CN109537605A - 一种多拱边坡预支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多拱边坡预支护结构。本申请的多拱边坡预支护结构包括与边坡坡面垂直的至少两个拱片，所述至少两个拱片至少部分地延伸进入边坡滑裂面之下的土体或岩石之内，且所述至少两个拱片至少部分地直接接触或重叠。在一种具体实施方式中，在对土体进行开挖之前，根据设计的开挖宽度计算出失稳破坏土体的体积，进而精确地设计并建造本申请的多拱边坡预支护结构的拱片形状和数量，从而实现对失稳破坏土体的精确支护。本申请还提供一种如上所述的多拱边坡预支护结构的施工方法。本申请的有益效果在于本申请的多拱边坡预支护结构可充分利用边坡土体失稳后形成的土拱效应、施工方便且可精确、经济合理地支护边坡土体。

Description

一种多拱边坡预支护结构及其施工方法

技术领域

本申请涉及岩土工程支护技术领域，具体来说，本申请涉及一种多拱边坡预支护结构及其施工方法。

背景技术

滑坡是一种常见的地质灾害，其可导致交通中断、建筑物坍塌等事故，严重时会造成生命财产的重大损失。土质边坡由于土体强度较低，难以保持又高又陡的边坡，特别是在对土体进行开挖施工的情况下，必须设置支挡工程才能保持其稳定。对于地下水发育的边坡，更需设置疏水排水工程才能保持土质边坡的稳定。但现有的边坡支护结构通常采用挡墙，这会占据有限的建筑空间。此外，现有边坡支护结构通常不能精确地预测边坡中失稳土体的量，从而对所有边坡土体都提供阻挡，这也造成了较大的资源浪费。

为此，本领域迫切需要一种可充分利用边坡土体失稳后形成的土拱效应、施工方便且可精确、经济合理地支护边坡土体的多拱边坡预支护结构及其施工方法。

发明内容

本申请之目的在于提供一种多拱边坡预支护结构，从而解决上述现有技术中的技术问题。本申请的多拱边坡预支护结构包括与边坡坡面垂直的至少两个拱片，所述至少两个拱片至少部分地延伸进入边坡滑裂面之下的土体或岩石之内，且所述至少两个拱片至少部分地直接接触或重叠。在一种具体实施方式中，在对土体进行开挖之前，根据设计的开挖宽度计算出失稳破坏土体的体积，进而精确地设计并建造本申请的多拱边坡预支护结构的拱片形状和数量，从而实现对失稳破坏土体的精确支护。

本申请之目的还在于提供一种如上所述的多拱边坡预支护结构的施工方法。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种多拱边坡预支护结构，所述多拱边坡预支护结构包括至少第一拱片和第二拱片；

其中，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第一拱片包括第一弧形近端端面、第一弧形远端端面以及所述在第一弧形近端端面和所述第一弧形远端端面之间纵向延伸第一长度的第一弧形拱壁；

其中，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第二拱片包括第二弧形近端端面、第二弧形远端端面以及所述在第二弧形近端端面和所述第二弧形远端端面之间纵向延伸第二长度的第二弧形拱壁；

其中，所述第一弧形拱壁具有向上凸起并直接接触边坡的第一凸起部分，所述第一弧形拱壁的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第一长度延伸进入边坡中；

其中，所述第二弧形拱壁具有向上凸起并直接接触边坡的第二凸起部分，所述第二弧形拱壁的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第二长度延伸进入边坡中；以及

其中，所述第一拱壁和第二拱壁至少部分地直接接触或重叠。

在第一方面的一种实施方式中，所述多拱边坡预支护结构还包括设置在所述第一拱片和第二拱片下方的支撑桩，所述支撑桩构造成支撑所述第一拱壁与第二拱壁直接接触或重叠的部分。

在第一方面的另一种实施方式中，所述多拱边坡预支护结构还包括设置在第一拱片下方且用于支撑不与第二拱壁直接接触或重叠的第一拱壁部分的第一支撑桩，以及设置在末端拱片下方且用于支撑不与其它拱片的拱壁直接接触或重叠的末端拱片的拱壁部分的末端支撑桩，且其中所述第一支撑桩和末端支撑桩耐受横向拉力的极限大于除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩耐受横向拉力的极限。

在第一方面的另一种实施方式中，所述多拱边坡预支护结构的拱片数量由边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体的土质决定。

在第一方面的另一种实施方式中，所述第一拱片、第二拱片或所述支撑桩中的一种或几种由混凝土制成。

在第二方面中，本申请提供一种如第一方面所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如第一方面所述的多拱边坡预支护结构。

在第二方面的一种实施方式中，本申请提供一种如第一方面所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片和支撑桩形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如第一方面所述的多拱边坡预支护结构。

在第二方面的另一种实施方式中，本申请提供一种如第一方面所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，制造具有相应形状的拱片预制件和支撑桩预制件；以及

