CN103850257A - 用于岩质边坡的开挖坡体结构及其开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于岩质边坡的开挖坡体结构，以及一种用于所述开挖坡体结构的开挖施工方法，属于土建施工建造技术领域。提供一种能显著降低施工难度，有效缩短施工工期的开挖坡体结构及其开挖施工方法。所述的开挖坡体结构包括宽度不大于2米的马道、垂直高不超过15米的开挖体和通过加强结构固定在所述开挖体坡面上的防护结构，分别布置在所述开挖体顶面和底面上的所述马道通过所述的防护结构连接为一个整体。所述的开挖施工方法包括以下步骤，a、参照施工规范，根据施工工期要求确定开挖体的参数；b、按参数由上往下逐梯段开挖所述的开挖体；c、依靠施工脚手架在开挖体上施工加强结构和防护结构；d、拆除施工脚手架，依次类推完成施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种开挖坡体结构，尤其是涉及一种用于岩质边坡的开挖坡体结构，属于土建施工建造技术领域。本发明还涉及一种用于所述开挖坡体结构的开挖施工方法。
背景技术
随着我国西部大开发战略的不断深入，我国西部地区新建的基础设施也越来越多，许多建筑物如各种大坝、厂房、开关站、公路等因场地布置的要求，需要进行大规模的高陡岩质边坡开挖，如何在确保施工期安全的前提下，快速完成这些边坡的开挖支护施工，已经成为了西部地区工程建设所面临的重要技术问题。
目前的高陡岩质边坡一般都是根据坡面岩类确定开挖理论坡比，即开挖理论坡比=理论边坡高度H÷理论边坡宽度L，在高程方向大多按照每30m设置1级宽3.0m的马道，梯段开挖高度按照7.5m一个梯段控制，主要的支撑防护措施包括挂网喷混凝土、锚杆、预应力锚索及排水孔等。
与上述现有岩质边坡的开挖坡体结构相适应，目前常用的施工开挖边坡体结构的开挖、支撑、防护施工方法主要有以下两种：
第一种施工方法为：
1）先进行第一级各7.5m开挖梯段的边坡开挖施工，预应力锚索钻孔施工随开挖层跟进；
2）待本级即第一级30.0m高程范围的第1～4个7.5m开挖梯段的开挖和预应力锚索钻孔施工，以及下一级即第二级30.0m高程范围的第1个7.5m开挖梯段的开挖施工都完成后，再以下底面上3.0米宽的马道为基础搭设30.0m高的施工脚手架；
3）待施工脚手架搭设完毕后，再在施工脚手架上进行挂网喷混凝土、锚杆、预应力锚索的除钻孔之外其它工序以及排水孔的施工；
4）上述施工完毕后，拆除施工脚手架，进行一下级30.0m高程范围开挖体的施工，依次类推至到施工完成整个开挖坡体结构。
第二种施工方法为：
1）先进行第一级各7.5m开挖梯段边坡开挖施工；
2）待本级即第一级30.0m高程范围的第1～4个7.5m开挖梯段，以及下一级即第二级30.0m高程范围的第1个7.5m开挖梯段的开挖施工均完成后，再以下底面上3.0米宽的马道为基础搭设30.0m高的施工脚手架；
3）待施工脚手架搭设完毕后，再在脚手架上进行挂钢筋网喷混凝土、锚杆、预应力锚索的全部工序以及排水孔的施工；
4）上述施工完毕后，拆除施工脚手架，进行一下级30.0m高程范围开挖体的施工，依次类推至到施工完成整个开挖坡体结构。
上述两种开挖施工方法主要存在以下问题：
1、由于施工脚手架需要以马道为基础搭设，所以施工脚手架搭设高度达到30.0m，施工难度和安全风险均较大；
2、两种方案的坡面锚杆及挂钢筋网喷混凝土施工都要滞后边坡开挖面至少37.5m以上，因为锚杆需要施工脚手架搭设完后才能施工，而搭设施工脚手架需马道以下一个梯段开挖完成才能进行，边坡支撑、防护措施的及时性较低，坡面如果遇到断层出露经或破碎岩带，边坡施工期安全将很难得到保障；
