CN110241833B - 防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统、支护及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统、支护及修复方法，支护系统包括均匀设置的多个四铰式预制锚墩，每个四铰式预制锚墩具有四个相互垂直的连接段，相邻两个四铰式预制锚墩的水平连接段之间铰接有多个两铰式预制肋梁，相邻两个四铰式预制锚墩的竖直连接段之间铰接有多个两铰式预制肋柱，构成铰接型全预制格构梁；四铰式预制锚墩的中心设有锚索孔，四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱上均匀设有多个预埋吊钩，短锚杆通过CC型花兰螺丝与预埋吊钩连接。本发明具有良好的边坡支护稳定性和刚度，现场施工难度低，周期短，无需设置伸缩缝，能够适应小变形，避免应力集中，有效控制水土流失，利于环境保护。

Description

防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统、支护及修复方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统、支护及修复方法。

背景技术

中国是一个地质灾害多发的国家，以2018年全国地质灾害为例，全年共发生地质灾害2699起，其中滑坡(1631起，占比55％)为主，在全国地质灾害中，由自然因素引发的占总数的92.3％，人为因素引发的占总数7.7％，自然因素主要为降雨，人为因素主要为切坡。近年来，新建高速公路逐渐增多，高速公路建设过程必将形成一定数量的土质路堑高边坡，如果不及时支护，容易引起水土流失、滑坡等，存在较大安全隐患且对周围环境造成较大威胁，不利于环境保护。

预应力锚索格构支护体系是上世纪九十年代出现的一种主动支护结构，该结构是将钢筋混凝土格构梁和预应力锚索整合在一起，通过锚索、格构梁和边坡岩土体三者之间的相互作用形成的一种加固体系，承受不稳定岩土体下滑时产生的岩土体下滑力，从而维持了边坡岩土体的稳定，被广泛运用于公路边坡支护和病害的修复与加固工程中。但实际工程中，常见的锚索格构梁存在如下问题：

1、边坡裸露时间长，工序间隔长，支护不及时；预应力锚索格构梁支护体系常见的施工工序为：边坡开挖——锚索施工——格构梁施工——锚索张拉锁定——边坡防护，工序衔接上要求随挖随支随护，已开挖坡面暴露时间及各工序间间隔时间不宜过长。由于高边坡所处的环境相对复杂，主要在一些丘陵山区地带，土质边坡在施工中，通常土方开挖修坡后，将边坡裸露于大气环境中，未防水覆盖，直到最后一道施工工序——坡面防护。在这期间，会伴有不确定的自然灾害，如短时强降雨、坡面崩塌等，降雨、干湿循环等作用造成裸露边坡表面土体易开裂、冲刷严重，降雨更易入渗，内部表层滞水形成暂态饱和区，尤其是水敏性强的膨胀土、红黏土等特殊土，抗剪强度指标降低，边坡安全系数降低。另外，格构梁施工主要为混凝土现浇，必须经过挖槽、立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、拆模、养护等复杂的工序，且只有混凝土达到设计强度要求后才能进行锚索张拉及锁定。施工速度慢，周期长，开挖坡面裸露时间久，工序间隔时间长，不利于施工过程的变形及稳定性控制，给施工加大难度，产生安全隐患，且由于支护不及时而造成的滑坡事故时有发生，造成较大损失。

2、格构梁型式有待改进；格构梁为混凝土结构，一般采用最大弯矩对肋梁、肋柱进行配筋设计，考虑热胀冷缩作用，其沿边坡长度方向必须进行分缝，从而钢筋用量造成了一定量的浪费。同时，该结构为刚性结构，不允许被支护土体产生变形，对具有胀缩性的膨胀土、红黏土等，易积蓄膨胀能产生膨胀力，超出结构承载能力会造成格构梁结构破坏。

3、施工人员工种及数量多，效率低，安全投入大；现有的格构梁施工主要为混凝土现浇，必须经过挖槽、立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、拆模、养护等复杂的工序。钢筋采用现场坡面绑扎、焊接方式采用对接焊；用短锚杆固定在坡面上以支撑模板或用铁丝拉住模板；物料运输、钢筋绑扎、模板安拆、混凝土浇筑等多依赖人工完成。因此，常规的格构梁现场施工存在施工人员工种及数量多，劳动强度大，劳动效率低的现象。在陡峭的边坡上需要搭建脚手架，需要用较长时间，可能会延长工期，同时也会给工人的安全带来风险，安全成本投入也会很多。

