一种斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系及其施工方法与流程

1.本发明涉及斜坡桥梁技术领域，具体涉及一种斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系及其施工方法。


背景技术：

2.受地形地质条件限制或因道路功能的要求，道路布线难以回避变形斜坡区，对于跨河布线大桥因结构要求难以回避在变形斜坡区布置墩台群桩基础。对于傍山布线，若采用路基方案而进行的开挖或填筑往往会诱发大规模的滑坡，较佳的道路结构方案就是高架桥梁；因山区上述地形地质条件的限制，高架桥梁基础的较佳类型也是群桩基础或柱下独桩基础。
3.布置在变形斜坡区的群桩基础会受到斜坡变形的斜向作用，使群桩基础在受到传统的竖向工程荷载及变形斜坡倾向作用在竖向产生的分量荷载作用外，还会受到变形斜坡在水平面内方向朝坡外的分力作用。斜坡变形对基桩的作用力大小及分布形式的确定，尚无现成的理论计算方法和普遍认可的经验可借鉴。
4.目前，山区斜坡地形环境下，桥墩基础一般采用两种形式：明挖扩大基础和桩基础。
5.其中，明挖扩大基础整体稳定性较差，土层嵌固效果差，对持力层要求高，适应性低，且施工期间基坑的实施需对边坡进行大开挖，常形成高边坡，开挖量过大，同时边坡开挖过大破坏原始边坡的稳定性，边坡开挖过大对山区生态景观造成不利影响。
6.而桩基础采用机械成孔，山区地形下，大型机械设备进场困难，施工不便，陡坡地形下无法设置群桩基础，桥墩位置受限，且桩基础设置承台和施工平台占地较大，施工期间需对边坡进行开挖，开挖量过大，同时边坡开挖往往削坡随意，导致山体开挖破坏严重，破坏原始边坡的稳定性，边坡开挖过大对山区生态景观造成不利影响，常出现山区洪流冲刷或边坡局部坍塌导致的桥墩桩基外露病害，影响桥梁安全。
7.中国专利号cn104532868a公开了一种高陡变形斜坡区桥梁锚拉式高承台群桩基础修建方法，包括确定群桩根数及直径，桩顶及承台底高程；确定群桩长度；确定锚索根数；确定单根锚索的钢绞线束数和锚孔直径；确定锚索俯倾角；边列锚索在水平面上与承台沿斜坡倾向方向中心线的夹角为2
°
；承台的所有基桩施工完成；搭设承台及其与锚、桩的连接钢筋砼支架及底模，支设侧模；在斜坡岩体中钻孔；制作锚索；对锚索施加初期预应力；锁定锚头；浇筑封锚混凝土；继续施工桥梁墩柱和梁体上部结构，直至修建完毕。
8.上述公开的这种修建方式采用群桩式结构，由于斜坡本就难以设置桩基，在群桩情况下，需要对各个桩基进行校准，在实际生产使用中存在一定的技术困难。


