山区路堤高边坡组合式抗滑结构的制作方法

本实用新型涉及高边坡防护
技术领域：
，尤其涉及一种山区路堤高边坡组合式抗滑结构。
背景技术：
：在山区建设机场道路、公路或铁路，由于选线的限制，常常碰到一些长度较短的山体高边坡不易越过，这时采用高填方路堤解决这些长度较短的高边坡是比较经济、适宜环境的处理措施。对于填方高度大于20米的山区高填方路堤，由于填筑面积及土石方量大，存在压实质量难以保证的现象；且由于填筑体的自重大，造成高填方地基的沉降大，同时填料性能复杂，填筑体存在沉降时间效应现象，并且由于位处山区高边坡，其高填方路堤的地基原地面为山体坡面，因此路堤的高边坡以及整体高填方路堤应具有足够的整体强度和稳定性，并且对于路堤高边坡坡脚处的土体强度有较高的要求，通常在坡脚位置处设置抗滑挡土墙以增进高边坡的稳定性。目前，用于高边坡支挡结构的常用挡土墙有浆砌片石挡土墙以及片石混凝土挡土墙。浆砌片石是采用砂浆与毛石料砌筑的砌体结构；片石混凝土是在混凝土中加入一定量的片石，形成片石混凝土。浆砌片石挡墙具有造价低，透水性好的优点，但承载力较低、易变形，如作为山区路堤高边坡的支挡，不足以承受路堤的主动土压力。而片石混凝土挡墙稳固、有一定的承载力，通过加设导渗滤管以解决挡墙的透水性，由于山区高路堤存在多个潜在的滑裂面，作为山区路堤高边坡的支挡结构，为抵抗路堤的滑裂面，其片石混凝土挡墙墙趾埋置深度较深，片石混凝土挡墙体量大，工程造价高，但不能提高坡脚处土体的强度，存在路堤整体滑塌的风险。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效增加山区路堤高边坡稳定性且工程造价低的山区路堤高边坡组合式抗滑结构。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种山区路堤高边坡组合式抗滑结构，用于对山体上的路堤高边坡进行抗滑支挡，山体从高到低分为高边坡固定段和高边坡支挡段，所述路堤高边坡置于高边坡固定段上，所述高边坡支挡段从低到高分为第一支挡段和第二支挡段，所述组合式抗滑结构包括挡土桩组件和挡土墙；其中，所述挡土桩组件包括挡土桩和固连于所述挡土桩的上端的盖梁，所述挡土桩置于第一支挡段的土体中并与第一支挡段的土体形成刚性抗滑体；所述挡土墙的下端部置于第二支挡段的土体中，所述挡土墙的上端部伸出土体并分别与路堤高边坡和盖梁抵接，所述挡土墙的上端部位于路堤高边坡和盖梁之间。上述组合式抗滑结构体系实现增加山区路堤高边坡稳定性的原理为：在高边坡坡脚以下一定范围内的山体地基土中设置与该山体地基土形成刚性抗滑体的挡土桩，提高了边坡坡脚以下的山体地基土的承载力及抗剪强度，并通过在挡土桩顶设置盖梁，一方面增加了刚性抗滑体的整体性，另一方面，同时在路堤高边坡和盖梁之间设置挡土墙，对路堤高边坡进行支挡，通过盖梁及其下方的刚性抗滑体对挡土墙进行支撑，提高了挡土墙的抗倾覆能力，从而提高了路堤高边坡的稳定性。作为上述技术方案的进一步改进：所述挡土桩包括水泥浆料、以及铺设在第一支挡段中的多个钢管，所述第一支挡段开设有多个与多个钢管一一对应的安装孔，每个钢管垂直置于对应的安装孔中，所述钢管的上部露出安装孔外，所述钢管下部的侧壁上开设有供水泥浆料涌出的多个注浆孔，所述水泥浆料包括填充于所述钢管的内腔中填充料以及通过注浆孔涌出至所述安装孔周围的土体中的加固料，所述水泥浆料使多个钢管、水泥料和第一支挡段的土体形成刚性抗滑体；多个钢管的上部通过所述盖梁固定连接。