿化。等上述措施结束后， 再采用暗挖方式进洞。由于是分离地针对两侧边坡和隧道上覆土层采取加固措施，而边坡变形和隧道上覆土以及整个围岩都是相互影响的，隧道开挖、围岩松动将导致洞口边坡变形，而边坡变形反过来又会引起隧道围岩、上覆土层的变形和移动，因此上述加固措施在边坡稳定性较好、 上覆土围岩级别较高时能有较好的效果。而当沟心两侧边坡稳定性差或较差并开挖扰动可能诱发较大规模滑坡时，该方法则需要过高的预加固费用或甚至达不到安全进洞的效果。 而且在隧道围岩级别差时，随着隧道开挖引起上覆土层和边坡的扰动，在两侧边坡坡度和覆土厚不同时，还会给隧道造成较大的偏压影响。再者由于对沟心两侧边坡预先加固，一般需要较大规模的开挖，这种开挖是对地质体和生态的严重破坏，况且两侧边坡的加固费用较高，施工工期较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种大量减小沟心两侧边坡开挖影响，降低坡体加固费用， 保护坡体自然形态和生态，且可保证隧道安全进洞和运行的沟心隧道洞口抗滑桩架拱组合结构及施工方法。为实现上述第一目的，采用以下技术方案一种沟心隧道洞口抗滑桩架拱组合结构，其特征在于所述结构包括以埋入式方式设置在隧道洞身两侧的抗滑桩，且抗滑桩伸入稳定基岩，架拱与两侧抗滑桩连接。为了进一步保证隧道顶拱上覆薄层土体稳定，隧道拱圈的上方设置有与两侧抗滑桩桩身的工字钢相连的护拱，护拱上具有回填土石层。所述架拱仅在抗滑桩处布置，宜采用拱梁间隔布置，也可采用板式。如采用拱梁布置则同一根抗滑桩上不少于2个架拱。其两端与抗滑桩的连接位置为同一高度，且位置为两侧抗滑桩中较低侧抗滑桩的桩顶。所述抗滑桩所处的桩孔的内壁上设置有施工槽，一端带有连接钢板的预埋工字钢位于施工槽内，预埋工字钢带有连接钢板的一端采用螺栓与护拱相连，另一端与抗滑桩连接。所述护拱为连续拱形型钢混凝土结构。为了实现上述第二目的，采用以下技术方案一种采用如上所述抗滑桩架拱组合结构的施工方法，其特征在于所述施工方法包括下列步骤
a.施工抗滑桩，预留与架拱相连的连接钢筋；当隧道洞顶上覆土不足5m时，预挖连接用施工槽，预埋与护拱相连的工字钢；
b.当隧道洞顶上覆土不足5m时，开挖上覆土施工护拱，并与抗滑桩通过螺栓与预埋工字钢连接，回填碎石土；
c.施工架拱，现场绑扎钢筋，完毕后与桩顶连接钢筋搭接，架施工模板并浇筑混凝土成拱。如采用拱梁间隔布置，同一根抗滑桩上不少于2个架拱。所述步骤a包括如下分步骤
al.首先布设抗滑桩的位置并开挖成桩孔，开挖至护拱与抗滑桩连接位置时，在桩孔的壁上预挖连接用施工槽，施工槽大小为高h=100cm，长a=3(T40cm，宽b=20cm，且一根桩同一水平位置预挖至少两个连接用施工槽，然后进行护壁和下部桩体的施工；
a2.桩身钢筋制作安装，并在桩孔外加工工字钢，在工字钢的一侧焊接连接钢板，钢筋采用在常规方式在孔内绑扎，在绑扎至预挖的连接用施工槽位置时，将制作好的工字钢吊入桩孔内，将带连接钢板的一侧插入预留施工槽内，另一侧与抗滑桩主筋焊接牢固，然后进行剩余钢筋的制作和安装。a3.在高度较低一侧抗滑桩桩顶和另一侧抗滑桩相同高度位置预留连接钢筋，浇注混凝土成抗滑桩。所述步骤b包括如下分步骤
bl.开挖隧道上覆土至护拱起拱位置，凿破因抗滑桩施工而充填于施工槽中的混凝土，露出预埋工字钢的连接钢板，架立工字钢拱架，拱架工字钢与桩体预留工字钢采用连接钢板和螺栓连接；
b2.架施工模板并输送泵泵送混凝土灌注护拱； b3.隧道上部回填土石，回填高度不低于細； b4.回填土石上部施工30cm厚度的防水保护结构。本发明提高了隧道洞口稳定性，避免沟心两侧边坡较大规模开挖。一方面充分利用架拱将两侧抗滑桩连接起来，使抗滑桩由悬臂桩变成简支桩，改善了抗滑桩的受力状态， 增强了抗滑桩的抗滑性能，另一方面通过护拱与抗滑桩的连接，有效地支撑了隧道上覆土体，将上覆竖向荷载转化为水平荷载，既有利于抗滑动桩的受力平衡，又减小了隧道衬砌所承受的上覆土层荷载。从力学角度来讲，利用拱架和护拱的拱结构受力特点，将两侧抗滑桩连接成一个整体，构成了一个可靠的加固系统，对两侧边坡及隧道围岩稳定均十分有利，采用预先埋入抗滑桩，接着施作护拱和架拱，可以大量减小沟心两侧边坡的开挖和加固，保证了原有坡体的稳定和生态。本发明能有效加固沟心隧道两侧稳定性差或较差的边坡和防治隧道顶拱坍塌，施工简单，工期相对较短和明显保护生态环境的效果，也可节约沟心两侧边坡的加固成本。