技术实现要素：

9.本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种显著减少边坡开挖量，减小对原始边坡的干扰，降低施工风险，并可按原始斜坡地面线进行生态复绿，保护山区生态环
境的斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系及其施工方法。
10.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系，包括山体斜边上开挖形成的圆形基础，圆形基础顶部连有护坡结构；所述圆形基础上设有桥墩，桥墩上设有桥面；所述圆形基础包括锚喷护壁和设置于锚喷护壁外壁上的护壁锚杆，护壁锚杆埋设于山体内，且锚喷护壁内设有主体结构；所述圆形基础底部设有埋设于山体内的基础锁脚锚杆，圆形基础顶部设有排水系统；所述护坡结构包括锚喷支护和设置于锚喷支护外壁上的支护锚杆。
11.作为本发明的一种优选方案，所述山体包括持力层和地面层，圆形基础顶部埋入地面层内，圆形基础底部埋入持力层内。
12.作为本发明的一种优选方案，所述山体斜边处开挖形成与圆形基础相适配的洞口，洞口所对应开挖面呈斜锥椭圆形。
13.作为本发明的一种优选方案，所述洞口顶部设有一圈洞口护檐，洞口垂直开挖。
14.作为本发明的一种优选方案，所述护坡结构为斜锥椭圆形结构，护坡结构顶部与山体斜坡倾斜程度相对应。
15.作为本发明的一种优选方案，所述排水系统为设置于圆形基础顶面向外侧设置的斜坡，且圆形基础外侧设有与斜坡相对应的带孔排水花管。
16.作为本发明的一种优选方案，所述主体结构包括相对应的埋设骨架和基坑回填。
17.作为本发明的一种优选方案，所述锚喷支护内设有护坡回填，护坡回填顶部与山体斜坡倾斜角度相对应，且护坡回填表面采用耕植土。
18.一种斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系的施工方法，包括以下步骤：步骤a:根据山体的情况选择相对应的开挖方案，对山体护坡原土体进行开挖，开挖边坡根据斜坡地层的地质稳定情况，采用垂直开挖，开挖面呈斜锥椭圆形；步骤b：基础洞口护坡加强，在护坡原土体开挖过程中，采用圆环形格栅钢架和钢筋网做支撑，喷射早强混凝土，形成锚喷支护，并在锚喷支护上设置倾斜的支护锚杆，边开挖边支护；步骤c：基础洞口加强，对洞口位置进行放样，在洞口外侧设置一圈钢筋混凝土结构的洞口护檐；步骤d：基础基坑开挖，其开挖方式为垂直开挖；步骤e：基础基坑护壁加强，在基础基坑开挖过程中，采用圆环形格栅钢架和钢筋网做支撑，喷射早强混凝土，形成锚喷护壁，并在锚喷护壁上设置倾斜的护壁锚杆，边开挖边支护；步骤f:基础锁脚锚杆施工，基础基坑应全断面挖入持力层分界线。开挖至底面后，设置基础锁脚锚杆；步骤g：主体结构施工，根据结构受力要求，埋设钢筋骨架或型钢骨架，并浇筑补偿收缩混凝土基坑回填，完成主体结构；步骤h：排水系统设置，圆形基础的顶面设置向外侧不小于1%的斜坡，并在圆形基础洞口外侧设置带孔排水花管，形成回填区的排水通道，防止洞口积水；步骤i：基础洞口护坡回填，基础洞口护坡开挖的原土体部分，采用宕渣碎石或混凝土进行回填，回填顶面与斜坡地面线平行，低于斜坡地面线约30cm；
步骤j：基础洞口护坡耕植土复绿，剩余部分采用耕植土回填并复绿，回填顶面与斜坡地面线一致。回填复绿后，桥墩位置坡面效果与原始坡面一致，实现工程结构与自然景观的和谐统一。
19.作为本发明的一种优选方案，所述洞口开挖面和锚喷支护为相对应的斜锥椭圆形结构。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、受力机理方面，本发明桥墩大直径圆形基础体系区别于明挖扩大基础，基础呈圆形垂直下挖，嵌固于持力层，山体对基础提供更强的约束力，稳定性和承载能力均较明挖扩大基础有显著提升。相较于群桩基础，本发明基础体系整体抗推刚度更大，对于地震荷载或土层滑移荷载的抵抗能力更强，受力更安全。
21.2、无需大型机械设备，方便施工，特别适用于进场困难的重丘地区。
22.3、边坡开挖规模小，仅桥墩大直径圆形基础上方区域局部开挖，且开挖过程中进行护坡加强，不影响原始边坡的稳定性。
23.4、对洞口护坡按原地形复原复绿，景观效果好，实现工程结构与自然景观的和谐统一。
24.5、不改变原有边坡地形和稳定性，避免山区桩基因洪流冲刷或边坡局部坍塌导致的桩基外露病害。
25.6、经济性好。本发明无需大型机械设备，边坡开挖工程量大大减小，可有效节约工程造价。
附图说明
26.图1是本发明的总体布置示意图；图2是本发明的结构示意图图3是圆形基础的俯视图；图4是护坡结构的俯视图；图5是护坡结构的结构示意图；附图标记：山体100，斜坡地面线101，持力层分界线102，桥墩103，桥面104，圆形基础200，锚喷护壁201，护壁锚杆202，基础基坑203，基础锁脚锚杆204，洞口护檐205，主体结构206，排水系统207，护坡结构300，锚喷支护301，支护锚杆302，护坡原土体303，护坡回填304，耕植土305。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
