CN103866788A - 一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，包括以下步骤：步骤1.桥台前坡填土开挖前，对桥台台后填土进行注浆加固,在加固区域形成空间骨架的结构；步骤2.对桥台前坡填土分段分级开挖；步骤3.对桥台台前锚拉式柔性挡墙施工及挡墙施工后台前桥下原状土加固。本发明边坡的挡墙化可以在加宽道路的同时而少占土地，利用原有路基，降低工程造价、缩短建设周期；袖阀管劈裂注浆加固路基的处治方法突出的优点是对环境无污染、对周围建筑物和构筑物影响小、施工工艺简单和价格相对低廉等；分级开挖顺序的确定，一方面可减小边坡的变形，可大大降低施工安全风险，另一方面方便并减少了挡墙侧模的架设，节约了施工成本。

Description

一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法

技术领域

本发明涉及一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法。

背景技术

先期建成路段由于设计标准较低、超大中修期服役等原因，已经无法适应目前大交通量的需求，面临着改建、扩建、提升路面等级等问题。所以，加快早期建成的公路扩容改造，提高路网技术等级，是目前和将来一段时期交通工作的主要任务之一。

目前高速公路的改建一般包括新建和加宽两种方式。

对于新建道路，容易造成公路走廊资源浪费、社会效益差的问题。并且路网密度增加，使得影响区重复叠加。另外，路基工程占地巨大，容易造成大量拆迁、移民，对环境影响大。新建高速公路造价高，国民经济和财务效益差。

对于原路的加宽一般包括单侧加宽、两侧加宽、分离加宽、混合加宽等方式。道路加宽需要增加占地，对于原有环境存在较大影响。扩建部分与原有部分存在差异沉降，技术方案难度大，实施困难。并且施工过程中交通组织难度大，交通运行的流畅性难以保证。

在采用柱式桥台的先期建设的高速公路立交桥、被交道桥改建中，边坡的挡墙化可以在加宽道路的同时而少占土地，利用原有路基，降低工程造价、缩短建设周期。而桥台前坡的挡墙化目前没有相关研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种包含袖阀管劈裂注浆加固，分段分级开挖，锚拉式钢筋混凝土挡土墙支护的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，并提供该改造方法的施工方法。

本发明采用的技术方案如下:

一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，包括以下步骤：

步骤1桥台前坡填土开挖前，对桥台台后填土进行袖阀管劈裂注浆加固,在加固区域形成空间骨架的结构；

步骤2对桥台前坡填土分段分级开挖；

步骤3对桥台台前锚拉式柔性挡墙施工；

步骤4挡墙施工后台前桥下原状土加固。

所述的步骤1中加固区域分为加固施工区域和加固影响区域，加固施工区域即钻孔的布置范围，加固影响区域为浆液劈裂土体的范围。

所述的加固施工区域的确定方法如下：

依据全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG（Ft=1.61）的塑性区域分布，确定加固施工区域，其中加固施工区域等于或大于全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG（Ft=1.61）的塑性区域分布；

其中，塑性应变PEMAG的表达式如式（1）所示：

$\mathrm{PEMAG}=\sqrt{\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}:{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}}---\left(1\right);$

式中，F_t为稳定安全系数；

和分别表示拉伸和压缩等效塑性应变。

所述的加固影响区域为按要求进行注浆后，整个注浆土体即为加固影响区。

步骤（1）所述的袖阀管劈裂注浆加固，其加固过程如下：

步骤1-1.施工准备，利用制浆设备制备泥浆和浆液；

步骤1-2.利用钻孔设备进行机械钻孔；

步骤1-3.在孔内放置花管，在花管内放置注浆管，且花管与注浆管之间套装有两个橡胶封闭圈，在花管内形成高压力灌注节段；

步骤1-4.在注浆管内注泥浆，填充花管与孔壁之间的孔隙，且利用水泥砂浆封孔；

步骤1-5在注浆管内注入浆液；

步骤1-6检测注浆效果，若达到了设定的参数，则注浆结束；若没有达到设定的参数，则返回步骤1-5，继续注浆。

所述的浆液材料为42.5普通硅酸盐水泥（按4:1掺加粉煤灰），水灰比为0.45～0.55；

所述的泥浆采用水泥、粘土和水配制，水泥：粘土：水比例为1:1.5～1.53:1.9。水泥中应按水泥：粉煤灰=4:1的比例掺加粉煤灰。

所述的花管外设有出浆孔，且在出浆孔设有防止浆液回流的单向截止阀。

所述的泥浆灌注采用的是自下而上逐节提管灌注，实现分层劈裂土体灌注，所述的劈裂层间距控制在1.0m以内。

所述的注浆效果的检查主要以注浆压力、灌注量以及路基边坡出浆为依据；具体为灌浆压力维持在1.2～1.5MPa之间，灌浆压力稳定30分钟后即可终止灌浆，路基边坡可见水泥凝聚物。

