专利名称：用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于建筑、交通、水利、矿山等工程领域中软弱土边坡和软基填方工程中的抗滑加固处理的水泥土长墙连拱构造。
背景技术：
当前在各类基本建设领域，抗滑桩作为滑坡治理的主要手段。水泥土桩复合地基方法常常被用于软土地基上填方工程的地基加固处理，但是插入硬土层的水泥土桩在地基土层中存在悬臂效应而容易产生弯折，极大地削弱其抗滑能力并降低工程可靠性。某些情况下也会用到混凝土桩，形式多样。例如臂式单桩、排架桩、锚桩。但是悬臂桩须一次消耗不少钢材，且悬臂桩稳定性差，因悬臂桩是依靠插入地层足够的深度来保持稳定的，其入土深度和承受的最大弯矩随开挖深度的增加而增大，当开挖深度大时，其入土深度和厚度都要加大，往往在经济上不合算；排架桩只有在前后排桩间距不大和荷载较小时才具有一定的嵌固作用。且由于上端形成铰接，它的上端不能有效的抵抗弯矩，在下端的嵌固条件不能充分满足时就容易失稳，这样和悬臂桩相比它的嵌固深度不能减小，抗倾覆能力亦不能明显提高；锚拉桩须挖一层土做一层锚杆，造成施工交叉，工期也相应加长，同时在软弱土层、 大卵石地层或周围场地狭窄不允许做锚杆时则受到限制。大于50%的土层中，由于其高塑性会引起锚杆的明显蠕变，故不能长久地保持恒定的锚固力；另外，在相对密度小于0.3的土层中，锚固段单位面积上的摩阻力极低，难以提供较大的锚固力，因而这种方式的应用受到某些地质条件的限制。目前，新兴了拱形组合结构抗滑桩。其中一种形式是锁口梁连接成品字型，并在平面上布置成弧形，拱的两端间设置拉杆来抵消与滑坡滑动方向垂直的水平推力，使其成为带拉杆的拱形。拉杆的两端和锁口梁在同一个水平面上，这样拱形单元组合抗滑桩就变成了一个整体。另一种形式是采用水泥搅拌桩搭接而成拱圈，拱脚采用混凝土灌注桩。这两种形式都是采用拱形结构承受水平推力，然后把水平推力传递给拱脚，但耗费不少钢材或者混凝土，不经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在不增加施工费用的条件下，用于边坡抗滑加固、同时抗渗、截渗功能的水泥土长墙连拱构造。为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，包括N个并排设置的止滑墙，所述N为不小于2的自然数，止滑墙的长度为5-20m，高度为5-18m ；每两个相邻的止滑墙之间均设有弧形墙，且弧形墙的两侧端分别与相邻的两个止滑墙咬合连接，相邻的两个止滑墙中心线之间距离为4-8m ；弧形墙的水平截面呈圆弧形，圆弧形圆心角为30° 180°，弧形墙跨度与相邻的两个止滑墙中心线之间距离等长， 弧形墙的高度与止滑墙的高度相等。止滑墙为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。弧形墙为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。相邻的两个止滑墙之间设有横向折线联系墙，所述横向折线联系墙为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。本发明的水泥土长墙连拱构造的工作机制是采用嵌入坡体或软土地基中的长墙连拱穿越最危险滑面，将该构造设置在边坡中影响边坡整体稳定性软土层内a、弧形墙通过拱形作用将提体一部分拱外水平推力(土压力)传递到水泥土长墙，另一部分水平推力直接传递到拱内土体中(拱内土体主要为软土)；b、水泥土长墙连拱构造通过侧壁摩擦力将一部分水平推力传递到墙内土体；C、拱内土体将其承受的水平推力传递到下部硬土层和外侧土体中；d、水泥土长墙连拱构造插入硬土层部分主要通过侧壁和墙底将一部分水平推力传递至下部硬土层。该构造能够充分发挥水泥土抗压和抗剪性能，避免出现桩身拉应力。与梅花形布置搅拌桩复合地基处理方法相比较，在不增加地基处理费用的条件下，其抗滑能力可得到大大提高。本发明成果具有重要的理论创新、技术创新和工程应用价值。本发明具有以下有益效果本发明提供的水泥土长墙连拱构造型式，在不增加处理费用的条件下具有更好的抗滑能力，同时用于结构内应力分布合理而提高了工程可靠性。同时，连拱构造还具有良好的防渗能力，对于挡水提坝来说能够发挥其抗渗、截渗作用。