28.如图1-5所示，一种斜坡地形下桥墩大直径圆形基础体系，包括具有斜坡的山体100，所述山体100斜边上开挖形成圆形基础200，圆形基础200顶部连有护坡结构300；所述圆形基础200上设有桥墩103，桥墩103上设有桥面104；所述圆形基础200包括锚喷护壁201和设置于锚喷护壁201外壁上的护壁锚杆202，护壁锚杆202埋设于山体100内，且锚喷护壁201内设有主体结构206；所述圆形基础200底部设有埋设于山体100内的基础锁脚锚杆204，圆形基础200顶部设有排水系统207；所述护坡结构300包括锚喷支护301和设置于锚喷支护
301外壁上的支护锚杆302。
29.主体结构206为钢筋混凝土结构或型钢混凝土结构对桥墩103进行支撑，从而进一步的对桥面104进行支撑。
30.锚喷护壁201尺寸根据所需圆形基础200尺寸进行设计，而护壁锚杆202数量和尺寸根据相对应的锚喷护壁201进行设置，同理锚喷支护301的水平截面尺寸与相对应的圆形基础200水平截面尺寸相一致，支护锚杆302的数量和尺寸根据相对应的锚喷支护301进行设置。
31.山体100包括持力层和地面层，圆形基础200顶部埋入地面层内，圆形基础200底部埋入持力层内，将地面层表面定位为斜坡地面线101，将持力层与地面层连接处定义为持力层分界线102，根据不同山体100情况确定相对应的斜坡地面线101和持力层分界线102。
32.圆形基础200直径大于3m，圆形基础200顶面全断面埋入斜坡地面线101，且圆形基础200底面全断面进入持力层分界线102。
33.山体100斜边处开挖形成与圆形基础200相适配的洞口，洞口所对应开挖面呈斜锥椭圆形，洞口根据实际所需圆形基础200尺寸进行设置，通过洞口开挖形成基础基坑203。
34.洞口顶部设有一圈洞口护檐205，洞口沿竖直方向垂直开挖。
35.护坡结构300为斜锥椭圆形结构，护坡结构300顶部与山体100斜坡倾斜程度相对应，具体的，护坡结构300顶面与斜坡地面线101一致。
36.排水系统207为设置于圆形基础200顶面向外侧设置的斜坡，且圆形基础200外侧设有与斜坡相对应的带孔排水花管。
37.主体结构206包括相对应的埋设骨架和基坑回填。
38.锚喷支护301内设有护坡回填304，护坡回填304顶部与山体100斜坡倾斜角度相对应，且护坡回填304表面采用耕植土305。
39.在实际使用过程中，包括以下步骤：步骤a:根据山体100的情况选择相对应的开挖方案，对山体100护坡原土体303进行开挖，开挖边坡根据斜坡地层的地质稳定情况，采用垂直开挖或接近垂直开挖，开挖面呈斜锥椭圆形。
40.利用边坡斜锥椭圆形的拱效应提高边坡稳定性，采用垂直开挖或接近垂直开挖，开挖面呈斜锥椭圆形，可有效减小土体开挖量。
41.步骤b：基础洞口护坡加强。在护坡原土体303开挖过程中，采用圆环形格栅钢架和钢筋网做支撑，喷射早强混凝土，形成锚喷支护301，并在锚喷支护301上设置倾斜的支护锚杆302，支护锚杆302自内向外向下倾斜，支护锚杆302的数量根据实际需要进行设置，边开挖边支护，以加强护坡的稳定性，保证施工期间护坡安全。
42.步骤c：基础洞口加强。对洞口位置进行放样，在洞口外侧设置一圈钢筋混凝土结构的洞口护檐205，以保证圆形基础200的洞口土地稳定。
43.步骤d：基础基坑203开挖。其开挖方式为垂直开挖，以减小土体开挖量，减小开挖工作对斜坡的影响。
44.步骤e：基础基坑203护壁加强。在基础基坑203开挖过程中，采用圆环形格栅钢架和钢筋网做支撑，喷射早强混凝土，形成锚喷护壁201，并在锚喷护壁201上设置倾斜的护壁锚杆202，护壁锚杆202自内向外向下倾斜，护壁锚杆202的数量根据实际需要进行设置，边
开挖边支护，以加强护壁的稳定性，防止开挖过程中护壁坍塌，保证施工安全。
45.步骤f:基础锁脚锚杆204施工。基础基坑203应全断面挖入持力层分界线102。开挖至底面后，设置基础锁脚锚杆204，基础锁脚锚杆204竖直设置，且基础锁脚锚杆204的数量根据实际需要进行设置，以提高整体圆形基础200的整体稳定性。
46.步骤g：主体结构206施工。根据结构受力要求，埋设钢筋骨架或型钢骨架，并浇筑补偿收缩混凝土基坑回填，完成主体结构206。
47.步骤h：排水系统207设置。圆形基础200的顶面设置向外侧不小于1%的斜坡，在圆形基础200洞口外侧设置带孔排水花管，形成回填区的排水通道，防止洞口积水。
48.步骤i：基础洞口护坡回填304。基础洞口护坡开挖的护坡原土体303部分，采用宕渣碎石或混凝土进行回填，回填顶面与斜坡地面线101平行，低于斜坡地面线101约30cm；步骤j：基础洞口护坡耕植土305复绿。剩余部分采用耕植土305回填并复绿，回填顶面与斜坡地面线101一致。回填复绿后，桥墩103位置坡面效果与原始坡面一致，实现工程结构与自然景观的和谐统一。
49.洞口开挖面和锚喷支护301为相对应的斜锥椭圆形结构。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
51.尽管本文较多地使用了图中附图标记：山体100，斜坡地面线101，持力层分界线102，桥墩103，桥面104，圆形基础200，锚喷护壁201，护壁锚杆202，基础基坑203，基础锁脚锚杆204，洞口护檐205，主体结构206，排水系统207，护坡结构300，锚喷支护301，支护锚杆302，护坡原土体303，护坡回填304，耕植土305等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。