第三步：根据设计要求，将在第二步中获得的拱片预制件和支撑桩预制件压入边坡土体中，得到如第一方面所述的多拱边坡预支护结构。

在第二方面的另一种实施方式中，本申请提供一种如第一方面所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如第一方面所述的多拱边坡预支护结构。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于本申请的多拱边坡预支护结构可充分利用边坡土体失稳后形成的土拱效应、施工方便且可精确、经济合理地支护边坡土体。

附图说明

图1示意性显示现有技术中根据土体开挖宽度计算失稳破坏土体体积的示意图。

图2示意性显示本申请的多拱边坡预支护结构的截面图。为了清楚地显示本申请的多拱边坡预支护结构的细节，图2略去了土体等细节，且显示与多拱边坡预支护结构的拱片纵向轴线垂直的截面图。

图3示意性显示本申请的多拱边坡预支护结构的俯视图。为了清楚地显示本申请的多拱边坡预支护结构的细节，图3略去了土体等细节，且显示与多拱边坡预支护结构的拱片纵向轴线平行的俯视图。

图4示意性显示设置在边坡土体之内的本申请的多拱边坡预支护结构的侧视图。

具体实施方式

下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。附图的尺寸与实际尺寸不成比例，为了清楚地显示某些特征，可能会夸大某些部件的尺寸。

滑坡可导致交通中断、建筑物坍塌等事故，严重时会造成生命财产的重大损失，因此通常需要为边坡设置支护结构，但现有的边坡支护结构通常采用挡墙，这会占据有限的建筑空间。此外，现有边坡支护结构通常不能精确地预测边坡中失稳土体的量，从而对所有边坡土体都提供阻挡，这也造成了较大的资源浪费。

本申请之目的在于提供一种可充分利用边坡土体失稳后形成的土拱效应、施工方便且可精确、经济合理地支护边坡土体多拱边坡预支护结构及其施工方法。

参考图1，图1示意性显示现有技术中根据土体开挖宽度计算失稳破坏土体体积的示意图。具体来说，当设计开挖土体101时，受开挖影响而失稳破坏土体呈现拱形102，且失稳破坏土体的体积可根据设计开挖土体101的宽度等参数来预测。关于通过设计开挖宽度预测失稳破坏土体的更多细节，可参见文献“Arch action over an excavated pit in astable scarp investigated by physical model test”，《Soils and Foundations》2011,51(4):723-735。

接下来将结合图2到图4，详细描述本申请的多拱边坡预支护结构。图2示意性显示多拱边坡预支护结构200的截面图。为了清楚地显示本申请的多拱边坡预支护结构的细节，图2略去了土体等细节，且显示与多拱边坡预支护结构的拱片纵向轴线垂直的截面图。图3示意性显示多拱边坡预支护结构200的俯视图。为了清楚地显示本申请的多拱边坡预支护结构的细节，图3略去了土体等细节，且显示与多拱边坡预支护结构的拱片纵向轴线平行的俯视图。图3示意性显示设置在边坡土体之内的多拱边坡预支护结构200的侧视图。

首先参考图2，根据本申请的多拱边坡预支护结构200包括至少第一拱片210 和第二拱片220。应理解，虽然本文附图中显示多拱边坡预支护结构仅包含两个拱片，但本领域技术人员可以根据实际施工情况采用任意数量的拱片，例如3个、4 个、5个、10个、20个拱片等。在一种实施方式中，所述多拱边坡预支护结构的拱片数量由边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体的土质决定。

同时参考图2和图3，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第一拱210包括第一弧形近端端面211、第一弧形远端端面212以及所述在第一弧形近端端面和所述第一弧形远端端面之间纵向延伸第一长度的第一弧形拱壁213。类似地，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第二拱片220包括第二弧形近端端面221、第二弧形远端端面222以及所述在第二弧形近端端面和所述第二弧形远端端面之间纵向延伸第二长度的第二弧形拱壁223。

参考图4，在一种具体实施方式中，所述第一弧形拱壁213具有向上凸起并直接接触边坡的第一凸起部分，所述第一弧形拱壁213的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第一长度延伸进入边坡中。类似地，所述第二弧形拱壁223 具有向上凸起并直接接触边坡的第二凸起部分，所述第二弧形拱壁223的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第二长度延伸进入边坡中。在上述实施方式中，所述第一拱壁213和第二拱壁223至少部分地重叠。在另一种实施方式中，第一拱壁213和第二拱壁223可至少部分地相互直接接触。

本文所述的多拱边坡预支护结构可在开挖土体之前形成，具体施工方法如下文所详细描述。第一拱片210和第二拱片220都至少部分地延伸进入边坡土体，所以无需像挡墙结构一样占用预支护结构下方的施工空间。在图4所示的实施方式中，第一拱片210的纵向轴线600垂直于坡面。

此外，本文所述的多拱边坡预支护结构的各拱片垂直于坡面，各拱片的凸起部分可将土体的下滑力转换成横向的力，并通过直接接触或重叠的拱璧部分传递给相邻拱片。因此，在失稳破坏土体体积已知的情况下，本申请的多拱边坡预支护结构可精确地支护失稳土体。