3、从工期上分析，不管是采用哪一咱施工方法，其施工工期都较长。如果记边坡一个梯段开挖施工时间为T1，每一级30.0m高程范围内预应力锚索钻孔施工时间为T21、每一级30.0m高程范围内预应力锚索其它工序施工时间为T22，每一级30.0m高程范围内施工脚手架搭设施工时间为T31、每一级30.0m高程范围内施工脚手架拆除施工时间为T32，每一级30.0m高程范围内挂网喷混凝土施工时间为T4，每一级30.0m高程范围内锚杆施工时间为T5，每一级30.0m高程范围内排水孔施工时间为T6，则对于每一级30.0m开挖高度，上述两种施工方法安排的工期分别为：
第一种施工方法总施工时间为：5T1+T21+T31+max（T4，T5，T22）+T6+T32；
第二种施工方法总施工时间为：5T1+T31+max（T4，T5，T21+T22）+T6+T32。
上述施工方法中，挂网喷混凝土、锚杆及预应力锚索施工可同时进行；而因锚杆、预应力锚索施工需要灌浆，为防止灌浆堵设排水孔，排水孔施工必须在这两项工序完成后进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能显著降低施工难度，有效缩短施工工期的用于岩质边坡的开挖坡体结构。本发明还提供了一种用于所述开挖坡体结构的开挖施工方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于岩质边坡的开挖坡体结构，包括宽度不大于2米的马道、垂直高不超过15米的开挖体和通过加强结构固定在所述开挖体坡面上的防护结构，分别布置在所述开挖体顶面和底面上的所述马道通过所述的防护结构连接为一个整体。
进一步的是，所述加强结构包括锚杆和预应力锚索，所述的锚杆向下倾斜的布置在所述的开挖体中，其外端部插入所述的防护结构中；所述的预应力锚索向下方倾斜的布置在所述的开挖体中，其外端部插入所述的防护结构中。
进一步的是，所述的防护结构为通过所述锚杆和所述预应力锚索固定在所述开挖体坡面上的混凝土挂网层。
进一步的是，在所述的开挖体内还设置有出口端向下倾斜的排水孔，所述排水孔的出口端与所述防护结构的外侧表面连通。
进一步的是，所述开挖体的坡度大于该开挖体的理论坡比。
上述方案的优选方式是，所述开挖体的坡度比该开挖体的理论坡比大3°～5°。
用于所述开挖坡体结构的开挖施工方法，包括以下步骤，
a、确定所述开挖体的参数，参照施工规范，根据施工工期要求将所述开挖体的垂直高度、坡度和马道宽度分别确定为垂直高度不超过15米、坡度大于所述开挖体理论坡比3°～5°、马道宽度不超过2米，并确定每一级开挖体的每一个开挖梯段的垂直高度；
b、开挖第一级开挖体，按步骤a确定的参数由上往下逐梯段的开挖所述的开挖体；
c、第一级开挖体加强结构和防护结构施工，先在b步中开挖出来的马道上搭设施工脚手架，然后依靠所述的施工脚手架在所述的开挖体上进行所述加强结构和防护结构的施工；
d、拆除脚手架，待所述的混凝土挂网层养护期满后，拆除所述的施工脚手架，再按上述b步和c步施工下一级开挖体、加强结构和防护结构，依次类推，直到施工完成一个整体的开挖坡体结构，这样便完成了一次所述开挖坡体结构的施工。
8、根据权利要求7所述的开挖施工方法，其特征在于：在步骤a中，将每一级开挖体的开挖梯段的垂直高度确定为7.5米，在步骤b中进行所述的开挖体施工时，每一级开挖体通过两个开挖梯段施工完成所述开挖体的施工。
进一步的是，在步骤a中，将每一级开挖体的开挖梯段的垂直高度确定为7.5米，在步骤b中进行所述的开挖体施工时，每一级开挖体通过两个开挖梯段施工完成所述开挖体的施工。