通过多排微型钢管对坡脚一定范围内的土体进行水泥浆液后注浆，水泥浆料通过微型钢管下部的注浆孔扩散至安装孔周围的土体中，并与相邻微型钢管的注浆孔中扩散出来的水泥浆料汇流，水泥浆液通过渗透、挤密、劈裂和填充的扩散方式，置换、包裹土体颗粒以及由浆脉形成土体骨架，改善了土体的力学性能，提高了土体的整体性；后注浆完成后，多排微型钢管内充满水泥浆形成灌满浆的微型钢管桩，与注浆土体形成刚性抗滑体共同受力与协同变形，提高了边坡坡脚以下的山体地基土的承载力及抗剪强度，因而能为挡土墙提供稳固的支撑。另外，申请人的实践经验表明，与传统在高边坡坡脚处打入抗滑桩的结构相比，本改进方案是在高边坡坡脚以下一定范围内的山体地基土中设置注浆体复合微型钢管桩，能更有效地提高坡脚处地面原状土的整体抗剪能力和承载力，从而有效地防止路堤滑坡体沿坡脚原状土剪切滑出的风险。并且，注浆体复合微型钢管桩与挡土墙形成复合支护结构，最终有效地提高了路堤高边坡的整体稳定性。而抗滑桩对滑坡体的作用是利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力(锚固力)平衡滑动体的推力，以增加其稳定性；实践表明，在相同滑动力作用下，本改进方案在高边坡坡脚以下一定范围内的山体地基土中设置注浆土体及微型钢管桩形成的刚性抗滑体，其整体抗剪与抗拔性能优于传统的在高边坡坡脚处打入抗滑桩的结构。刚性抗滑体复合挡土墙形成的支挡性能，在取得很好的支挡效果的同时，也降低了工程造价。所述挡土墙包括挡土墙基础和连接于挡土墙基础之上的墙身，所述挡土墙基础固定在所述第二支挡段的土体中，所述墙身抵接于所述山区路堤高边坡与盖梁之间。所述挡土墙基础面向盖梁的一侧设置有墙趾，所述盖梁面向所述挡土墙一端的底面与所述墙趾的上表面固定，所述盖梁面向所述挡土墙一端的侧面与所述墙身的一个侧面固定。所述挡土墙为一体成型结构，所述挡土墙的的材质为片石混凝土。所述钢管的外径为108mm～127mm，壁厚为5mm～7mm。此类钢管在建筑领域属于微型钢管，由此类钢管形成的挡土桩实为注浆体复合微型钢管桩。多个注浆孔呈梅花形布置，最下排的注浆孔距离钢管底端的距离不大于300mm，最上排的注浆孔与最下排的注浆孔之间的距离为2m～3m，所述注浆孔的孔径为10mm，上下相邻两排注浆孔的间距为25mm～40mm。多个安装孔呈M行N列排列，M行安装孔沿第一支挡段的长度方向布置，N列安装孔沿第一支挡段的宽度方向布置；相邻两个安装孔的间距为300mm～500mm，第一列安装孔和最后一列安装孔之间的距离为1.5m～2.5m。所述组合抗滑结构还包括设于高边坡固定段上的换填层，所述高边坡固定段上设有多级台阶，所述换填层包括铺设于每级台阶上的碎石层及铺设于碎石层上的砂层。台阶呈锯齿型，可提高路堤基底的承载力以及路堤填筑体与原坡面的咬合力，降低了路堤填筑体沿山体坡面整体滑塌的风险。所述碎石层的厚度不小于2m，所述砂层的厚度不小于1m。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：实践表明，与传统的整体式片石混凝土挡墙相比，本实用新型能够对山体较陡坡面上的高路堤进行有效的支挡，提高山区路堤高边坡及路堤填筑体的整体稳定性，并且，可减少坡脚挡墙施工的开挖工作，大幅度降低片石混凝土体量，从而降低支挡结构的工程造价。附图说明图1为本实用新型的山区路堤高边坡组合式抗滑结构的断面结构示意图。图2为本实用新型的山区路堤高边坡组合式抗滑结构中挡土桩组件和挡土墙装配示意图。