CN103485354B - 保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法，其结构由横梁（1）、立柱（2）、护面（7）、通风锚管（8）和碎石（18）构成。通风锚管（8）是由用于通风的通风管（9）和设于通风管（9）内的用于压力注浆及锚固的锚管（10）构成。本发明使用时，通风管内和碎石层中的空气在温差作用下发生对流换热，将坡体内的热量交换到大气中，且冷空气在风力作用下通过通风管进入冻融层，降低坡体温度，减少了冻融滑塌传递给框架的土压力，并由锚管锚固在冻结良好的稳定地层中。框架与通风锚管连接形成空间结构、两者协同工作提高了边坡的整体稳定性，适用于冻土区边坡失稳的防治，且施工工艺简单，造价低廉。

Description

保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法

技术领域

本发明保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法涉及多年冻土地区的工程建设技术领域，特别适用于冻土地区的公路、铁路边坡和天然边坡的支护工程。

背景技术

在冻土地区的公路、铁路建设中存在各种边坡，由于冻土的特殊性和对环境的敏感性，以及目前温室效应、气温持续上升、生态破坏等环境的变化使多年冻土的上限下降，从而造成冻土边坡失稳滑塌，对公路、铁路的安全运营构成严重威胁。在冻土边坡工程中还没有采取能够主动保护冻土生存环境而保持边坡稳定的措施，目前的主要措施有： （1）用疏排结构来降低坡体地下水位和含水率；（2）采用非寒区工程中的抗滑桩和挡土墙等支挡结构来增强抗滑力；（3）或用非冻胀粗骨料全部替换边坡的冻胀土来减轻滑塌。上述几种措施不仅没有从根本上解决冻胀融沉作用造成的浅层滑塌，而且给冻土边坡工程留有较大的安全隐患。

通风管技术已广泛应用于冻土地区的路基工程建设中，并取得了良好的效果，但通风管不能用来控制边坡的失稳。为了保护冻土的生存环境，以及保持冻土边坡工程在运营期间的安全性，必须采取特殊的设计措施和施工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法。

本发明是保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法，保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其结构由横梁1、立柱2、护面7、通风锚管8和碎石18构成，通风锚管8是由用于通风的通风管9和设于通风管9内的用于压力注浆及锚固的锚管10构成；通风管9周围带有通风孔11、两端用角钢13与金属定位环12连接， 并在通风管9外面包裹密目纱布14；锚管10是由前段带有螺纹15、后端周围带有出浆孔16的钢管构成；横梁1、立柱2、护面7和通风锚管8构成空间结构体系，通风锚管8穿过横梁1与立柱2的交叉部位；在通风管9外铺设一层用于空气对流的碎石18，在锚管10内压力注入水泥锚固剂17，用锚具19和法兰盘20将通风锚管8锚定在横梁1与立柱2的交叉部位；在横梁1与立柱2构成的框格之间埋设排水管5和施作护面7；框架所受的土压力通过锚具19传至通风锚管8，并由通风锚管8锚固在冻结良好的稳定地层中。

 保持冻土边坡稳定的框架通风锚管结构的施工方法，其步骤为：

（1）制作通风锚管8：在钢管周围钻通风孔11制成通风管9，直径为80mm~100mm、厚度为2mm~4mm，长度为2m~4m；通风孔11的直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；或用厚度为2mm~4mm的钢板网卷成直径为80mm~100mm的圆筒制成通风管9，网孔直径为5mm~8mm；通风管9的两端用角钢13与定位金属环12连接，并在通风管9外面包裹密目纱布14；在钢管的前段车削螺纹15、后段周围钻出浆孔16制成锚管10；锚管10的直径为30mm~40mm，厚度为3mm~5mm，长度为4m~7m；出浆孔16的直径为3mm~6mm、间距为50mm~80mm；螺纹段的长度为30mm~50mm，出浆孔段的长度为2m~3m；锚管10穿过通风管9内的定位金属环12构成通风锚管8；