4、格构梁混凝土浇筑施工困难，质量难控制，破坏修复成本高；混凝土浇注前，应调配好人员、机具及原材料，防止浇注过程中发生中断及其他事故；混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土；混凝土塌落度不宜过大，以防止混凝土沿坡面流淌滑动，也可适量掺入速凝剂；完工后，采用塑料薄膜覆盖，以浇水的养护方式。总体而言，格构梁肋柱混凝土浇筑需严格控制坍落度，若遇恶劣的天气，难以保证格构梁质量，施工周期相对较长。格构梁在使用过程中受到灾害会破坏，由于是现场浇筑形成的一个整体，某一部分破坏需要整体拆除重新浇筑，增加后期维护成本、技术难度，成本高，严重浪费资源。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，具有良好的边坡支护稳定性和刚度，现场施工难度低，施工周期短，易拆装、养护，无需设置伸缩缝，能够适应小变形，进行应力释放，避免应力集中，能有效控制水土流失，有利于环境保护，解决了现有技术中传统预应力锚索格构支护在较陡边坡和复杂边坡施工难度大的问题。

本发明的另一目的是，提供一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的支护方法。

本发明的另一目的是，提供一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法。

本发明所采用的技术方案是，一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，包括均匀设置的多个四铰式预制锚墩，每个四铰式预制锚墩具有四个相互垂直的连接段，相邻两个四铰式预制锚墩的水平连接段之间铰接有多个两铰式预制肋梁，相邻两个四铰式预制锚墩的竖直连接段之间铰接有多个两铰式预制肋柱，四铰式预制锚墩四个连接段的端部均设有第一铰接接头，两铰式预制肋梁和两铰式预制肋柱的两端均设有第二铰接接头，第一铰接接头、第二铰接接头的形状相匹配，第一铰接接头、第二铰接接头上均设有铰链连接孔，单个高强连接螺栓穿过对应的铰链连接孔将第一铰接接头和第二铰接接头铰接，多个四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱连接为整体构成铰接型全预制格构梁，铰接型全预制格构梁的下方布置有植被毯；四铰式预制锚墩的中心设有锚索孔，预应力锚索穿过锚索孔并通过锚具固定，四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱上均匀设有多个预埋吊钩，与每个预埋吊钩对应的位置处均布置有短锚杆，短锚杆通过CC型花兰螺丝与预埋吊钩连接。

进一步的，所述CC型花兰螺丝包括主体和两个C型弯钩，主体的两端分别螺纹连接有C型弯钩，两个C型弯钩分别与短锚杆、预埋吊钩连接。

进一步的，部分所述短锚杆布置于四铰式预制锚墩竖直段及两铰式预制肋柱的两侧，另一部分短锚杆布置于四铰式预制锚墩水平段及两铰式预制肋梁的上侧；短锚杆的长度为3-5m。

进一步的，所述四铰式预制锚墩竖直段长度为四铰式预制锚墩水平段长度的

倍，两铰式预制肋柱的长度为两铰式预制肋梁长度的

倍，n为坡比。

进一步的，所述四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁两铰式预制肋柱均为采用轻质高强混凝土制得的预应力全预制式结构。

进一步的，所述第一铰接接头、第二铰接接头处设有钢垫片，避免混凝土的直接接触摩擦。

进一步的，所述第一铰接接头的截面为“L”形，第一铰接接头与第二铰接接头的截面相互匹配形成铰接结构；两铰式预制肋梁与对应的第二铰接接头形成“T”字型或“Z”字型；两铰式预制肋柱与对应的第二铰接接头形成“T”字型或“Z”字型；第一铰接接头、第二铰接接头的长度均为0.1～0.2m。

一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的支护方法，采用上述防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，具体按照以下步骤进行：

S1，坡面清理：采用施工机械从上而下分层修坡，开挖至锚索孔位置时，沿坡面向下继续开挖至深度为相邻锚索孔间距的一半，将坡面清理干净；

S2，铺设植被毯：从上向下平整铺设植被毯，植被毯是以农作物稻、麦秸秆及椰丝为基质，通过粉碎、碾压，缝纫加工做成的纤维网孔状结构，两张植被毯连接处搭接5cm；采用U型钉将植被毯的搭接部位和边缘部位固定牢固；