图3为本实用新型的山区路堤高边坡组合式抗滑结构中单个钢管安装示意图。图4为本实用新型实施例1的坡体最危险监测点的水平位移的变化曲线图。图5为本实用新型实施例1的坡体最危险监测点的沉降位移的变化曲线图。图例说明：1、高边坡固定段；2、高边坡支挡段；21、第一支挡段；211、安装孔；22、第二支挡段；3、挡土墙；31、挡土墙基础；32、墙身；4、钢管；41、注浆孔；5、盖梁；6、换填层；61、碎石层；62、砂层。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。具体实施方式：如图1～图3所示，本实施例的山区路堤高边坡组合式抗滑结构，用于对山体上的路堤高边坡7进行抗滑支挡，山体从高到低分为高边坡固定段1和高边坡支挡段2，路堤高边坡7置于高边坡固定段1上，高边坡支挡段2从低到高分为第一支挡段21和第二支挡段22，组合抗滑结构包括挡土桩组件和挡土墙3；其中，挡土桩组件包括盖梁5、水泥浆料、以及铺设在第一支挡段21中的多个钢管4，第一支挡段21开设有多个与多个钢管4一一对应的安装孔211，每个钢管4垂直置于对应的安装孔211中，钢管4的上部露出安装孔211外，钢管4下部的侧壁上开设有供水泥浆料涌出的多个注浆孔41，水泥浆料包括填充于钢管4的内腔中填充料以及通过注浆孔41涌出至安装孔211周围的土体中的加固料，水泥浆料使多个钢管4、水泥料和第一支挡段21的土体形成刚性抗滑体；多个钢管4的上部通过盖梁5固定连接；挡土墙3为一体成型的片石混凝土结构，包括挡土墙基础31和连接于挡土墙基础31之上的墙身32，挡土墙基础31置于第二支挡段22的土体中，墙身32伸出土体并分别与路堤高边坡7和盖梁5抵接，墙身32位于路堤高边坡7和盖梁5之间。本实施例中，挡土墙基础31面向盖梁5的一侧设置有墙趾311，盖梁5面向挡土墙3一端的底面与墙趾311的上表面固定，盖梁5面向挡土墙3一端的侧面与墙身32的一个侧面固定。其中：钢管4的外径为108mm～127mm，壁厚为5mm～7mm。多个注浆孔41呈梅花形布置，最下排的注浆孔41距离钢管4底端的距离不大于300mm，最上排的注浆孔41与最下排的注浆孔41之间的距离为2m～3m，注浆孔41的孔径为10mm，上下相邻两排注浆孔41的间距为25mm～40mm。多个安装孔211呈M行N列排列，M行安装孔211沿第一支挡段21的长度方向(即沿道路的运行方向，在图中为垂直于纸面的方向)布置，N列安装孔211沿第一支挡段21的宽度方向(即沿道路的宽度方向，在图中为箭头A方向)布置；相邻两个安装孔211的间距为300mm～500mm，第一列安装孔211和最后一列安装孔211之间的距离为1.5m～2.5m。本实施例中，组合抗滑结构还包括设于高边坡固定段1上的换填层6，高边坡固定段1上设有多级台阶，换填层6包括铺设于每级台阶上的碎石层61及铺设于碎石层61上的砂层62。本实施例的上述山区路堤高边坡微型桩墙组合抗滑结构的施工方法，包括以下步骤：S1：在第一支挡段21上钻多个安装孔211，将多个钢管4垂直置于对应的安装孔211中，以设定注浆压力将水泥浆料注入钢管4的内腔中，使一部分水泥浆料通过注浆孔41扩散至安装孔211周围的土体中，并与相邻钢管4的注浆孔41中扩散出来的水泥浆料汇流，使多个钢管4、水泥料和第一支挡段21的土体形成刚性抗滑体。S2：在第二支挡段22上挖坑，在坑中浇筑混凝土形成挡土墙基础31，继续在挡土墙基础31上浇筑混凝土形成墙身32；在第一支挡段21的上方浇筑混凝土形成盖梁5。