CN111021378A - 一种公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构及其工法 - Google Patents

Abstract

本发明属于公路路基工程技术领域，具体公开了一种公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，包括悬臂段，锚固段，桩身折线角呈θ，桩身配筋植入钢轨，桩后回填土体土工格栅系统，锚固桩由悬臂段和锚固段组成，锚固段设置在陡坡内，悬臂段竖直设置在锚固段上；悬臂段和锚固段桩身呈折线型，其折线角为θ，悬臂段主筋和锚固段主筋也呈θ；相邻两个悬臂段之间设置有挡土板，挡土板后回填土体并铺设土工格栅系统。本发明减小了施工难度、节省了工程造价、缩短了工期、减小工程对环境的影响。

Description

一种公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构及其工法

技术领域

本发明涉及公路填方挖方边坡支挡结构及其施工方法，尤其涉及硬质岩陡坎地段、软硬岩结合地段公路边坡折线型锚固桩支挡结构及其施工方法，属于公路路基工程技术领域。

背景技术

近年快速发展的公路工程建设，使我国西南山区公路网逐步趋于完善，山区公路的建设应尽可能避免高填深挖，一是满足使用功能的前提下降低工程造价，二是高填深挖对环境破坏严重，尤其是在生态环境脆弱的区域，破坏后将很难恢复。在公路建设过程中，多采用桩与挡土墙结合形式减小高填深挖的影响范围，挡土墙的形式主要有桩板墙、重力式挡土墙、土钉墙，桩的形式主要有矩形截面人工挖孔桩，圆形截面钻孔灌注桩，挡土墙与锚固桩相结合，能起到很好的收坡效果。锚固桩的锚固深度应根据悬臂段长度、推力大小和桩截面尺寸来确定，传统直线型锚固桩的锚固段必须设计到一定深度才能保证桩后土体稳定性。但当陡坎段路堤锚固桩外侧覆土厚度较薄时，会导致锚固桩外侧土反力偏小，不能满足锚固段的要求，故外侧覆土厚度较薄段均应按悬臂端来计算，这就需要增长直线型锚固桩的锚固段、增加锚固桩的截面面积才能满足设计要求。这无疑增加了施工难度、拉长了施工周期、增加了工程直接费用和间接费用。另或软硬岩结合段，软岩上覆于硬质岩之上，岩层分界面形成向边坡内的倾角，如采用传统的直线型锚固桩，为满足锚固段深度要求，须爆破开挖硬质岩，施工难度大、风险高。限于传统直线型锚固桩在陡坎地段路基和软硬岩结合地段路基施工难度大、施工周期长、工程费用高等因素，使得山区公路位于上述段落的路基支挡工程设计和施工频频受阻，由此可见，公路路基支挡结构中的新型锚固桩支挡结构设计成为了山区公路路基工程领域的研究重点和难点。

鉴于此，国内外学者针对上述问题开展了大量的研究工作，如何在满足设计要求范围内减小锚固桩桩截面尺寸、缩短锚固段长度成为了研究重点。专利CN 202787236 U公开了一种新型锚固桩，其主要特点为锚固桩的底部垂直延伸，形成横向锚固段，可减小桩截面尺寸，提高锚固桩性能，但有限的横向结构在侧向土压力较大时不能满足支挡结构的整体稳定性要求，容易产生沿桩端的整体滑动，造成路基的失稳。专利CN 107447777 A公开了一种孔内点锚锚固桩挡墙，通过悬臂段加设锚索的形式，可缩短锚固段深度，但锚固段仍然需要一定的深度才能满足稳定性要求，尤其是在陡坎路段，为了使桩外侧岩土体达到一定厚度，必须增大锚固段的设置。另外，在软硬岩结合路段，此发明仍需要爆破硬质岩来满足锚固段的设计要求。

综上所述，公路填挖方边坡会压占自然资源，对生态环境会造成一定的影响，设置桩间挡土墙是很好的收坡形式，以减小公路工程对生态环境的影响，但硬质岩陡坎地段和软硬岩结合地段的支挡结构的锚固段的开挖施工难度大、周期长、工程造价高，因此，如何优化锚固段的设计成为了亟待解决的设计难题。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供了公路硬质岩陡坎地段和软硬岩结合地段折线型锚固桩支挡结构，能够有效地提高公路硬质岩陡坎地段和软硬岩结合地段路基边坡的整体稳定性。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，包括至少2个锚固桩，锚固桩后有土工格栅系统；

锚固桩由悬臂段和锚固段组成，锚固段设置在陡坡内，悬臂段竖直设置在锚固段上；

所述悬臂段内设置有悬臂段主筋；

所述锚固段内设置有锚固段主筋；主筋由金属材料制成，用于支撑和增加悬臂段及锚固段的强度；

悬臂段和锚固段桩身呈折线型，其折线角为θ，悬臂段主筋和锚固段主筋也呈θ；

相邻两个悬臂段之间设置有挡土板，挡土板后回填土体并铺设土工格栅系统。

进一步，悬臂段和锚固段的主筋为钢筋笼中植入钢轨。

进一步，对于硬质岩，所述桩身折线角θ=135°，对于软硬岩结合地段，桩身折线角θ=90+α，α软硬岩分界面倾角。

进一步，所述锚固段和悬臂段钢轨在绑扎钢筋笼时植入，锚固段钢轨为两根，悬臂段钢轨为一根。

进一步，所述锚固段和悬臂段钢轨长度为4m，钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘不小于25cm。