S3，预应力锚索施工：按设计要求，结合实际坡面，准确确定锚索孔及短锚杆的布置位点并标注，锚索孔的位点偏差不得超过±10mm，在锚索孔的位点进行预应力锚索施工；

S4，全预制格构梁拼接：在短锚杆的位点打入短锚杆，通过吊车绳索将四铰式预制锚墩吊装在支护面层上对应位点，使预应力锚索穿过锚索孔，两个四铰式预制锚墩的水平连接段之间的支护面层对应位点深埋多个两铰式预制肋梁，两个四铰式预制锚墩的竖直连接段之间的支护面层对应位点深埋多个两铰式预制肋柱，通过CC型花兰螺丝将短锚杆与预埋吊钩连接，采用高强连接螺栓将多个四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱连接为整体构成铰接型全预制格构梁；

S5，锚索张拉和锁定：当锚索浆体达到设计强度后进行张拉并锁定，取出临时固定的CC型花兰螺丝；

S6，封锚：用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分间的空隙，最后对锚头采用强度不低于C25的混凝土进行封锚。

进一步的，所述S4中，全预制格构梁拼接，具体按照以下步骤进行：

S41，根据标注位置剪开植被毯，向下开挖30～40cm，形成用于深埋四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁和两铰式预制肋柱的基础开槽；

S42，在短锚杆的位点打入短锚杆，通过吊车绳索将四铰式预制锚墩吊装在支护面层上对应的基础开槽上方悬停，使预应力锚索穿过锚索孔，缓慢释放绳索，四铰式预制锚墩贴坡后，通过CC型花兰螺丝将短锚杆与预埋吊钩连接，调整CC型花兰螺丝，使四铰式预制锚墩精确到标注位点，拆掉吊车绳索；采用相同方式将两铰式预制肋梁和两铰式预制肋柱吊运并安放；

S43，采用高强连接螺栓穿过铰链连接孔将第一铰接接头和第二铰接接头铰接，多个四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱连接为整体构成铰接型全预制格构梁。

一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，基于上述防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，具体为：当全预制式格构梁某一部分的两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱被破坏，拆下被破坏的两铰式预制肋梁和两铰式预制肋柱，分别在更换的两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱与边坡土体之间设有扭矩结构，扭矩结构包括连接轴、扭簧，连接轴穿过对应的铰链连接孔和扭簧，连接轴与对应的两铰式预制肋梁或两铰式预制肋柱固定连接，扭簧的一端与对应的两铰式预制肋梁或两铰式预制肋柱的第二铰接接头连接，扭簧的另一端与四铰式预制锚墩的第一铰接接头连接。

本发明的有益效果是，本发明具有以下优点：

1、由于路堑边坡的传统框架梁是整体结构，扩建时，不可拆卸，只能破坏拆除，重新制作，成本高，严重浪费资源。但是本发明全预制格构梁易拆装，在道路扩建中，能够重复利用，节约资源，具有重要的实际应用价值；连接处采用单个高强连接螺栓铰接，允许连接铰链转动，因此无需设置伸缩缝，且可适应小变形，进行应力释放，避免传统格构梁不能发生变形导致的应力集中的问题。

2、本发明铰接型全预制格构梁的下方布置有植被毯，边坡开挖整理后立即铺筑，减少了边坡裸露于大气环境时间，降低大气环境干湿循环作用对边坡的影响，提高施工期边坡稳定性；由于植被毯为纤维网孔状结构，利于植物生长，施工工艺简单，施工速度快，施工成本低，可以在斜面上生长；具有很强的控制水土流失的能力，在环境保护方面具有重要的应用价值。

3、本发明采用四铰式预制锚墩、两铰式预制肋梁、两铰式预制肋柱与短锚杆相结合的支护形式，短锚杆可作为施工时的格构梁的定位，同时打入土体，提高了土体的整体刚度和稳定性，从而提高整体结构的安全性。

4、本发明采用全预制格构梁，所有构件提前在预制厂预制，与传统格构梁相比，本发明全预制格构梁对人员的技术要求、数量的需求明显降低，总工期明显缩短；使路堑边坡以最快的速度得以支护，降低因边坡卸荷松弛而引起边坡滑坡的可能，路堑边坡现场施工人员的数量减少，边坡失稳滑坡而引起的人员伤亡显著降低；本发明施工方便，降低现场施工难度，加快施工速度，增强施工期边坡稳定性，降低滑坡失事风险；有效解决传统格构梁肋柱混凝土浇筑过程中因边坡较陡，混凝土坍落度需严格控制，施工养护难等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中四铰式预制锚墩的结构示意图。