所述的步骤2台前填土分段分级开挖方法如下：

步骤2-1.结合挡墙和锚杆设计，进行横向分段（S）和竖向分级（G）开挖支护数量的确定；所述的横向分级数等于挡墙布置节段数，竖向分级数等于锚杆层数加一；

步骤2-2应对分段、分级进行自上而下、自左至右（或自右至左）的编号；

分段分级开挖顺序为：S1G1-S1G2-S1G3-…-S1GN-S2G1-S2G2-…S2GN-……按此顺序循环，直至SNGN为止；或采用间隔跳槽开挖施工，即S1Gn遍历后，进行S3Gn的遍历，以此类推；SNGN表示第N个横向分段，第N个竖向分级，其中N表示自然数；

其中采用间隔跳槽开挖施工，该方法最大开挖宽度为12m。

步骤2-3开挖过程中，分段分层方案在施工节段开挖完成后，应及时进行本节段锚杆墙的施工；即在每一段的SnGN结束后，进行锚杆墙的施工，如在S1GN完成后进行锚杆墙施工，在进行S2G1或S3G1的开挖。

步骤（3）所述的锚拉式柔性挡墙施工按照《公路挡土墙设计与施工技术细则》进行实施。

所述的挡墙施工后台前桥下原状土的加固方法如下：

加固施工区域的确定依据挡墙施工后PEMAG（Ft=2.65）的塑性区域分布；加固采用袖阀管劈裂注浆加固，加固的方法同步骤1。

本发明的有益效果如下：

1.边坡的挡墙化可以在加宽道路的同时而少占土地，利用原有路基，降低工程造价、缩短建设周期；

2.当已建成公路的路基在运营过程中受地下毛细水作用、雨水及绿化水边坡入渗等作用下，会产生强度与刚度的衰减，从而影响路基边坡的稳定与路面结构的受力与变形，进而危及公路的运营安全和降低行车的舒适性。劈裂灌浆方法在较高灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起土体结构的破坏和扰动，使地层形成新的裂缝或孔隙从而使浆液挤入，在地基中形成局部高压力区将周围土体挤密，浆液本身也随即硬化而使地基得到加固。相比强夯法、置换法和碎石桩挤密法等地基与基础的处理方法，袖阀管劈裂注浆加固路基的处治方法突出的优点是对环境无污染、对周围建筑物和构筑物影响小、施工工艺简单和价格相对低廉等。

3.基坑开挖支护采用的方法和结构形式主要有放坡开挖及简易支护、悬壁式支护结构、水泥土桩墙支护结构、内撑式支护结构、拉锚式支护结构、土钉墙支护结构等，支护结构通常是临时性的，一般情况下安全储备相对较小，风险性大；开挖顺序对岩土体稳定性影响的研究主要集中在地下洞室、地铁、公路与铁路隧道等地下空间的施工过程，地面边坡开挖支护顺序对边坡稳定性的影响主要是对竖向分级开挖的研究。

采用分段分级开挖挡墙及时支护方案稳定安全系数高于全断面分级开挖后施工挡墙，更加安全。分段分层方案在施工节段开挖完成后，及时进行本节段锚杆墙的施工，使土体的稳定安全系数恢复到了开挖前的水平；由于锚杆墙的支挡作用，相邻节段施工时的稳定安全系数得以提高，从而使分段分层开挖方案整体稳定安全系数较高，开挖步多，工作面较多，施工投入较少。同时，考虑桥头跳车、降雨等因素以及高速公路通行安全的重大影响，在跳槽开挖方案充分利用空间效应的基础上，仍需考虑土体内部袖阀管劈裂注浆加固措施，使施工全过程中的边坡稳定安全系数不低于施工开挖前的水平。

附图说明

图1袖阀管劈裂注浆施工工艺图；

图2袖阀管劈裂注浆施工顺序图；

图中1注浆泵，2注浆管，3花管，4封孔，5橡胶封闭圈。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行详细说明：