图1、本发明的水泥土长墙连拱构造的结构平面示意图。图2、本发明的水泥土长墙连拱构造的结构立面示意图。图3、本发明的水泥土长墙连拱构造中包括横向折线联系墙的结构平面示意图。图4、本发明的水泥土长墙连拱构造的搅拌桩搭接示意图。图5、本发明的水泥土长墙连拱构造设置在边坡中的剖面示意图。图6、本发明的水泥土长墙连拱构造设置在边坡中的平面示意图。图7、三角水平力分布模式建立简化论证模型图。图中1为止滑墙，2为弧形墙，3为横向折线联系墙、4为搅拌桩的搭接，5为水泥土长墙连拱构造，6为坡面，7为坡顶，8为坡底，R为弧形墙拱高，L为止滑墙长度，D为弧形墙跨度也即相邻的两个止滑墙中心线之间距离，L1为横向折线联系墙在止滑墙方向的水平投影距离，L2为止滑墙端到横向折线联系墙端的距离，Ψ为横向折线联系墙与弧形墙跨度方向的夹角，c为搅拌桩的搭接长度，d为搅拌桩直径，Al为边坡的中软土层，A2为边坡中的软弱土层，A3为边坡中的中硬土层。
具体实施例方式实施例1如图1-3所示，本发明的水泥土长墙连拱构造，包括N个并排设置的止滑墙1，所述 N为不小于2的自然数，止滑墙1的长度为5-20m，高度为5_18m ；每两个相邻的止滑墙1之间均设有弧形墙2，且弧形墙2的两侧端分别与相邻的两个止滑墙1咬合连接，相邻的两个止滑墙1中心线之间距离为4-8m ；弧形墙2的水平截面呈圆弧形，圆弧形圆心角为30° 180°，弧形墙跨度与相邻的两个止滑墙中心线之间间距相等，弧形墙2的高度与止滑墙1 的高度相等。 止滑墙1为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。弧形墙2为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。如图3所示，相邻的两个止滑墙1之间还可以设有横向折线联系墙3，横向折线联系墙3与弧形墙1跨度方向的夹角Ψ为30° 60°。横向折线联系墙3为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。实施例2本发明的水泥土长墙连拱构造型式如图1、图2和图3所示，构造主要包括弧形墙2和止滑墙1。弧形墙2水平截面呈圆心角可以为30° 180°的圆弧形，优选180°的圆弧形，这个弧度的弧形墙的传力效果最好且便于施工，止滑墙1和弧形墙2都是由干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm。本发明的水泥土长墙连拱构造的搅拌桩搭接如图4，搅拌桩搭接长度不小于200mm ；每两个相邻的止滑墙1之间均设有一个弧形墙2，且两个止滑墙1上端与弧形墙2的两侧端咬合连接。单体构造几何布置应根据工程条件优化选择，弧形墙跨度(即相邻的两个止滑墙中心线之间间距)一般可选择 4m 8m，止滑墙1的长度为5_20m，高度为5_18m ；弧形墙2拱高通过弧形墙跨度与弧形墙2 圆心角计算得到，弧形墙2的高度与止滑墙的高度相等。根据工程情况考虑扩展构造型式 a、可选择增加横向折线联系墙，以协调拱墙内部土体应力、变形和提高整体性，横向折线联系墙为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于 200mm;横向折线联系墙与弧形墙跨度方向的夹角Ψ为30° 60°本发明的水泥土长墙连拱构造在边坡中的设置如图5、6所示，在软弱土地基的边坡中，当抗滑稳定性不能满足要求时，在软弱土层中设置水泥土长墙连拱构造。该构造需穿越边坡软弱土层最危险滑弧，并插入到硬土层中。该构造使软弱土层所受到的较大部分力传递到硬土层中，从而达到抗滑加固边坡的作用。该构造在软硬土层要连续设置，插入到硬土层的高度不能少于lm。实施例3本发明构造实施布置如下水泥土长墙连拱构造通过连续多跨长墙连拱构造将土坡下滑力产生的水平推力传递到下部土层中，从而极大地提高土坡的抗滑稳定性。水泥土长墙连拱构造适用于地基的天然强度不足的土坡和填方工程。设置在地基稳定性较差软弱土中，如淤泥和淤泥质土， 松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，特征值小于130的填土，流塑黄土。中软土 稍密的砾、粗中砂，除松散外的细粉砂，特征值小于150的粘性土和粉土，特征值大于130的填土， 可塑新黄土。水泥土长墙连拱构造弧形墙凸向朝着土坡坡顶方向设置并与长墙相连接形成拱构造，长墙垂直于土坡边线，沿深度方向的布置范围一般宜选择土坡坡中至坡底范围内以发挥最佳效果，长墙连拱构造需穿越地基软弱土层及最危险滑弧，插入到中硬土层的深度不能少于lm。中硬土层中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂，承载力特征值大于 150的粘性土和粉土，坚硬黄土。具体布置情况及尺寸应在土坡稳定计算的基础上，并通过技术经济比较优化确定。其他补充在施工流程里。