图3a为本发明实施例中两铰式预制肋梁为Z型的结构示意图。

图3b为本发明实施例中两铰式预制肋梁为T型的结构示意图。

图4为本发明实施例中格构梁基础施工、短锚杆相对位置示意图。

图5为本发明全预制格构梁临时固定结构示意图。

图6为本发明支护方法的流程图。

图7为本发明实施例中边坡结构图。

图8为传统格构梁结构受力简图和弯矩图。

图9为本发明结构受力简图和弯矩图。

图10为传统格构梁与本发明格构梁的受力和弯矩对比图。

图11为本发明实施例中扭矩结构的结构示意图。

图中，1.植被毯，2.四铰式预制锚墩，3.两铰式预制肋梁，4.两铰式预制肋柱，5.锚索孔，6.预埋吊钩，7.高强连接螺栓，8.铰链连接孔，9.基础开槽，10.短锚杆，11.CC型花兰螺丝，12.U型钉，13.覆土槽，14.第一铰接接头，15.第二铰接接头，16.扭矩结构，17.连接轴，18.扭簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例，

如图1-5所示，一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，包括均匀设置的多个四铰式预制锚墩2，每个四铰式预制锚墩2具有四个相互垂直的连接段，相邻两个四铰式预制锚墩2的水平连接段之间铰接有多个两铰式预制肋梁3，相邻两个四铰式预制锚墩2的竖直连接段之间铰接有多个两铰式预制肋柱4，四铰式预制锚墩2的四个连接段端部均设有第一铰接接头14，两铰式预制肋梁3和两铰式预制肋柱4的两端均设有第二铰接接头15，第一铰接接头14、第二铰接接头15的形状相匹配，第一铰接接头14、第二铰接接头15上均设有铰链连接孔8，单个或多个高强连接螺栓7穿过对应的铰链连接孔8将第一铰接接头14和第二铰接接头15铰接，多个四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4连接为整体构成铰接型全预制格构梁，铰接型全预制格构梁的下方布置有植被毯1；四铰式预制锚墩2的中心设有锚索孔5，预应力锚索穿过锚索孔5并通过锚具固定，四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4上均匀设有多个预埋吊钩6，每个预埋吊钩6的设置位置均布置有短锚杆10，短锚杆10通过CC型花兰螺丝11与预埋吊钩6连接。

CC型花兰螺丝11包括主体和两个C型弯钩，主体的两端分别螺纹连接有C型弯钩，两个C型弯钩分别与短锚杆10、预埋吊钩6连接；通过旋转C型弯钩，能够调节两个C型弯钩的相对距离，从而调节CC型花兰螺丝11的长度；本发明采用CC型花兰螺丝11临时连接短锚杆10和预埋吊钩6，若出现拉力松弛，四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4位置偏移，只需调节CC型花兰螺丝11的长度，即可调整四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4至指定位置，使用方便；在施工过程中，短锚杆10与CC型花兰螺丝11用于对四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3临时固定；锚索张拉并由锚具固定后，CC型花兰螺丝11的临时固定作用已完成，取下CC型花兰螺丝11，便于下次施工重复使用，节约资源。

短锚杆10布置于四铰式预制锚墩2竖直段及两铰式预制肋柱4的两侧，因重力作用，只需在四铰式预制锚墩2水平段及两铰式预制肋梁3的上侧布置短锚杆10；四铰式预制锚墩2的锚索孔5处设有钢垫板，钢垫板为预应力锚索锚固时的承压板，防止局部混凝土压碎，格构梁的底部均设有基础开槽9，用于深埋格构梁，增强支护作用。

四铰式预制锚墩2竖直段长度为四铰式预制锚墩2水平段长度的

倍，两铰式预制肋柱4的长度为两铰式预制肋梁3长度的

倍，n为坡比；因为边坡具有一定坡比，而本发明在两铰式预制肋柱4中增加了铰链，铰链位置沿两铰式预制肋柱4方向也是按比例分配的，所以需要按坡比n计算。

一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护方法，如图6所示，采用上述支护系统，具体按照以下步骤进行：

S1，坡面清理：采用施工机械从上而下分层修坡(即开挖一级，防护一级)，开挖至锚索位置时，沿设计坡面向下继续开挖至深度为相邻锚索孔5间距的一半，方便安放锚索钻孔设备，将坡面清理干净；