图1是本发明中沟心隧道洞口抗滑桩架拱组合结构实施例1的结构示意图2是本发明中沟心隧道洞口抗滑桩架拱组合结构实施例2的结构示意图；图3是图 2的A— A剖面；
图4是预挖连接用施工槽示意图； 图5为图4的右视图； 图6是护拱与抗滑桩连接示意图； 图7是工字钢连接所用的连接钢板示意图； 图8是工字钢连接所用的螺栓示意图。图9是架拱与抗滑桩连接示意图中件1为抗滑桩；件2为护拱；件3为隧道拱圈；件4为防水保护结构层；件5为桩后回填土层；件6为架拱；件7为地面线；件8为稳定基岩；件9为连接钢筋；件10为隧道上覆填土层；件11为预埋工字钢；件12为预挖连接用施工槽；件13为连接钢板；件14为螺孔；件15为螺栓；件16为抗滑桩主筋；件17为架拱主筋；件18为连接焊点。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1，如图1和图9所示，本发明中的抗滑桩架拱组合结构，用于加固处于沟心地形的隧道洞口段两侧边坡及上覆岩土体，包括抗滑桩1、架拱6，适应于处于沟心地形下、 隧道顶拱上覆土层大于5m时、两侧边坡稳定性差或较差的隧道洞口。抗滑桩1采用现场浇注钢筋混凝土，深入稳定基岩8并少量露出原地表(约0. 5-lm)，布置于隧道洞身两侧，桩后回填土石形成桩后回填土石层5，用于反压加固隧道洞口两侧边坡。抗滑桩1深入稳定基岩8的深度、横截面大小及配筋强度等需要通过隧道洞口两侧边坡的稳定性计算确定。较低侧的抗滑桩1桩顶和另一侧相同高度位置的抗滑桩1中预埋连接钢筋9，并在抗滑桩1内部与主筋相接，其预留长度、间距等可按《混凝土结构设计规范》确定。待抗滑桩1的混凝土初凝成桩稳定后，通过连接钢筋9将架拱6与抗滑桩1连接形成整体结构。架拱6与抗滑桩1间的连接钢筋9通过连接焊点18分别与各自主筋相连。架拱6的弧度不宜过大(架拱6最高点不宜超过较高一侧抗滑桩桩顶的高度)，其截面大小、配筋等需根据抗滑桩受滑坡推力大小进行计算确定。待抗滑桩和架拱的混凝土完全凝固稳定后，方可进行后续隧道开挖进洞施工。另外可根据抗滑桩1在沟心侧裸露的高度和隧道洞顶上覆土层的厚度及密实程度选择是否在抗滑桩间沟心进行回填土层反压和施作防水结构保护层，如果填土层反压则需要对原沟心坡面进行清理和整平。实施例2，如图2、图3、图4至图8所示，其架拱6采用的是拱梁布置。与实施例1 不同的是，当隧道上覆土层10厚小于5m时需要施作护拱2，护拱2采用隧道洞口常用的型钢混凝土结构形式，其厚度和长度按常规经验根据隧道洞口现场实际条件确定。护拱2为连续拱形结构，通过预埋在抗滑桩1桩身的工字钢11，采用连接钢板13和螺栓15与抗滑桩 1相连接。其实施顺序是先进行抗滑桩1施工，继而开挖上覆土体和护拱2施工，然后回填土层并施作架拱6，待抗滑桩1、护拱2和架拱6的混凝土结构完全凝固稳定后，方可进行后续隧道开挖进洞施工。
需注意的是，本发明的抗滑桩宜采用常规的人工挖孔灌注混凝土桩，为了保证架拱和护拱与抗滑桩的连接质量，预埋钢筋和预埋工字钢需与抗滑桩主筋焊接牢固。且对施工槽混凝土进行凿破时，需注意避免对预埋工字钢以及连接钢板的损坏。另外，必须得待抗滑桩混凝土结构完全凝固成桩稳定后，方可进行上覆土层的开挖和施作护拱2，而护拱上填土同样也需要护拱的混凝土结构完全凝固稳定后才可施工。同样，必须得整个抗滑桩架拱结构的混凝土完全凝固稳定后方可进行隧道进洞的开挖施工。本发明适用于处于沟心地形下，隧道上覆土薄，两侧边坡稳定性差或较差时的隧道洞口的预支挡加固构造。本发明将抗滑桩和架拱、护拱结合一体的方式，大大提高了抗滑桩的受力性能，并使沟心隧道洞口两侧边坡和上覆土层形成整体加固。不但大量减小了沟心两侧边坡的开挖和加固，保证了原有坡体的稳定和生态，也节约了两侧边坡的加固成本， 且其施工简单，工期相对较短。