具体施工过程如下：S1：刚性抗滑体施工S1.1：钢管制作与焊接选用直径为108mm～127mm，壁厚为5mm～7mm的无缝微型钢管；钢管长度一般为6m一段，当注浆加固土层较深时，需要将钢管采用焊接或者丝扣进行连接接长，其焊接质量应满足焊缝Ⅰ级的质量要求；采用焊接时，其焊缝应饱满，并应检查钢管的垂直度，施焊前应试焊，并将钢管尖端部焊成半封闭尖状；为确保土体浆液加固的厚度，在钢管下部开设梅花形布置的注浆小孔，钢管注浆小孔开孔的范围为2m～3m，最底端注浆小孔距离钢管端部不大于300mm，其孔径为10mm，纵向孔距为25mm～40mm，横向开孔数量一排为3～4个，如图3所示。S1.2：安装孔测量定位与钻孔S1.2.1.根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线，并根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子或小型木桩打入地下进行孔位定位，孔位误差不超过±20mm；S1.2.2.采用地质钻机泥浆护壁成孔工艺进行钻孔施工，在地质钻机上设置小型组合牙轮钻，来破碎黏土、砂、卵石地层，在钻进的过程中采用优质泥浆进行护壁，利用组合的正反循环系统，将破碎的小颗粒砂卵石带出孔底，并有效维持孔壁的稳定性。钻进过程中，其护壁泥浆性能指标应满足表1的要求；在钻进过程中，当钻到粘土层时，泥浆会变稠，粘度、切力增大，糊钻、泥包钻头的情况增多；当钻到砂层时，大量砂粒会混入泥浆中，使含砂量增加、泥皮松散、失水量与比重加大，这不但使护壁性能降低，加速水泵磨损，严重时还可能造成由于泥皮塌落而发生孔内事故；在遇到承压水层时，地下水会大量侵入孔内使泥浆稀释、性能被破坏等等。这时应及时调整泥浆的性能，否则就难以维持正常的钻进。表1护壁泥浆性能指标布孔宽度一般为1.5m～2.5m，钢管桩的布孔间距根据浆液扩散半径来确定，对于粘性土地基，其布孔间距一般为300mm～500mm。为减少钻孔以及下放钢管施工过程中对土体振动和邻孔干扰的影响，钻孔时应跳孔施工，钻孔孔过程中应均速钻进，严格控制钻孔的速度，确保钻孔的垂直度，以免造成钢管下孔困难。钻孔作业过程中应严格按标定的孔位和设计的孔角、孔深钻孔，并做好相关的记录。S1.3：钢管桩浇灌S1.3.1：安装孔钻孔深度达到设计标高后，其孔深和孔径符合设计要求后对桩孔进行清孔，使孔内泥浆全部排出，清孔后孔底的沉渣厚度不应大于50mm；清孔后的泥浆性能指标应控制在以下要求：泥浆的相对密度1.03～1.10，粘度为17～20、含砂率小于2％、胶体率大于98％；在清孔排渣的过程中，必须注意保持孔内的水头，防止坍孔。清孔结束后应及时的在孔内安装预先制作的钢管，钢管长度应以伸入盖梁300mm控制。S1.3.2：在管口处采用灌浆塞进行注浆，以普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)和水为主要制浆材料，水泥浆强度M30，其水灰比为1～0.5:1。灌浆塞性能参数如表2所示。注浆之前连接所有管路系统，上紧所有丝扣，接通气源(或水压泵)，将灌浆塞放在钢管内试压，检查接头是否泄漏，放进孔内备用。打开气瓶减压阀或水压泵，让灌浆塞慢慢膨胀，注意充气压力必须大于灌浆压力的2/3，达到预定压力即可注浆。表2灌浆塞技术参数封孔直径30-120mm工作压力1-8MPa安全阀启动压力0.4-0.5MPa工作流量每小时可注水4-4.5吨封孔深度1-800m针对不同土质类别，注浆前通过试泵工作以保证注浆泵的正常运转并进行注浆试验，确定注浆压力、注浆量、浆液胶凝时间、水灰比等注浆参数，以指导后面的注浆作业。