严格按设计坡率、坡高测量放线，安放坡度架，按线开挖，不得超、欠挖；分级开挖、分级支护：尤其在高边坡及地质条件差的情况下，要先施工上一级边坡锚索格构梁，并进行张拉，在达到有效防护的条件下，才能开挖施工下一级边坡；分层、分段开挖：当边坡地质条件差或上一级边坡的防护还没有达到要求而下一级边坡需要开挖时，为了减少对边坡扰动应采取减小边坡开挖高度的办法，将设计的每级边坡分层开挖，或将同一级边坡分成几段，间隔开挖，分段防护。

S2，铺设植被毯1：从上向下平整铺设植被毯1，不要出现折皱，植被毯1是以农作物稻、麦秸秆及椰丝为基质，通过粉碎、碾压，缝纫加工做成的纤维网孔状结构，两张植被毯1连接处搭接5cm；如图7所示，采用U型钉12将植被毯1的搭接部位和边缘部位固定牢固，具体的，每平方需要5个U型钉12，连续铺设的间隔为50cm；边坡的顶端还设有覆土槽13，植被毯1的上端铺于覆土槽13底部并通过U型钉12固定，覆土槽13内填充土体，用于固定植被毯1，防止植被毯1滑移。

边坡开挖整理后立即铺筑防水保湿的植被毯1，减少了边坡裸露于大气环境时间，降低大气环境对边坡土体的作用。由于植被毯1为纤维网孔状结构，利于植物生长，施工工艺简单，施工速度快，施工成本低，可以在斜面上生长；在草坪未成型前，覆盖坡面后，能有效的防止风、热、水等不利因素对土壤的侵蚀。提高土壤的墒情，降低边坡土体失水开裂、更好抑制扬尘；同时，降雨条件下使坡面不受雨水冲蚀，起到保护边坡土壤的作用。此外因其有充足空隙可让土壤及草根渗入其中，草根与植被毯1的纤维网孔状结构完美的结合成一体再向植被毯1下面的土壤深处生长，达到土壤与材料完全结合，形成天然的地表坡面保护层，具有很强的控制水土流失的能力；减少灌溉和雨水对种子的冲刷、丢失，保证草种的快发芽、快出苗、快成坪。

采用植被毯1缩短边坡裸露时间，减少大气环境对路堑边坡的影响；最大限度降低了大气环境对水敏性土质(红黏土、膨胀土等的湿胀干缩)边坡的影响，提高边坡稳定性，降低边坡失稳可能。

S3，预应力锚索施工：按设计要求，结合实际坡面，准确确定锚索孔5及短锚杆10的布置位点并标注(可采用红油漆标注，简单易识别)，锚索孔5的位点偏差不得超过±10mm，在锚索孔5的位点进行预应力锚索施工，包括测量放样、造孔、编索、锚索安装、注浆。

S4，全预制格构梁拼接：在短锚杆10的位点打入短锚杆10，通过吊车绳索将四铰式预制锚墩2吊装在支护面层上对应位点，使预应力锚索穿过锚索孔5，两个四铰式预制锚墩2水平连接段之间的支护面层对应位点深埋多个两铰式预制肋梁3，两个四铰式预制锚墩2竖直连接段之间的支护面层对应位点深埋多个两铰式预制肋柱4，通过CC型花兰螺丝11将短锚杆10与预埋吊钩6连接，采用高强连接螺栓7将多个四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4连接为整体构成铰接型全预制格构梁。

短锚杆10直接打入土体为格构梁的定位，短锚杆10布置位于与预埋吊钩6一致，短锚杆10的长度为3-5m，与土体共同作用，提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，减少发生突发性塌滑。

全预制格构梁拼接具体按照以下步骤进行：

S41，根据标注位置剪开植被毯1，向下开挖30～40cm，形成用于深埋四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3和两铰式预制肋柱4的基础开槽9；

S42，在短锚杆10的位点打入短锚杆10，通过吊车绳索将四铰式预制锚墩2吊装在支护面层上对应的基础开槽9上方悬停，使预应力锚索穿过锚索孔5，缓慢释放绳索，四铰式预制锚墩2贴坡后，通过CC型花兰螺丝11将短锚杆10与预埋吊钩6连接，调整CC型花兰螺丝11，使四铰式预制锚墩2精确到标注位点，拆掉吊车绳索；采用相同方式将两铰式预制肋梁3和两铰式预制肋柱4吊运并安放。