本发明构造施工流程如下1.整平施工场地，清除拱墙位置处地上、地下一切障碍物，场地低洼处用黏性土料 回填夯实。2.测出场地高程，计算好设计桩顶、设计桩底标高。成桩前量好钻杆长度，并在桩 架上做好标记，包括每米刻度(用油漆做好标记)，开始喷浆位置及最终深度的标记，3.深层搅拌机定位ヰ预搅下沉ヰ配制水泥浆(或砂浆)ヰ喷浆搅拌、提升ヰ重复 搅拌下沉ヰ重复搅拌提升直至设计桩底标高ヰ关闭搅拌机、清洗ヰ移至下ー根桩、重复以
上エ序。4.用单轴或多轴深层搅拌机在土层中将桩相互搭接，连续成桩墙，形成具有一定 強度和整体结构性的水泥土长墙和弧形墙，弧形墙背向坡顶方向，以维持边坡土体的稳定， 且必须保证搅拌桩相互搭接200mm以上.5.经过2 3个月后，水泥土的强度将达到0. 5 lMPa(5kg/cm2 lOkg/cm2)以 上。实施例4水泥土搅拌桩单桩和水泥土搅拌桩长墙连拱构造抗滑方案对比论证众所周知，软弱土地基边坡整体抗滑稳定最危险滑弧为深大滑弧，当软土层的下 卧层为硬土层时，最危险滑弧底部一般与软硬土层交界面相切从而形成多段曲线滑弧。当 单桩抗滑桩承受双侧不平衡土压力作用时，软硬土层交界面桩体抗剪而发挥抗滑能力。抗 滑桩桩体呈悬臂变形特征。本研究选择三角水平力分布模式建立简化论证模型，见图7。不平衡土压力分布模式采用最小弯矩效应的三角形分布最大分布カ为p，则最大弯矩
权利要求
1.一种用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，其特征在于包括N个并排设置的止滑墙(1 )，所述N为不小于2的自然数，止滑墙(1)的长度为5 20m，高度为5 18m ；每两个相邻的止滑墙(1)之间均设有弧形墙(2)，且弧形墙(2)的两侧端分别与相邻的两个止滑墙 (1)咬合连接，相邻的两个止滑墙中心线之间距离为4 8m ；弧形墙(2)的水平截面呈圆弧形，圆弧形圆心角为30° 180°，弧形墙跨度与相邻的两个止滑墙中心线之间距离等长， 弧形墙(2)的高度与止滑墙(1)的高度相等。
2.根据权利要求1所述的用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，其特征在于所述止滑墙(1)为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于 200mm。
3.根据权利要求1所述的用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，其特征在于所述弧形墙(2)为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于 200mm。
4.根据权利要求1所述的用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，其特征在于所述相邻的两个止滑墙(1)之间设有横向折线联系墙(3)，所述横向折线联系墙(3)为干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成，搅拌桩直径为500 1000mm，搭接长度不小于200mm。
5.根据权利要求4所述的用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，其特征在于所述横向折线联系墙(3)与弧形墙跨度方向的夹角Ψ为30° 60°。
全文摘要
本发明公开了一种用于边坡加固的水泥土长墙连拱构造，该构造型式抗滑能力强，经济性好，非常适用于建筑、交通、水利、矿山等工程领域中软弱土边坡和软基填方工程中的抗滑加固处理。长墙连拱构造包括弧形墙和止滑墙两个部分，止滑墙和弧形墙都是由干喷搅拌桩或湿喷搅拌桩咬合而成。其工作机制是采用嵌入坡体或软土地基中的长墙连拱穿越最危险滑面，由搅拌桩弧形墙挡土，搅拌桩弧形墙将水平推力传递至搅拌桩止滑墙，搅拌桩止滑墙最终将水平推力传递至下部土层上。该构造能够充分发挥水泥土抗压和抗剪性能，避免出现桩身拉应力。
文档编号E02D5/46GK102444133SQ20111027968
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者张福海, 徐惠儿, 李守德, 李琴琴, 田正宏 申请人:河海大学