（2）制作法兰盘20：用金属材料制作内环、外环和连接，内环的直径为40mm~50mm， 外环的直径为200mm~220mm；

（3）放线及定位：首先根据工程设计用全站仪进行放线，其次开挖边坡，之后用全站仪定位排水管5和通风锚管8施设位置；

（4）施工通风锚管8及填充碎石18：在冻土层中开设孔洞22，将通风锚管8放置于孔洞22内，并在锚管10内压力注入水泥锚固剂17，使其从出浆孔16渗出，形成锚固体；在通风锚管8和孔洞22之间填充碎石18；碎石18的粒径为20mm~30mm；

（5）浇注压顶冠梁3、横梁1和立柱2：在第一根立柱2和第一排横梁1的设计位置处支模，在支模而成的槽内绑扎横梁1、立柱2的钢筋骨架并浇筑混凝土；

（6）待横梁1、立柱2的混凝土强度达到85%以上时对通风锚管8进行预应力张拉，用锚具19和法兰盘20将通风锚管8锚定，并在锚具19和法兰盘20之间安放通风的钢丝网21；

（7）施工排水管5和护面7：在冻土层中开设孔洞，将包裹有密目纱布14的排水管5放置于孔洞中；在横梁1和立柱2构成的框格内种植植被或砌筑抛石；

（8）按照第（3）步骤、第4）步骤、第（5）步骤、第（6）步骤、第（7）步骤施工下一个工作面的通风锚管7、填充碎石18、横梁1、立柱2、排水管5和护面7，并完成各层通风锚管8的张拉与锚固；

（9）按照第（5）步骤的工序施工立柱2至立柱2的底端，在立柱2的底端设计位置处施工横梁1，施工其余通风锚管8、填充碎石18、排水管5和护面7并完成相应工序；

（10）在立柱2的底端对应位置处制作基础桩4：在开设的桩孔内放入钢筋笼，将立柱2的底端外伸钢筋和基础桩4内钢筋焊接连接，浇注基础桩4。

本发明的有益效果是：

本发明集合通风管与锚杆技术于一体形成通风锚管，并与框架连接形成空间结构、两者协同工作提高了支护边坡的整体稳定性。通风锚管是一种既能对流换热、又能锚固传递土压力的装置，它的通风段是利用多年冻土地区年平均气温低于0°C的环境和周围多孔介质（碎石层）的自然对流降温效应来促进冻土的发育，使冻土上限大幅度抬升，从而提高冻土边坡的稳定性。通风管埋置在冻土边坡中，通风段位于冻融活动层的深度范围内，通风管内以及外面的碎石在冬季时存在对流换热机制，当温差引起的密度差达到一定时，使得通风段内发生对流，由于通风管向下倾斜，在重力作用下，冷空气沿通风管向坡体内部下沉，热空气沿通风管向坡体外部上升，冷空气主动冷却冻融层的冻土；在夏季时不发生对流，仅发生热传导，而空气的热传导系数很低，故带入的热量是很少，但在昼夜温差较大的夏季，工作原理与冬季相同，也能发生对流换热，从而达到主动冷却冻融层的冻土，冻土的强度提高，冻融滑塌部分传递给框架的土压力减少，并通过锚固段将框架所受的土压力传至冻结良好的稳定土层中，使边坡保持稳定状态。另外，冻土地区海拔高、受高空气流影响显著，且近地面风速大、低温的自然风可通过通风管运动降温，还因管壁透风，低温的冷空气可以透过管壁的孔洞和碎石间的孔隙到达周围的冻融层中，直接与其进行热传导换热和对流换热，从而可更为有效促进坡体内的热量散失，达到冷却冻融层土体的目的，进一步增强坡体的稳定。本发明所提供的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法用于冻土地区边坡的支护工程中，弥补了冻结程度不够而存在的潜在隐患，解决了冻土边坡冻融滑塌无法根治的问题，提高边坡的安全稳定性，且施工工艺简单，造价低廉。