本发明适用于土质边坡支护，施工方便，预制格构梁可直接固定在支护面层，省去脚手架安装；调整CC型花兰螺丝11的过程中，缓慢释放绳索，由于四铰式预制锚墩2与土体接触反力，减少绳索拉力，直到最终绳索拉力为0，完全释放；在这中间，通过CC型花兰螺丝11传递给短锚杆10的拉力增加，使得短锚杆10有一定的变形，通过反复调紧CC型花兰螺丝11，来抵消这些变形。

现有格构梁采用现场绑扎钢筋及现浇混凝土，无法对钢筋施加预应力的。但是本发明采用预应力全预制式结构，四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4均在预制厂预制，可充分发挥钢筋的抗拉、混凝土的抗压(混凝土尽可能不出现拉应力区)。常规混凝土在不受力的情况下，混凝土是不受拉。锚索张拉后，混凝土受力，见图8，对混凝土弯矩图下部(离地侧)的出现负弯矩，若此时混凝土中未布置钢筋，则混凝土将出现受拉区(存在拉应力)，混凝土将脆断；若布置钢筋，则主要由钢筋来承担这部分负弯矩。若采用预应力钢筋混凝土，相同结构尺寸、相同钢筋布置的结构能更加充分发挥混凝土与钢筋材料的性能优势。

S43，采用高强连接螺栓7穿过铰链连接孔8将第一铰接接头14和第二铰接接头15铰接，多个四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4连接为整体构成铰接型全预制格构梁。

如图3a-3b所述，第一铰接接头14、第二铰接接头15的截面为相互匹配的L型，具体地，第一铰接接头14的截面形状为“┛”、“┗”、“┏”或“┓”，使得两铰式预制肋梁3与对应的第二铰接接头15形成“T”字型或“Z”字型；两铰式预制肋梁4与对应的第二铰接接头15形成“T”字型或“Z”字型；采用“T”与倒“T”字型的肋梁组合，最后形成“T”字型的肋梁架在两端“┗”、“┛”中间，内插形成“┗T┛”结构，方便实际施工；采用“Z”字型肋梁，相邻的两个预制构件接头截面相互匹配，方便接头处理。

便于两个铰接接头紧密贴合；第一铰接接头14、第二铰接接头15的长度为0.1～0.2m，形成铰接结构，该点处的弯矩为0，使该结构最大的弯矩比传统结构得到有效降低；同时，该点微小转动来适应胀缩性特殊土的微小变形，使得膨胀能得以释放，第二铰接接头15的长度由高强连接螺栓7及安装施工共同决定；单个或多个高强连接螺栓7穿过对应的铰链连接孔8将第一铰接接头14和第二铰接接头15铰接，连接方式灵活，高强连接螺栓7的受力通过结构强度综合确定。若连接处采用单个高强连接螺栓7铰接；与传统格构梁的多次超静定结构相比，本发明该结构为静定结构，调整两个第一铰接接头14和第二铰接接头15铰接的间距，如果间距加大，如图8-9所示弯矩图下面的负值就越大，中间上部弯矩的正值变小，从而使四铰式预制锚墩2处的最大弯矩值减小，两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4的中间弯矩值变大且与四铰式预制锚墩2的弯矩差值变小，降低峰值弯矩，从而使两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4得到更充分的利用，也可优化结构尺寸和减少钢筋用量。

此外，传统格构梁为刚性结构，格构梁本身不允许变形，土体内部易积聚膨胀能，对结构产生更大的作用力使结构破坏；本发明因连接处采用单个高强连接螺栓7铰接，改变了结构形式增加铰接点，使结构为柔性结构，可允许连接铰链转动，无需设置伸缩缝，且可适应小变形，土体内部膨胀能得以释放；避免传统格构梁不能发生变形导致的应力集中的问题，改变了格构梁结构弯矩受力，沿肋梁长度方向，除两端之外，其内部由于无分缝而形成的悬臂结构，见图10(图10中的弯矩数值与对应的图8或图9相同)，使得本发明比传统结构分缝处的锚墩结构弯矩值明显变小。

S5，锚索张拉和锁定：当锚索浆体达到设计强度后进行张拉并锁定，取出临时CC型花兰螺丝11；通过现场张拉试验，确定张拉及锁定方式。锚索张拉及锁定分级进行，严格按设计要求和操作规程执行。在设计张拉完成后，适时进行一次补偿张拉，从锚具量起，留出长5～10cm预应力锚索，其余部分截去，然后锁定，取出CC型花兰螺丝11。

