一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构及其施工方法，属于锚杆支护技术领域。

背景技术：

由于雨水冲刷、边坡坡度过陡、施工不当等原因，路堤边坡滑塌是最常见的路基病害之一。由于锚杆具有结构简单、支护效果好、施工方便、成本低等优点，因此被广泛用于各种工程建设中。

现有的锚杆主要通过将注浆体浇筑在锚杆周围和坡体中，使得锚杆与坡体形成整体从而提供锚固力。然而传统的锚杆在应用于路堤边坡时，由于施工时钻孔会引起振动、注浆体的作用等，都会对轨道产生不利影响，从而引起极大的安全隐患。且路堤边坡延展长，加固维护费用高昂。因此需要提出一种对轨道影响小、造价低的锚杆支护结构来解决上述难题。

技术实现要素：

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构及其施工方法。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构，包括锚杆本体以及外部承压机构；所述外部承压机构包括承压板、安装构件以及多个支撑螺栓；所述承压板设置在安装构件的上端且使用时设置在地表上，并通过多个支撑螺栓与安装构件可拆卸固定连接，所述锚杆本体包括顶端掘削机构、多段抗拉钢筋以及多个连接件；所述顶端掘削机构包括突起、挖掘翼、防旋翼、搅拌翼以及回转轴，所述多段抗拉钢筋与多个连接件竖直上下交替设置且可拆卸固定连接，位于最上端的抗拉钢筋与安装构件可拆卸固定连接，位于最下端的连接件与竖直设置的回转轴的上端可拆卸固定连接，所述回转轴的下端面设有突起，回转轴的圆周面上由上至下依次设有搅拌翼、防旋翼以及挖掘翼，所述挖掘翼紧邻回转轴的下端面设置。

本发明的一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：计算锚杆本体所受弯矩、剪力、轴向力设计值；

步骤二：结合步骤一所得设计值，计算锚杆本体的规格；

步骤三：将顶端掘削机构与钻孔机连接，在钻入的同时注入水泥并搅拌，顶端掘削机构完全钻入后停止工作；

步骤四：将顶端掘削机构反向旋出，同时搅拌土壤和水泥；

步骤五：通过连接件连接顶端掘削机构以及位于最下端的抗拉钢筋，同时注入水泥并搅拌，完全钻入后停止工作；

步骤六：通过连接件增加抗拉钢筋，重复步骤五直至达到预定深度；

步骤七：通过外部承压机构将本发明进行固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明施工器械小，可以按照要求灵活布置和施工，且噪音小，振动低；

2、本发明支护结构直径较大，因此即使在软弱松散的路基边坡也可以获得足够的摩擦阻力，同时可以减少管道数量，减少施工时间，降低成本；

3、本发明通过机械搅拌在地下将水泥和土壤混合，不会对地面产生应力，保证轨道的稳定性；

4、本发明顶端掘削机构的构造有效减小了在挖掘机翼上产生的地面阻力，同时提高了对土壤水泥的搅拌效率；

5、本发明外部承压机构与传统通过拧紧锚杆上部螺钉来紧固承压板的方法相比，支撑螺母直径较小，易于拧紧。因此，可以在不增加固定承压板操作难度的情况下增加锚杆的直径。从而在保障边坡稳定的前提下，可以适当增加锚杆支护结构的安装间隔，减少锚固件的数量，降低成本。

附图说明

图1是本发明的平面结构示意图；

图2是外部承压机构的平面结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是安装构件的结构示意图；

图5是顶端掘削机构的轴侧示意图；

图6是施工步骤图；

图7是锚杆本体最佳规格的确定流程示意图，其中：

tmax是抗拉钢筋设计抗拉强度；ta是承压板承载设计值；q是承压板地面反作用力；qa是路堤边坡土强度。

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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。