附图说明

图1是本发明结构的立面图，图2是图1中的侧剖面图，图3是本发明通风锚管8的结构详图，也是制作参照图，图4是图3中A-A剖面图，图5是图3中B-B剖面图，图6是图3中法兰盘20的详图，图7是图3中排水管5的详图，图8是图3中框架通风锚管8的结构详图，也是施工参照图。

具体实施方式

 本发明是保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构及施工方法，如图1、图2、图3、图6、图7、图8所示，保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其结构由横梁1、立柱2、护面7、通风锚管8和碎石18构成，通风锚管8是由用于通风的通风管9和设于通风管9内的用于压力注浆及锚固的锚管10构成；通风管9周围带有通风孔11、两端用角钢13与金属定位环12连接， 并在通风管9外面包裹密目纱布14；锚管10是由前段带有螺纹15、后端周围带有出浆孔16的钢管构成；横梁1、立柱2、护面7和通风锚管8构成空间结构体系，通风锚管8穿过横梁1与立柱2的交叉部位；在通风管9外铺设一层用于空气对流的碎石18，在锚管10内压力注入水泥锚固剂17，用锚具19和法兰盘20将通风锚管8锚定在横梁1与立柱2的交叉部位；在横梁1与立柱2构成的框格之间埋设排水管5和施作护面7；框架所受的土压力通过锚具19传至通风锚管8，并由通风锚管8锚固在冻结良好的稳定地层中。

如图8所示，通风锚管8在水平面下倾角为15°~30°。

如图2、图3、图4、图5、图8所示，通风管9为钢管或钢板网卷成的圆筒，直径为80mm~100mm、厚度为2mm~4mm，长度为2m~4m；通风孔的11直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；定位金属环12的直径为40mm~55mm。

如图2、图8所示，锚管10为前段带有螺纹15，后段周围带有出浆孔16的钢管；锚管10直径为30mm~40mm、厚度为3mm~5mm，长度为4m~7m；出浆孔16的直径为3mm~6mm、间距为50mm~80mm；螺纹段的长度30mm~50mm，出浆孔段的长度2m~3m。

如图2、图8所示，碎石18的粒径为20mm~30mm，碎石层厚度为80mm~100mm。

如图7所示，排水管5的周围带有排水孔6；排水管5的直径为30mm~40mm，长度为2m~3m，排水孔6的直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；如图8所示，排水管5在水平面上倾角为0°~5°。

如图1、图2、图3、图5、图8所示，排水管5和通风管9的外面包裹密目纱布，其目数为100~150目。

如图2、图6、图8所示，法兰盘20由金属材料构成，内环直径为40mm~50mm， 外环直径为200mm~220mm。

如图2所示，护面7为植被或砌筑抛石。

 保持冻土边坡稳定的框架通风锚管结构的施工方法，其步骤为：

（1）制作通风锚管8：在钢管周围钻通风孔11制成通风管9，直径为80mm~100mm、厚度为2mm~4mm，长度为2m~4m；通风孔11的直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；或用厚度为2mm~4mm的钢板网卷成直径为80mm~100mm的圆筒制成通风管9，网孔直径为5mm~8mm；通风管9的两端用角钢13与定位金属环12连接，并在通风管9外面包裹密目纱布14；在钢管的前段车削螺纹15、后段周围钻出浆孔16制成锚管10；锚管10的直径为30mm~40mm，厚度为3mm~5mm，长度为4m~7m；出浆孔16的直径为3mm~6mm、间距为50mm~80mm；螺纹段的长度为30mm~50mm，出浆孔段的长度为2m~3m；锚管10穿过通风管9内的定位金属环12构成通风锚管8；