本发明分三个阶段：

第一阶段为对桥台填土进行袖阀管劈裂注浆加固。

依据现场灌注实验和稳定性分析结果（极限破坏状态时对应的塑性区域分布和滑裂面的位置）确定施工区域，分为加固施工区域和加固影响区域，加固施工区域即钻孔的布置范围，加固影响区域为浆液劈裂土体的范围；具体如下：

（1-1）墙后主动土压力加固施工区域的确定依据全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG（Ft=1.61）的塑性区域分布，区域范围为台后7.5m，深度10m。

塑性应变PEMAG的表达式如式（1）所示

$\mathrm{PEMAG}=\sqrt{\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}:{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}}---\left(1\right);$

式中，F_t为稳定安全系数；

和

分别表示拉伸和压缩等效塑性应变。

由极限破坏状态时对应的塑性区域分布和滑裂面的位置确定施工区域，对于墙后主动土压力区，加加固施工区域等于或大于全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG（Ft=1.61）的塑性区域分布。

（1-2）根据步骤（1-1）得到的参数，确定加固区域，进行袖阀管劈裂注浆加固。

对桥台台后填土进行注浆加固采用的是袖阀管劈裂注浆加固，其设备包括用于制浆的设备、用于钻孔的设备、注浆泵、注浆管和花管，其工作过程如下：

步骤1-1.施工准备，利用制浆设备制备泥浆和浆液；

步骤1-2.利用钻孔设备进行机械钻孔；

步骤1-3.在孔内放置花管3，在花管3内放置注浆管2，且花管与注浆管之间套装有两个橡胶封闭圈5，在花管内形成高压力灌注节段；

步骤1-4.在注浆管内注泥浆，填充花管与孔壁之间的孔隙，且利用水泥砂浆封孔4；

步骤1-5利用注浆泵1向注浆管内注入浆液；

步骤1-6检测注浆效果，若达到了设定的参数，则注浆结束；若没有达到设定的参数，则返回步骤1-5，继续注浆。

采用浆液材料为42.5普通硅酸盐水泥(4：1掺加粉煤灰)，水灰比为0.45～0.55。

花管出浆孔间距依据灌注需要确定，并外套橡胶单向截止阀，防止浆液回流；注浆管用两个橡胶封闭圈在花管内形成高压力灌注节段。灌注泥浆的主要作用是填充花管与孔壁之间的孔隙，由于泥浆的强度较低且强度形成时间较长，在自下而上逐节提管灌注时能够轻松突破泥浆，实现分层劈裂土体灌注。劈裂层间距控制在1.0m以内较好。

注浆效果的检查主要以注浆压力、灌注量以及路基边坡出浆为依据。现场灌注实验表明，灌浆压力0.5～1.5MPa时，在2.5～10.0m范围内皆可见水泥凝聚物。灌浆压力一般维持在1.2～1.5MPa之间，灌浆压力稳定30分钟后即可终止灌浆。

第二阶段分段分级开挖。

步骤2-2应对分段、分级进行自上而下、自左至右或自右至左的编号；用SN表示第N个横向分段，GN表示第N个竖向分级，其中：N为自然数；

分段分级开挖顺序为：S1G1-S1G2-S1G3-…-S1GN-S2G1-S2G2-…S2GN-……按此顺序循环，直至SNGN为止；或采用间隔跳槽开挖施工，

所述的间隔跳槽开挖施工，如下：

S1GN遍历后，隔开S2GN,进行S3GN的遍历，以此类推，直到SNGN；然后再返回开挖S2GN、S4GN、S6GN…直到SN-1GN。

或者隔两段，进行一次施工；或者是隔三段，进行一次施工；只要不是连续施工即可。

步骤2-3开挖过程中，分段分层方案在施工节段开挖完成后，进行本节段锚杆墙的施工；即在每一段的SNGN结束后，进行锚杆墙的施工。

若采用间隔跳槽开挖施工，该方法最大开挖宽度大约为12m。

第三阶段为挡墙施工及台前袖阀管劈裂注浆加固，加固同第一阶段。

本发明提出的袖阀管劈裂注浆加固一是对土体有挤密作用，可改变土的物性指标，如压实度提高，含水率降低等；可提高土的抗剪强度指标，如粘聚力的提高。二是桩土复合作用，依靠桩身摩阻力和桩底扩大端的支撑力把荷载传递到深层。三是空间骨架作用，水平成层的劈裂凝固浆液与微桩形成骨架与土体共同受力，沿桩身的支撑反力使土中应力方向和大小发生重分布并减缓了应力集中，有利于路基土体的稳定。此外，水平成层的凝固浆液阻断了毛细水上升的通道，使加固后路基的强度、刚度不会再次衰减。所采用的分级分段开挖，一方面可减小边坡的变形，可大大降低施工安全风险，另一方面方便并减少了挡墙侧模的架设，节约了施工成本。本专利提出的改建方法可以在加宽道路的同时而少占土地，利用原有路基，降低工程造价、缩短建设周期，经济可行。