进一步的是，步骤b中，在通过7.5米一个开挖梯段对所述的每一级开挖体进行开挖施工时，除了施工本级15米的两个7.5米的开挖梯段外，同时将下一级15米开挖体的第1个7.5米的开挖梯段开挖施工完成，然后再进行步骤c的施工。
进一步的是，在步骤b中进行所述的加强结构和防护结构施工时，是按下述工步进行的，先依靠所述的施工脚手架在所述的开挖体上钻设预应力锚索安装孔和锚杆安装孔，然后向所述的预应力锚索安装孔和所述的锚杆安装孔内分别打入所述的预应力锚索和锚杆，并进行灌浆，接着依靠所述的施工脚手架通过所述的预应力锚索和锚杆挂网喷浇所述的混凝土挂网层，最后进行所述排水孔的施工。
本发明的有益效果是：由于将所述开挖坡体结构的每一级开挖体的垂直高度由原来的30.0米改为15.0米，并将与每一级开挖体相连接的马道的宽度由原来的3.0米改为2.0米，这样，在对所述的开挖坡体结构进行开挖施工时，不仅使每一级开挖体的开挖施工时间大量缩短，而且使后序的加强结构和防护结构施工所依赖的施工脚手架的搭设高度也明显降低，进而不仅降低了所述施工脚手架的搭设难度，而且可以使搭设所述施工脚手架的设施、设备的周转期变短，从而达到有效缩短工期、提高施工效率的目的。
附图说明
图1为本发明用于岩质边坡的开挖坡体结构的结构示意图。
图中标记为：马道1、开挖体2、加强结构3、防护结构4、锚杆5、预应力锚索6、排水孔7、施工脚手架8。
具体实施方式
如图1所示是本发明提供的一种能显著降低施工难度，有效缩短施工工期的用于岩质边坡的开挖坡体结构，以及用于所述开挖坡体结构的开挖施工方法。所述开挖坡体结构包括宽度不大于2米的马道1、垂直高不超过15米的开挖体2和通过加强结构3固定在所述开挖体2坡面上的防护结构4，分别布置在所述开挖体2顶面和底面上的所述马道1通过所述的防护结构4连接为一个整体。结合现有的所述防护结构4为通过所述锚杆5和所述预应力锚索6固定在所述开挖体2坡面上的混凝土挂网层；现有所述加强结构3包括锚杆5和预应力锚索6的结构特点，也将所述的锚杆5向下倾斜的布置在所述的开挖体2中，其外端部插入所述的防护结构4中；将所述的预应力锚索6向下方倾斜的布置在所述的开挖体2中，其外端部插入所述的防护结构4中，同时将所述开挖体2的坡度设置为大于该开挖体的理论坡比，而且使所述开挖体2的坡度比该开挖体的理论坡比大3°～5°。这样，在进行所述开挖坡体结构的开挖施工时，便可以采用以下的步骤进行，
a、确定所述开挖体的参数，参照施工规范，根据施工工期要求将所述开挖体2的垂直高度、坡度和马道1宽度分别确定为垂直高度不超过15米、坡度大于所述开挖体2理论坡比3°～5°、马道1宽度不超过2米，并确定每一级开挖体2的每一个开挖梯段的垂直高度；
b、开挖第一级开挖体，按步骤a确定的参数由上往下逐梯段的开挖所述的开挖体2；
c、第一级开挖体2加强结构3和防护结构4施工，先在b步中开挖出来的马道1上搭设施工脚手架8，然后依靠所述的施工脚手架8在所述的开挖体2上进行所述加强结构3和防护结构4的施工；
d、拆除施工脚手架8，待所述的混凝土挂网层养护期满后，拆除所述的施工脚手架8，再按上述b步和c步施工下一级开挖体2、加强结构3和防护结构4，依次类推，直到施工完成一个整体的开挖坡体结构，这样便完成了一次所述开挖坡体结构的施工。
这样，由于将所述开挖坡体结构的每一级开挖体2的垂直高度由原来的30.0米改为15.0米，并将与每一级开挖体2相连接的马道1的宽度由原来的3.0米改为2.0米，这样，在对所述的开挖坡体结构进行开挖施工时，不仅使每一级开挖体2的开挖施工时间大量缩短，而且使后序的加强结构3和防护结构4施工所依赖的施工脚手架8的搭设高度也明显降低，进而不仅降低了所述施工脚手架8的搭设难度，而且可以使搭设所述施工脚手架8的设施、设备的周转期变短，从而达到有效缩短工期、提高施工效率的目的。