S6，封锚：用水泥净浆注满钢垫板(即锚垫板)及锚头各部分间的空隙，最后对锚头采用强度不低于C25的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。

与传统格构梁现场施工相比，本发明格构梁构件实现了全部预制，现场无混凝土浇筑，减少了绑扎钢筋、拆立模、混凝土浇筑及养护等施工工序，预制厂采用常规方法浇筑两铰式预制肋柱4，有效解决两铰式预制肋柱4现场浇筑难题，同时减少边坡现场施工人员工种与数量，减少施工机械种类，缩短施工工期，具体见表1-2。

表1 传统格构梁施工

表2 本发明全预制格构梁施工

由表1、表2可知，与传统格构梁相比，本发明全预制格构梁对人员的技术要求、数量的需求明显降低，总工期明显缩短；使路堑边坡以最快的速度得以支护，降低因边坡卸荷松弛而引起边坡滑坡的可能，路堑边坡现场施工人员的数量减少，边坡失稳滑坡而引起的人员伤亡显著降低；本发明降低现场施工难度，加快施工速度，增强施工期边坡稳定性，降低滑坡失事风险；有效解决传统格构梁肋柱混凝土浇筑过程中因边坡较陡，混凝土坍落度需严格控制，施工养护难等问题。格构梁采用全预制，无需现场浇筑，解决了现场浇筑所带来的一系列问题(搭拆脚手架、绑扎钢筋、立拆模板、控制坍落度浇筑、工序衔接；现场施工人员与施工机械)，降低施工难度，更适用于在较陡边坡和复杂边坡施工。

边坡出现险情后，格构梁破坏，对边坡进行险情处理及边坡修复：

铰链处变更为具有扭矩的结构，因环境等因素作用，导致土体作用力增加，使得格构梁某一部分的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4被破坏，需要全部重新更换，但是该部分土体不受约束；如果将被破坏的地方切除，更换被破坏的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4，然而，原有的锚固力已存在且不能卸荷再张拉，故无论采用铰链还是固结方式，其梁柱都未对现有土体进行约束；需要在节点施加具有扭矩的梁柱，从而有荷载约束土体，提高支护强度。

采用铰链式结构是为了提高适应膨胀性土体边坡的适应性，使传统刚性结构通过铰链方式变成能够适应边坡膨胀与收缩的柔性结构。而且，结构本身可以通过预应力锚索的张拉来使框架结构受力。支护时若采用扭矩结构，作用原理与铰链结构不一样，失去了增加铰链与调整铰链间间距对结构弯矩重分布的作用。

边坡出现格构梁破坏，其格构梁的梁、柱破坏后且锚墩与锚索有效，现有技术采用的是现浇格构梁，只能将格构梁全部拆除重新浇筑，预应力锚索重新打孔与张拉。采用扭矩结构的出发点是利用未破坏的锚索与锚墩(相对于四铰式预制锚墩2且完成了锚索张拉)不需全部更换格构结构，只更换已破坏的肋梁、肋柱。但采用预制肋梁、肋柱新更换后，其对土体无任何作用力，不能对边坡土体起到支护作用(相当于无支护边坡。该边坡有结构支护时都造成了支护结构破坏，若无支护时边坡更易造成边坡滑坡)；如图11所示，本发明分别在更换的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4与边坡土体之间设有扭矩结构16，扭矩结构16包括连接轴17、扭簧18，连接轴17穿过对应的铰链连接孔8和扭簧18，连接轴17与对应的两铰式预制肋梁3或两铰式预制肋柱4固定连接，扭簧18的一端与对应的两铰式预制肋梁3或两铰式预制肋柱4的第二铰接接头15连接，扭簧18的另一端与四铰式预制锚墩2的第一铰接接头14连接；从而对更换的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4施加扭矩，使得更换的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4铰链处形成弯矩，从而使更换的两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4对边坡土体产生作用力形成边坡支护。

此外，普通混凝土存在密度大、结构重的问题，需要较大的施工机械；本发明四铰式预制锚墩2、两铰式预制肋梁3、两铰式预制肋柱4均采用轻质高强混凝土，其中轻质高强混凝土是现有技术，水泥、砂、碎卵石通过不同的配比配置出不同强度混凝土，通过添加混凝土外加剂形成和改变碎卵石用量可以实现轻量化，在运营期已支护的边坡产生破坏后，尤其对高边坡，施工机械已经无法对指定部位进行作业，采用轻质高强混凝土，实现人工搬运就可完成高边坡险情修复作业。