具体实施方式一：如图1～图7所示，本发明公开了一种用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构，包括锚杆本体以及外部承压机构；所述外部承压机构包括承压板1、安装构件3以及多个(三个)支撑螺栓2；所述承压板1设置在安装构件3的上端且使用时设置在地表上，并通过多个(三个)支撑螺栓2与安装构件3可拆卸固定连接，所述锚杆本体包括顶端掘削机构、多段抗拉钢筋4以及多个连接件5；所述顶端掘削机构包括突起6、挖掘翼7、防旋翼8、搅拌翼9以及回转轴10，所述多段抗拉钢筋4与多个连接件5竖直上下交替叠放设置并可拆卸固定连接，位于最上端的抗拉钢筋4的上端与安装构件3可拆卸固定连接，位于最下端的连接件5的下端与竖直设置的回转轴10的上端可拆卸固定连接，每个所述抗拉钢筋4的两端均设有外三角螺纹，每个所述连接件5均为内部带有与外三角螺纹相匹配的内三角螺纹的钢制套筒构件，两个相邻的抗拉钢筋4上下两端的外三角螺纹分别旋入对应的连接件5内进行固定连接；位于最上端的抗拉钢筋4上端的外三角螺纹与安装构件3的内部带有内三角螺纹的圆筒形连接器螺纹锁紧连接；回转轴10的上端设有与抗拉钢筋4两端相同的外三角螺纹并旋入位于最下端的连接件5的下端后与该连接件5固定连接；所述回转轴10的下端面设有突起6，回转轴10的圆周面上由上至下依次设有搅拌翼9、防旋翼8以及挖掘翼7，所述挖掘翼7紧邻回转轴10的下端面设置。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述多段抗拉钢筋4与多个连接件5的数量相同。

具体实施方式三：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述突起6为三角体结构的钢制构件，且一个角部朝下设置。

具体实施方式四：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述挖掘翼7包括两个矩形板状挖掘叶。

具体实施方式五：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，每个所述矩形板状挖掘叶与回转轴10的正交向比均为1：1.3—1：2.0，两个矩形板状挖掘叶均为钢制构件且轴向均与回转轴10的轴向非垂直设置。

具体实施方式六：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，所述挖掘翼7的下端面沿其轴向设有多个切口，切口的分布关于回转轴10不对称设置。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，施工时，所述最上层锚杆支护结构的高度低于路堤边坡二分之一的高度。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七作出的进一步说明，所述锚杆本体的安装角度为35°-40°。

具体实施方式九：一种根据具体实施方式一至八中任一具体实施方式所述的用于铁路路堤边坡加固的锚杆支护结构的施工方法(如图6所示)，所述方法包括如下步骤：

步骤一：计算锚杆本体所受弯矩、剪力、轴向力设计值；

根据拟建场地工程和水文地质条件等因素，按照《建筑边坡工程技术规程》(gb-50330-2013)，其支护结构重要性系数与作用基本组合的效应设计值的乘积(r0sd)采用下列内力设计值表示：

弯矩设计值m：m＝r0rfmk

剪力设计值v：v＝r0rfvk

轴向力设计值n：n＝r0rfnk

式中：sd―作用的标准组合的效应设计值；

r0―结构重要性系数；

rf―作用基本组合的综合分项系数；

mk―按作用标准组合计算的弯矩值(kn·m)；

vk―按作用标准组合计算的剪力值(kn·m)；

nk―按作用标准组合计算的轴向拉力或轴向压力值(kn·m)；

步骤二：结合步骤一所得弯矩、剪力、轴向力设计值，根据《建筑边坡工程技术规程》(gb-50330-2013)计算锚杆本体的规格：

锚杆轴向拉力标准值：

锚杆钢筋截面积满足：

锚杆在岩土层间长度：式中：nak―相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力(kn)；

htk―锚杆水平拉力标准值(kn)；

α―锚杆倾角(°)；

as―锚杆钢筋截面面积(m²)；

fy―钢筋抗拉强度设计值(kpa)；

kb―锚杆抗拉安全系数；

k―锚杆锚固体抗拔安全系数；

la―锚杆锚固段长度(m)；

frbk―岩土层与锚固体极限粘结强度标准值(kpa)；

d―锚杆锚固段钻孔直径(mm)；

根据图7确定最佳设计规格，

安全系数的确定方法如下：

式中，wi―土条i滑动面重量；

―土条i滑动面内摩擦角；

ci―土条i滑动面粘聚力；

li―土条i滑动面弧长；

αi―土条i滑动面的法线与竖直线夹角。

步骤三：将顶端掘削机构与钻孔机连接，在钻入的同时注入水泥并搅拌，顶端掘削机构完全钻入后停止工作；

步骤四：将顶端掘削机构反向旋出，同时搅拌土壤和水泥；

步骤五：通过连接件5连接顶端掘削机构以及位于最下端的抗拉钢筋4，同时注入水泥并搅拌，完全钻入后停止工作；

步骤六：通过连接件5增加抗拉钢筋4，重复步骤五直至达到预定深度；

步骤七：通过外部承压机构将本发明进行固定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。