进一步的，为了减小所述施工脚手架8的搭设难度，参照现有技术中开挖梯段的垂直高度一般都为7.5米，在开挖上一级开挖体时均开挖出相邻的下一级开挖体2的第一个开挖梯段的特点，也在步骤a中，将每一级开挖体2的开挖梯段的垂直高度确定为7.5米，从而在步骤b中进行所述的开挖体2施工时，每一级开挖体2通过两个开挖梯段施工完成所述开挖体2的施工；同时步骤b中，在通过7.5米一个开挖梯段对所述的每一级开挖体2进行开挖施工时，除了施工本级15米的两个7.5米的开挖梯段外，同样也将下一级15米开挖体2的第1个7.5米的开挖梯段开挖施工完成，然后再进行步骤c的施工。
现结合现有岩质边坡的开挖坡体结构还设置有出口端向下倾斜的排水孔7，所述排水孔7的出口端与所述防护结构4的外侧表面连通的结构特点，在步骤b中进行所述的加强结构3和防护结构4施工时，是按下述工步进行的，先依靠所述的施工脚手架8在所述的开挖体2上钻设预应力锚索安装孔和锚杆安装孔，然后向所述的预应力锚索安装孔和所述的锚杆安装孔内分别打入所述的预应力锚索6和锚杆5，并进行灌浆，接着依靠所述的施工脚手架8通过所述的预应力锚索6和锚杆5挂网喷浇所述的混凝土挂网层，最后进行所述排水孔7的施工。
综上所述，采用所述结构的开挖坡体结构以及采用的述的开挖施工方法具有下述优点，
1、施工脚手架的搭设高度由30.0m减少到15.0m，施工难度和安全风险均得以降低；
2、每层施工脚手架从搭设到拆除的时间缩短，施工脚手架利用效率得以提高；
3、锚杆以及混凝土挂网层施工滞后开挖体面的高度由原来的5个7.5m开挖梯段共计37.5m高度减少到3个开挖梯段共计22.5m高度，边坡支撑、防护措施的及时性得以提高，边坡施工期安全将有明显改善。
4、从工期上分析，如果记开挖体的一个开挖梯段开挖施工时间为T1，15.0m高程预应力锚索钻孔施工时间为T21/2，15.0m高程预应力锚索其它工序施工分别为T22/2，15.0m高程施工脚手架搭设施工时间为T31/2、15.0m高程施工脚手架拆除施工时间为T32/2，15.0m高程挂网喷混凝土挂网层施工时间为T4/2，15.0m高程锚杆施工时间为T5/2，15.0m高程排水孔施工时间为T6/2。对于每30.0m开挖高程，按本发明施工方法施工工期安排为：
总施工时间=3T1+max（上15.0m高程段边坡支撑、防护施工时间，下15.0m高程段边坡继续开挖及支撑、防护施工时间）。
其中，上15.0m高程段边坡支护施工时间=T31/2+max（T4/2，T5/2，T21/2+T22/2）+T6/2+T32/2；下15.0m高程段边坡继续开挖及支护施工时间=2T1+T31/2+max（T4/2，T5/2，T21/2+T22/2）+T6/2+T32/2。
由于下15.0m高程段边坡继续开挖及支护施工时间比上15.0m高程段边坡支护施工时间多了2个7.5m梯段开挖时间2T1，所以对于每30.0m开挖高程，按本发明施工方法：总施工时间=3T1+下15.0m高程段边坡继续开挖及支护施工时间=5T1+T31/2+max（T4/2，T5/2，T21/2+T22/2）+T6/2+T32/2。
与原两施工工序方案比，由于上、下两15.0m高程段边坡施工可同时进行，边坡施工工期可大为节约。
Claims (10)
1.用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：包括宽度不大于2米的马道（1）、垂直高不超过15米的开挖体（2）和通过加强结构（3）固定在所述开挖体（2）坡面上的防护结构（4），分别布置在所述开挖体（2）顶面和底面上的所述马道（1）通过所述的防护结构（4）连接为一个整体。