在图2所示的实施方式中，多拱边坡预支护结构200还包括设置在所述第一拱片210和第二拱片220下方的支撑桩320，支撑桩320构造成支撑所述第一拱壁与第二拱壁直接接触或重叠的部分。

在图2所示的实施方式中，多拱边坡预支护结构200还包括设置在第一拱片 210下方且用于支撑不与第二拱壁直接接触或重叠的第一拱壁部分的第一支撑桩 310，以及设置在末端拱片(在这种情况下为第二拱片220)下方且用于支撑不与其它拱片的拱壁直接接触或重叠的末端拱片的拱壁部分的末端支撑桩330。在一种具体实施方式中，所述第一支撑桩310和末端支撑330桩耐受横向拉力的极限大于除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩(例如支撑桩320)耐受横向拉力的极限。

在一种具体实施方式中，第一拱片210、第二拱片220或支撑桩310,320,330 中的一种或几种由混凝土制成。

在一种实施方式中，本申请还提供一种多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法可包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到所述多拱边坡预支护结构。

在另一种实施方式中，本申请提供一种多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片和支撑桩形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到所述多拱边坡预支护结构。

在另一种实施方式中，本申请提供一种多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，制造具有相应形状的拱片预制件和支撑桩预制件；以及

第三步：根据设计要求，将在第二步中获得的拱片预制件和支撑桩预制件压入边坡土体中，得到所述多拱边坡预支护结构。

在另一种实施方式中，本申请提供一种多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到所述多拱边坡预支护结构。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (9)

1.一种多拱边坡预支护结构，所述多拱边坡预支护结构包括至少第一拱片和第二拱片；

其中，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第一拱片包括第一弧形近端端面、第一弧形远端端面以及所述在第一弧形近端端面和所述第一弧形远端端面之间纵向延伸第一长度的第一弧形拱壁；

其中，将朝向边坡外表面的一端视为近端且将朝向边坡土体内部的一端视为远端，所述第二拱片包括第二弧形近端端面、第二弧形远端端面以及所述在第二弧形近端端面和所述第二弧形远端端面之间纵向延伸第二长度的第二弧形拱壁；

其中，所述第一弧形拱壁具有向上凸起并直接接触边坡的第一凸起部分，所述第一弧形拱壁的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第一长度延伸进入边坡中；

其中，所述第二弧形拱壁具有向上凸起并直接接触边坡的第二凸起部分，所述第二弧形拱壁的纵向轴线与边坡坡面垂直，且至少一部分的所述第二长度延伸进入边坡中；以及

其中，所述第一拱壁和第二拱壁至少部分地直接接触或重叠。

2.如权利要求1所述的多拱边坡预支护结构，其特征在于，所述多拱边坡预支护结构还包括设置在所述第一拱片和第二拱片下方的支撑桩，所述支撑桩构造成支撑所述第一拱壁与第二拱壁直接接触或重叠的部分。

3.如权利要求2所述的多拱边坡预支护结构，其特征在于，所述多拱边坡预支护结构还包括设置在第一拱片下方且用于支撑不与第二拱壁直接接触或重叠的第一拱壁部分的第一支撑桩，以及设置在末端拱片下方且用于支撑不与其它拱片的拱壁直接接触或重叠的末端拱片的拱壁部分的末端支撑桩，且其中所述第一支撑桩和末端支撑桩耐受横向拉力的极限大于除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩耐受横向拉力的极限。

4.如权利要求1-3中任一项所述的多拱边坡预支护结构，其特征在于，所述多拱边坡预支护结构的拱片数量由边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体的土质决定。

5.如权利要求1-3中任一项所述的多拱边坡预支护结构，其特征在于，所述第一拱片、第二拱片或所述支撑桩中的一种或几种由混凝土制成。

6.一种如权利要求1所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如权利要求1所述的多拱边坡预支护结构。

7.一种如权利要求2所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片和支撑桩形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如权利要求2所述的多拱边坡预支护结构。

8.一种如权利要求2所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片和支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片和支撑桩的形状和数量，制造具有相应形状的拱片预制件和支撑桩预制件；以及

第三步：根据设计要求，将在第二步中获得的拱片预制件和支撑桩预制件压入边坡土体中，得到如权利要求2所述的多拱边坡预支护结构。

9.一种如权利要求3所述的多拱边坡预支护结构的施工方法，所述方法包括下述步骤：

第一步：根据边坡坡脚的开挖宽度以及边坡土体土质，计算失稳土体的体积，然后确定所需拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量；

第二步：根据第一步中确定的拱片、第一支撑桩、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量，在边坡中钻孔形成与拱片、末端支撑桩以及除了第一支撑桩和末端支撑桩以外的其它支撑桩的形状和数量相对应的空腔；以及

第三步：向第二步中形成的空腔中灌注混凝土，待混凝土凝固后得到如权利要求3所述的多拱边坡预支护结构。