（2）制作法兰盘20：用金属材料制作内环、外环和连接，内环的直径为40mm~50mm， 外环的直径为200mm~220mm；

（3）放线及定位：首先根据工程设计用全站仪进行放线，其次开挖边坡，之后用全站仪定位排水管5和通风锚管8施设位置；

（4）施工通风锚管8及填充碎石18：在冻土层中开设孔洞22，将通风锚管8放置于孔洞22内，并在锚管10内压力注入水泥锚固剂17，使其从出浆孔16渗出，形成锚固体；在通风锚管8和孔洞22之间填充碎石18；碎石18的粒径为20mm~30mm；

（5）浇注压顶冠梁3、横梁1和立柱2：在第一根立柱2和第一排横梁1的设计位置处支模，在支模而成的槽内绑扎横梁1、立柱2的钢筋骨架并浇筑混凝土；

（6）待横梁1、立柱2的混凝土强度达到85%以上时对通风锚管8进行预应力张拉，用锚具19和法兰盘20将通风锚管8锚定，并在锚具19和法兰盘20之间安放通风的钢丝网21；

（7）施工排水管5和护面7：在冻土层中开设孔洞，将包裹有密目纱布14的排水管5放置于孔洞中；在横梁1和立柱2构成的框格内种植植被或砌筑抛石；

（8）按照第（3）步骤、第4）步骤、第（5）步骤、第（6）步骤、第（7）步骤施工下一个工作面的通风锚管7、填充碎石18、横梁1、立柱2、排水管5和护面7，并完成各层通风锚管8的张拉与锚固；

（9）按照第（5）步骤的工序施工立柱2至立柱2的底端，在立柱2的底端设计位置处施工横梁1，施工其余通风锚管8、填充碎石18、排水管5和护面7并完成相应工序；

（10）在立柱2的底端对应位置处制作基础桩4：在开设的桩孔内放入钢筋笼，将立柱2的底端外伸钢筋和基础桩4内钢筋焊接连接，浇注基础桩4。

Claims (9)

1.保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其结构由横梁（1）、立柱（2）、护面（7）、通风锚管（8）和碎石（18）构成，其特征在于通风锚管（8）是由用于通风的通风管（9）和设于通风管（9）内的用于压力注浆及锚固的锚管（10）构成；通风管（9）周围带有通风孔（11）、两端用角钢（13）与定位金属环（12）连接， 并在通风管（9）外面包裹密目纱布（14）；锚管（10）是由前段带有螺纹（15）、后端周围带有出浆孔（16）的钢管构成；横梁（1）、立柱（2）、护面（7）和通风锚管（8）构成空间结构体系，通风锚管（8）穿过横梁（1）与立柱（2）的交叉部位；通风锚管（8）在水平面下倾角为15°~30°；在通风管（9）外铺设一层用于空气对流的碎石（18），在锚管（10）内压力注入水泥锚固剂（17），用锚具（19）和法兰盘（20）将通风锚管（8）锚定在横梁（1）与立柱（2）的交叉部位；在横梁（1）与立柱（2）构成的框格之间埋设排水管（5）和施作护面（7）；框架所受的土压力通过锚具（19）传至通风锚管（8），并由通风锚管（8）锚固在冻结良好的稳定地层中。

2.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：通风管（9）为钢管或钢板网卷成的圆筒，直径为80mm~100mm、厚度为2mm~4mm，长度为2m~4m；通风孔（11）的直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；定位金属环（12）的直径为40mm~55mm。

3.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：锚管（10）为前段带有螺纹（15），后段周围带有出浆孔（16）的钢管；锚管（10）直径为30mm~40mm、厚度为3mm~5mm，长度为4m~7m；出浆孔（16）的直径为3mm~6mm、间距为50mm~80mm；螺纹段的长度30mm~50mm，出浆孔段的长度2m~3m。

4.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：碎石（18）的粒径为20mm~30mm，碎石层厚度为80mm~100mm。