Claims (9)

1.一种柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1桥台前坡填土开挖前，对桥台台后填土进行袖阀管劈裂注浆加固,在加固区域形成空间骨架的结构；

步骤2对桥台前坡填土分段分级开挖；

步骤3对桥台台前锚拉式柔性挡墙施工；

步骤4挡墙施工后台前桥下原状土加固。

2.如权利要求1所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,包括以下步骤：所述的步骤1中加固区域分为加固施工区域和加固影响区域，加固施工区域即钻孔的布置范围，加固影响区域为浆液劈裂土体的范围。

3.如权利要求2所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的加固施工区域的确定方法如下：

依据全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG的塑性区域分布，确定加固施工区域，其中加固施工区等于或大于全断面一次开挖极限破坏时的PEMAG的塑性区域分布；

其中，塑性应变PEMAG的表达式如式（1）所示：

$\mathrm{PEMAG}=\sqrt{\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}:{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{pl}}}---\left(1\right);$

式中，F_t为稳定安全系数；

和

分别表示拉伸和压缩等效塑性应变；

所述的加固影响区域为按要求进行注浆后，整个注浆土体即为加固影响区。

4.如权利要求1所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,步骤1所述的对桥台台后填土进行注浆加固采用的是袖阀管劈裂注浆加固，其加固过程如下：

步骤1-1.施工准备，利用制浆设备制备泥浆和浆液；

步骤1-2.利用钻孔设备进行机械钻孔；

步骤1-3.在孔内放置花管，在花管内放置注浆管，且花管与注浆管之间套装有两个橡胶封闭圈，在花管内形成高压力灌注节段；

步骤1-4.在注浆管内注泥浆，填充花管与孔壁之间的孔隙，且利用泥浆封孔；

步骤1-5在注浆管内注入浆液；

步骤1-6检测注浆效果，若达到了设定的参数，则注浆结束；若没有达到设定的参数，则返回步骤1-5，继续注浆。

5.如权利要求4所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的浆液材料为42.5普通硅酸盐水泥，且按4:1掺加粉煤灰，水灰比为0.45～0.55。

6.如权利要求4所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的泥浆采用水泥、粘土和水配制，水泥：粘土：水比例为1:1.5～1.53:1.9；水泥中按水泥：粉煤灰=4:1的比例掺加粉煤灰。

7.如权利要求4所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的花管外设有出浆孔，且在出浆孔设有防止浆液回流的单向截止阀。

8.如权利要求4所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的泥浆灌注采用的是自下而上逐节提管灌注，实现分层劈裂土体灌注，所述的劈裂层间距控制在1.0m以内。

9.如权利要求4所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的注浆效果的检查主要以注浆压力、灌注量以及路基边坡出浆为依据；具体为灌浆压力维持在1.2～1.5MPa之间，灌浆压力稳定30分钟后即可终止灌浆，路基边坡可见水泥凝聚物。

10如权利要求1所述的柱式桥台前坡挡墙化改造的方法，其特征在于,所述的步骤2台前填土分段分级开挖方法如下：

步骤2-1.结合挡墙和锚杆设计，进行横向分段S和竖向分级G开挖支护数量的确定；所述的横向分级数等于挡墙布置节段数，竖向分级数等于锚杆层数加一；

步骤2-2应对分段、分级进行自上而下、自左至右或自右至左的编号；用SN表示第N个横向分段，GN表示第N个竖向分级，其中：N为自然数；

分段分级开挖顺序为：S1G1-S1G2-S1G3-…-S1GN-S2G1-S2G2-…S2GN-……按此顺序循环，直至SNGN为止；或采用间隔跳槽开挖施工；

步骤2-3开挖过程中，分段分层方案在施工节段开挖完成后，进行本节段锚杆墙的施工；即在每一段的SNGN结束后，进行墙的施工。

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