2.根据权利要求1所述的用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：所述加强结构（3）包括锚杆（5）和预应力锚索（6），所述的锚杆（5）向下倾斜的布置在所述的开挖体（2）中，其外端部插入所述的防护结构（4）中；所述的预应力锚索（6）向下方倾斜的布置在所述的开挖体（2）中，其外端部插入所述的防护结构（4）中。
3.根据权利要求2所述的用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：所述的防护结构（4）为通过所述锚杆（5）和所述预应力锚索（6）固定在所述开挖体（2）坡面上的混凝土挂网层。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：在所述的开挖体（2）内还设置有出口端向下倾斜的排水孔（7），所述排水孔（7）的出口端与所述防护结构（4）的外侧表面连通。
5.根据权利要求4所述的用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：所述开挖体（2）的坡度大于该开挖体的理论坡比。
6.根据权利要求5所述的用于岩质边坡的开挖坡体结构，其特征在于：所述开挖体（2）的坡度比该开挖体的理论坡比大3°～5°。
7.用于权利要求6所述开挖坡体结构的开挖施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
a、确定所述开挖体的参数，参照施工规范，根据施工工期要求将所述开挖体（2）的垂直高度、坡度和马道（1）宽度分别确定为垂直高度不超过15米、坡度大于所述开挖体（2）理论坡比3°～5°、马道（1）宽度不超过2米，并确定每一级开挖体（2）的每一个开挖梯段的垂直高度；
b、开挖第一级开挖体，按步骤a确定的参数由上往下逐梯段的开挖所述的开挖体（2）；
c、第一级开挖体（2）加强结构（3）和防护结构（4）施工，先在b步中开挖出来的马道（1）上搭设施工脚手架（8），然后依靠所述的施工脚手架（8）在所述的开挖体（2）上进行所述加强结构（3）和防护结构（4）的施工；
d、拆除施工脚手架（8），待所述的混凝土挂网层养护期满后，拆除所述的施工脚手架（8），再按上述b步和c步施工下一级开挖体（2）、加强结构（3）和防护结构（4），依次类推，直到施工完成一个整体的开挖坡体结构，这样便完成了一次所述开挖坡体结构的施工。
8.根据权利要求7所述的开挖施工方法，其特征在于：在步骤a中，将每一级开挖体（2）的开挖梯段的垂直高度确定为7.5米，在步骤b中进行所述的开挖体（2）施工时，每一级开挖体（2）通过两个开挖梯段施工完成所述开挖体（2）的施工。
9.根据权利要求8所述的开挖施工方法，其特征在于：步骤b中，在通过7.5米一个开挖梯段对所述的每一级开挖体（2）进行开挖施工时，除了施工本级15米的两个7.5米的开挖梯段外，同时将下一级15米开挖体（2）的第1个7.5米的开挖梯段开挖施工完成，然后再进行步骤c的施工。
10.根据权利要求7所述的开挖施工方法，其特征在于：在步骤b中进行所述的加强结构（3）和防护结构（4）施工时，是按下述工步进行的，先依靠所述的施工脚手架（8）在所述的开挖体（2）上钻设预应力锚索安装孔和锚杆安装孔，然后向所述的预应力锚索安装孔和所述的锚杆安装孔内分别打入所述的预应力锚索（6）和锚杆（5），并进行灌浆，接着依靠所述的施工脚手架（8）通过所述的预应力锚索（6）和锚杆（5）挂网喷浇所述的混凝土挂网层，最后进行所述排水孔（7）的施工。
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