各土质注浆参数可参考表3。表3各土质注浆参数表注浆之前检查所有管路系统，确保所有丝扣上紧，并检查输浆管与灌浆塞的接头是否上紧、漏气。注浆时按照“先浅孔后深孔、从外围孔向内部孔注浆”的顺序进行，以切断地下水的补给路线；若地下水位位于加固基底2m以下则注浆应按照“自深孔向浅孔注浆”的顺序，以保障注浆固化的质量，注浆的速度宜控制在30～40L/min。注浆开始前或中途停止超过10分钟时，应用水或稀水泥浆润滑注浆机及其管路；注浆孔应跳孔施钻，隔孔跳注，即注浆时先注外排再内排，最后注中间排，以避免相邻孔位串浆。浆液严格按配合比计量并搅拌均匀，随拌随用，一次拌合的浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。注浆过程中，根据不同的土质，需控制浆液浓度相应变化。在淤泥质土中，控制浆液浓度从浓到稀；其他土体中，控制浆液浓度由稀到浓。注浆结束标准根据注浆压力和注浆量来控制。一般采用定压注浆。当注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆5～10min，可结束本孔注浆。注浆结束时，先打开泄浆管阀门，再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净后方可停机。S2：挡土墙及钢管桩盖梁施工S2.1：在坡脚以下的山体中设置挡土墙，挡土墙采用C20片石混凝土浇筑，挡墙沿墙身方向结合墙高每隔10m设一道伸缩缝，缝宽2cm，挡土墙沿墙顶内外三边填塞沥青麻筋，填塞深度20cm。挡墙基础应坐落于稳定的持力层之上，承载力应大于200kPa，如地基不满足承载力要求应设置垫层提高地基承载力。制定浇筑工艺，明确结构分段分块的间隔浇筑顺序(尽量减少后浇带或连接缝)，根据结构截面尺寸大小研究确定必要的防温防裂措施。墙身于地面以上部分，每隔2.5米设置泄水孔。应严格控制泄水孔位置，保证其位置准确，横平竖直。孔内预埋φ10cmPVC管伸入墙背10cm，端部20cm处用土工布包裹。最底排泄水孔下部及墙顶以下0.5米的范围内设夯填黏土防渗层。同时施工过程中严格控制泄水孔10﹪的流水坡度，并保证泄水孔向外排水顺畅。当墙基础修筑在不同岩层上时，应在变化处设置沉降缝，施工过程中，必须符合设计及施工技术规范的要求。S2.2：在微型钢管桩上设置厚度为0.4m的钢筋混凝土盖梁，其混凝土的强度不小于C30，将微型钢管桩连成一个整体。由于盖梁设置在挡土墙的墙趾上，提高了挡土墙的抗倾覆、抗滑移的能力，从而提高了高路堤的稳定性。S3：斜坡面处理与换填S3.1：地面自然坡度陡于1:5时，原地面开挖宽度不小于2m的台阶，台阶顶做成2％～4％的内倾斜坡，当基岩斜坡上的覆盖较薄时，将其清除后挖(凿)台阶，并在开挖后使用机械进行压实，其压实度不小于93％，以提高路堤的稳定性。对于填挖衔接部位要将山坡呈中密以下的覆盖土层全部挖除后，开挖台阶，并做好排水设计。对于陡峻地段的半填半挖路基，必须在在山坡脚向下挖成向内倾斜的台阶，台阶宽度不小于1m，其中挖方一侧在行车范围之内的宽度不足一个行车道宽度时，则应挖够一个行车道的宽度。S3.2：为保证高路堤基底的承载力，采用碎石换填土层，其换填高度不小于1m。填筑时，按水平纵向分层法进行施工，填筑松铺厚度不超过30cm，碎石的最大粒径不宜超过50mm，并采用振动压路机进行压实。