部分高速公路计划短期内扩建，扩建时路堑边坡的传统框架梁因为是整体结构，不可拆卸，只能破坏拆除，重新制作，成本高，严重浪费资源。但是本发明格构梁易拆装，在道路扩建中，能够重复利用，具有重要的实际应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，基于一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，具体为：当全预制式格构梁某一部分的两铰式预制肋梁(3)、两铰式预制肋柱(4)被破坏，拆下被破坏的两铰式预制肋梁(3)和两铰式预制肋柱(4)，分别在更换的两铰式预制肋梁(3)、两铰式预制肋柱(4)与边坡土体之间设有扭矩结构(16)，扭矩结构(16)包括连接轴(17)、扭簧(18)，连接轴(17)穿过对应的铰链连接孔(8)和扭簧(18)，连接轴(17)与对应的两铰式预制肋梁(3)或两铰式预制肋柱(4)固定连接，扭簧(18)的一端与对应的两铰式预制肋梁(3)或两铰式预制肋柱(4)的第二铰接接头(15)连接，扭簧(18)的另一端与四铰式预制锚墩(2)的第一铰接接头(14)连接；

所述防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统，包括均匀设置的多个四铰式预制锚墩(2)，每个四铰式预制锚墩(2)具有四个相互垂直的连接段，相邻两个四铰式预制锚墩(2)的水平连接段之间铰接有多个两铰式预制肋梁(3)，相邻两个四铰式预制锚墩(2)的竖直连接段之间铰接有多个两铰式预制肋柱(4)，四铰式预制锚墩(2)四个连接段的端部均设有第一铰接接头(14)，两铰式预制肋梁(3)和两铰式预制肋柱(4)的两端均设有第二铰接接头(15)，第一铰接接头(14)、第二铰接接头(15)的形状相匹配，第一铰接接头(14)、第二铰接接头(15)上均设有铰链连接孔(8)，单个高强连接螺栓(7)穿过对应的铰链连接孔(8)将第一铰接接头(14)和第二铰接接头(15)铰接，多个四铰式预制锚墩(2)、两铰式预制肋梁(3)、两铰式预制肋柱(4)连接为整体构成铰接型全预制格构梁，铰接型全预制格构梁的下方布置有植被毯(1)；四铰式预制锚墩(2)的中心设有锚索孔(5)，预应力锚索穿过锚索孔(5)并通过锚具固定，四铰式预制锚墩(2)、两铰式预制肋梁(3)、两铰式预制肋柱(4)上均匀设有多个预埋吊钩(6)，与每个预埋吊钩(6)对应的位置处均布置有短锚杆(10)，短锚杆(10)通过CC型花兰螺丝(11)与预埋吊钩(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，所述CC型花兰螺丝(11)包括主体和两个C型弯钩，主体的两端分别螺纹连接有C型弯钩，两个C型弯钩分别与短锚杆(10)、预埋吊钩(6)连接。

3.根据权利要求2所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，部分所述短锚杆(10)布置于四铰式预制锚墩(2)竖直段及两铰式预制肋柱(4)的两侧，另一部分所述短锚杆(10)布置于四铰式预制锚墩(2)水平段及两铰式预制肋梁(3)的上侧；短锚杆(10)的长度为3-5m。

4.根据权利要求1所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，所述四铰式预制锚墩(2)竖直段长度为四铰式预制锚墩(2)水平段长度的

倍，两铰式预制肋柱(4)的长度为两铰式预制肋梁(3)长度的

倍，n为坡比。

5.根据权利要求4所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，所述四铰式预制锚墩(2)、两铰式预制肋梁(3)两铰式预制肋柱(4)均为采用轻质高强混凝土制得的预应力全预制式结构。

6.根据权利要求1所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，所述第一铰接接头(14)、第二铰接接头(15)处设有钢垫片。

7.根据权利要求1所述的一种防水保湿全预制式格构梁锚索支护系统的修复方法，其特征在于，所述第一铰接接头(14)的截面为“L”形，第一铰接接头(14)与第二铰接接头(15)的截面相互匹配形成铰接结构；两铰式预制肋梁(3)与对应的第二铰接接头(15)形成“T”字型或“Z”字型；两铰式预制肋柱(4)与对应的第二铰接接头(15)形成“T”字型或“Z”字型；第一铰接接头(14)、第二铰接接头(15)的长度均为0.1～0.2m。

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