5.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：排水管（5）的周围带有排水孔（6）；排水管（5）的直径为30mm~40mm，长度为2m~3m，排水孔（6）的直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；排水管（5）在水平面上倾角为0°~5°。

6.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：排水管（5）和通风管（9）的外面包裹密目纱布，其目数为100~150目。

7.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：法兰盘（20）由金属材料构成，内环直径为40mm~50mm， 外环直径为200mm~220mm。

8.根据权利要求1所述的保持冻土边坡稳定的框架通风冷却锚管结构，其特征在于：护面（7）为植被或砌筑抛石。

9.保持冻土边坡稳定的框架通风锚管结构的施工方法，其步骤为：

（1）制作通风锚管（8）：在钢管周围钻通风孔（11）制成通风管（9），直径为80mm~100mm、厚度为2mm~4mm，长度为2m~4m；通风孔（11）直径为5mm~8mm，间距为20mm~30mm；或用厚度为2mm~4mm的钢板网卷成直径为80mm~100mm的圆筒制成通风管（9），网孔直径为5mm~8mm；通风管（9）的两端用角钢（13）与定位金属环（12）连接，并在通风管（9）外面包裹密目纱布（14）；在钢管的前段车削螺纹（15）、后段周围钻出浆孔（16）制成锚管（10）；锚管（10）的直径为30mm~40mm，厚度为3mm~5mm，长度为4m~7m；出浆孔（16）的直径为3mm~6mm、间距为50mm~80mm；螺纹段的长度为30mm~50mm，出浆孔段的长度为2m~3m；锚管（10）穿过通风管（9）内的定位金属环（12）构成通风锚管（8）；

（2）制作法兰盘（20）：用金属材料制作内环、外环和连接，内环直径为40mm~50mm， 外环直径为200mm~220mm；

（3）放线及定位：首先根据工程设计用全站仪进行放线，其次开挖边坡，之后用全站仪定位排水管（5）和通风锚管（8）施设位置；

（4）施工通风锚管（8）及填充碎石（18）：在冻土层中开设孔洞（22），将通风锚管（8）放置于孔洞（22）内，并在锚管（10）内压力注入水泥锚固剂（17），使其从出浆孔（16）渗出，形成锚固体；在通风锚管（8）和孔洞（22）之间填充碎石（18），碎石（18）的粒径为20mm~30mm；

（5）浇注压顶冠梁（3）、横梁（1）和立柱（2）：在第一根立柱（2）和第一排横梁（1）的设计位置处支模，在支模而成的槽内绑扎横梁（1）、立柱（2）的钢筋骨架并浇筑混凝土；（6）待横梁（1）、立柱（2）的混凝土强度达到85%以上时对通风锚管（8）进行预应力张拉，用锚具（19）和法兰盘（20）将通风锚管（8）锚定,并在锚具（19）和法兰盘（20）之间安放通风的钢丝网（21）；

（7）施工排水管（5）和护面（7）：在冻土层中开设孔洞，将包裹有密目纱布（14）的排水管（5）放置于孔洞中；在横梁（1）和立柱（2）构成的框格内种植植被或砌筑抛石；

（8）按照第（3）步骤、第（4）步骤、第（5）步骤、第（6）步骤、第（7）步骤施工下一个工作面的通风锚管（8）、填充碎石（18）、横梁（1）、立柱（2）、排水管（5）和护面（7），并完成各层通风锚管（8）的张拉与锚固；

（9）按照第（5）步骤的工序施工立柱（2）至立柱（2）的底端，在立柱（2）的底端设计位置处施工横梁（1），施工其余通风锚管（8）、填充碎石（18）、排水管（5）和护面（7）并完成相应工序；

（10）在立柱（2）的底端对应位置处制作基础桩（4）：在开设的桩孔内放入钢筋笼，将立柱（2）的底端外伸钢筋和基础桩（4）内钢筋焊接连接，浇注基础桩（4）。