压实过程中应控制碾压的速度，经静压2遍后，采用强振8～10遍，当换填材料粒径太大时，应破碎满足材料粒径的要求。其中，步骤S3还可以在步骤S1之前或在步骤S1和步骤S2之间完成；步骤S3还可以与步骤S1或步骤S2同步进行。本工法采用后注浆微型桩墙组合支护结构对山区路堤高边坡进行支挡，该结构体系适应土体类别范围广，较常规的大体量片石混凝土挡墙，大大节约了原材料成本，同时对坡脚以下的山体的一定范围深度内的土体进行注浆加固，大大提高了该处土体的强度，其加固土体与微型管桩组合形成了强有力的支挡结构，与片石混凝土挡墙形成组合抗滑结构，有效的防止路堤从坡脚滑出的风险。同时，其路堤填筑体与山体坡面采用全阶段台阶搭接的方式，有效的解决了山区斜坡面高路堤整体滑塌的问题，其质量效益、间接经济效益十分显著。本工法设备进出场较容易，避免了大型机械设备进出场，对施工场地没有特殊要求，较容易满足现场施工条件，同时后注浆及微型桩施工可与土方填筑可以同步施工，减少了工序搭接时间；工泥浆极少，施工扬尘可控，不污染环境，总体上本工法施工简便，工期短，造价省，污染少，能耗低，符合两型社会建设的要求，社会效益和环境效益显著。实施例：以申请人所承建的郴州市北湖机场大道为例，郴州市北湖机场大道道路工程项目位于郴州市北湖区塔水乡、郴州大道以东地段，其总长约2100m。从K0+780-K2+098为高填方段，填方边坡中桩最高度达到24m，边桩最高填方达到35m。由于填方区原地面呈北高南低，现北侧挡墙外为地势较高的树林，因此北侧挡墙的地基稳定性基本能够得到保证；南侧地势较低，在高填方区地基土在路基荷载下存在从挡墙底剪出的可能，挡墙的地基稳定性需采取必要工程措施得以保证。针对此类高填方路堤及本工程所存在的工程特点，本实施例采用微型钢管桩提高高边坡地基土的抗剪强度，微型钢管桩桩顶设盖梁增加排桩整体性。微型钢管桩开孔直径为130mm，内置Φ108钢花管；微型钢管桩桩顶设盖梁，截面尺寸1600mm×600mm，盖梁砼强度为C30，钢管伸入盖梁0.4m，灌注材料采用M30水泥砂浆，水泥采用P.O42.5，水灰比不低于1：0.5。在挡土墙外侧设置三排微型钢管桩，桩长8～14m，间距为0.5m，排距为0.5m。挡土墙采用C20片石混凝土浇筑，挡墙沿墙身方向结合墙高每隔10m设一道伸缩缝，缝宽2cm，挡土墙沿墙顶内外三边填塞沥青麻筋，填塞深度20cm，其持力层承载力大于200kPa。高填方路堤基底换填1m后碎石，其斜坡开挖台阶宽度不小于2m。监测及实施效果如下：在施工过程中对高填方路堤坡体进行变形监测、施工安全监测、防治效果监测。其监测成果作为判断边坡稳定状态、指导施工、反馈设计和防治效果检验的重要依据。因监测数据点较多，本实施例给出最危险点D7、D8、D9监测点的水平位移、沉降位移的变化曲线图。从图4、图5可以看出，在4月15日之前，各监测点的水平位移与沉降位移随时间的的增大而增大，其监测点D7最大水平位移为5.9mm，监测点D8最大水平位移为6.3mm，监测点D9最大水平位移为1.8mm，之后随时间的增加水平位移有所减小并趋于稳定。监测点D7最大沉降位移为9.8mm，D8最大沉降位移为7.9mm，D9最大沉降位移为6.2mm，之后随时间的增加沉降位移趋于稳定。从以上监测结果表明，采用本工法有效的提高山区高路堤的稳定性，其支挡效果明显。以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页1 2 3