权利要求
1.一种抗滑桩架拱组合结构，其特征在于所述组合结构包括以埋入式方式设置在隧道洞身两侧的抗滑桩(1)，且抗滑桩⑴伸入稳定基岩(8)，架拱(6)与两侧抗滑桩⑴连接。
2.如权利要求1所述的抗滑桩架拱组合结构，其特征在于隧道拱圈(3)的上方设置有与两侧抗滑桩(1)桩身的工字钢(11)相连的护拱(2)，护拱(2)上具有桩后回填土石层(5)。
3.如权利要求1或2所述的抗滑桩架拱组合结构，其特征在于所述架拱(6)两端与抗滑桩(1)的连接位置为同一高度，且位置为两侧抗滑桩(1)中较低侧抗滑桩(1)的桩顶。
4.如权利要求3所述的抗滑桩架拱组合结构，其特征在于所述抗滑桩(1)所处的桩孔的内壁上设置有施工槽(12)，一端带有连接钢板(13)的预埋工字钢(11)位于施工槽(12) 内，预埋工字钢(11)带有连接钢板(13)的一端采用螺栓与护拱(2)相连，另一端与抗滑桩 (1)连接。
5.如权利要求2所述的沟心隧道洞口抗滑桩架拱组合结构，其特征在于所述护拱(2) 为连续拱形型钢混凝土结构。
6.一种采用如权利要求1至5任一所述抗滑桩架拱组合结构的施工方法，其特征在于 所述施工方法包括下列步骤a.施工抗滑桩，预留与架拱相连的连接钢筋；当隧道洞顶上覆土不足5m时，预挖连接用施工槽(12)，预埋与护拱(2)相连的工字钢(11)；b.当隧道洞顶上覆土不足5m时，开挖上覆土施工护拱，并与抗滑桩通过螺栓与预埋工字钢连接，回填碎石土；c.施工架拱，现场绑扎钢筋，完毕后与桩顶连接钢筋搭接，架施工模板并浇筑混凝土成拱。
7.如权利要求6所述的抗滑桩架拱组合结构的施工方法，其特征在于所述步骤a包括如下分步骤al.首先布设抗滑桩的位置并开挖成桩孔，开挖至护拱与抗滑桩连接位置时，在桩孔的壁上预挖连接用施工槽(12)，施工槽大小为高h=100cm，长a=3(T40cm，宽b=20cm，且一根桩在同一水平位置预挖至少两个连接用施工槽，然后进行护壁和下部桩体的施工；a2.桩身钢筋制作安装，并在桩孔外加工工字钢，在工字钢的一侧焊接连接钢板(13)， 钢筋采用常规方式在孔内绑扎，在绑扎至预挖的连接用施工槽位置时，将制作好的工字钢吊入桩孔内，将带连接钢板的一侧插入预留施工槽内，另一侧与抗滑桩主筋焊接牢固，然后进行剩余钢筋的制作和安装；a3.在高度较低一侧抗滑桩桩顶和另一侧抗滑桩相同高度位置预留连接钢筋，浇注混凝土成抗滑桩。
8.如权利要求6所述的抗滑桩架拱组合结构的施工方法，其特征在于所述步骤b包括如下分步骤bl.开挖隧道上覆土至护拱起拱位置，凿破因抗滑桩施工而充填于施工槽中的混凝土，露出预埋工字钢的连接钢板，架立工字钢拱架，拱架工字钢与桩体预留工字钢采用连接钢板和螺栓连接；b2.架施工模板并输送泵泵送混凝土灌注护拱； b3.隧道上部回填土石，回填高度不低于細； b4.回填土石上部施工30cm厚度的防水保护结构。
全文摘要
本发明公开了一种抗滑桩架拱组合结构及施工方法，所述组合结构包括以埋入式方式设置在隧道洞身两侧的抗滑桩(1)，且抗滑桩(1)伸入稳定基岩(8)，架拱(6)与两侧抗滑桩(1)连接，隧道拱圈(3)的上方设置有与两侧抗滑桩(1)桩身的工字钢(11)相连的护拱(2)，护拱(2)上具有桩后回填土石层(5)。本发明适用于处于沟心地形下，隧道上覆土薄，两侧边坡稳定性差或较差时的隧道洞口的预支挡加固构造，将抗滑桩和架拱、护拱结合一体的方式，大大提高了抗滑桩的受力性能，并使沟心隧道洞口两侧边坡和上覆土层形成整体加固，减小了沟心两侧边坡的开挖和加固，保证了原有坡体的稳定和生态，节约了两侧边坡的加固成本，施工简单。
文档编号E21D9/14GK102444405SQ20111031860
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者岑夺丰, 张永兴, 杨超, 黄达 申请人:重庆大学