进一步，所述土工格栅系统采用高密度聚氯乙烯双向土工格栅，幅宽不小于5.0m，网孔直径50～80mm。

进一步，所述的悬臂段为矩形或带翼缘的矩形。所述的悬臂段根据具体情况设计为矩形（适用于桩间重力式挡土墙和桩间土钉墙）或带翼缘的矩形（适用于桩板墙）。

进一步，包括以下步骤：①测量放样，根据设计坐标现场确定锚固桩准确位置；②场地平整，清除锚固桩施工区的表层土，按照设计台阶的宽、高开挖边坡平台，整平锚固桩基础顶面平台，标示锚固桩的四个角点位置以便于准确施工锚固段；③锚固段开挖，核实现场岩层走向，对于硬质岩，根据硬质岩陡坎地段确定锚固桩桩身折线角θ=135°；对于软硬岩结合地段，按沿软硬岩分界面开挖，现场软硬岩分界面向边坡内侧的倾角为α°时，桩身折线角θ=90+α，根据岩体性质和风化程度选择人工开挖或者小型爆破，锚固段应分段开挖，每段开挖后及时进行支护；④吊装钢筋笼和钢轨，钢筋笼应提前在地面绑扎好，根据钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘的距离，将钢轨与锚固桩内合适的主筋绑扎，悬臂段和锚固段主筋的弯折角度应与悬臂段和锚固段相对应，以保证钢筋笼与桩身设计角度一致性；在钢筋笼悬臂段吊装到位后，测量悬臂段主筋角度，保证悬臂段主筋竖直；⑤制模并浇筑混凝土，按照桩身截面尺寸制模，混凝土标号不低于C30，悬臂段和锚固段必须一次浇筑成型，严禁形成水平施工缝，如因现场施工条件必须分段浇筑，在两次浇筑水平交界面处布短筋进行加固；⑥待桩身强度达到设计强度的75%后挂挡土板并回填墙后土体，回填土体通铺土工格栅，间距0.6m。

进一步，所述土工格栅系统铺设及土体填筑须在锚固桩强度达到设计强度的75%以后进行施工。

本发明所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构及其工法，其特点是：锚固桩由悬臂段和锚固段组成，悬臂段和锚固段呈折线形式，锚固段沿软硬岩分界面向边坡内侧倾斜，能更好地在保证悬臂段稳定性的同时，增加悬臂段抗顺层滑动的性能。悬臂段和锚固段转折处，桩身内布置钢轨以增强桩体的抗弯强度，悬臂段竖向布置一根钢轨，竖直钢轨两侧锚固段布置两根，与锚固段桩身平行。

本发明的有益效果是：①减小了施工难度，硬质岩地段开挖桩孔必须采用爆破，难以控制施工质量，而且工程风险较高。本发明只需要开挖至软硬岩结合面后，沿结合面开挖软质岩，减小了施工难度和风险，更有利于控制施工质量；②节省了工程造价，自然界中诸多硬质岩本身强度高于一般的混凝土强度，传统的与硬质岩中开挖桩孔造成了经济浪费。本发明充分利用硬质岩条件，通过锚固段桩身与硬质岩相结合，以硬质岩为锚固桩基础，节省了工程造价；③缩短了工期，由于凿设锚固桩基础方量小，桩与桩之间不影响，不需要跳槽开挖，缩短了工期，同时也节省了工程间接费用；④减小工程对环境的影响，本发明在陡坎地段所需的锚固段较短，开挖的岩体方量小，从源头上减小了工程对自然环境的影响。

本发明能有效提升锚固桩的工作性能，大大缩短锚固段长度和桩截面尺寸、结构形式简单、施工周期短、对环境影响小，能够有效地解决公路硬质岩陡坎地段和软硬岩结合地段路基边坡的整体稳定性，能很好滴解决上述段落锚固段施工难度大、工程造价高的问题，是公路工程领域路基边坡支挡结构设计和锚固桩设计形式的创新。

附图说明

图1为本发明在硬质岩结构中的示意图；

图2为本发明在软硬岩结构中的示意图；

图3为本发明折线型锚固桩的三视图；

图4为路基边坡开挖示意图；

图5为锚固段开挖示意图；

图6为桩身悬臂端和锚固段浇筑完成后示意图；

图7为挂板并回填墙后土体示意图；

图中标号：1 悬臂段；2 锚固段；3 锚固段主筋；4 悬臂段主筋；5挡土板；6路基边坡开挖台阶；7土工格栅系统；8 折线角θ。

具体实施方式

实施例1

公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，包括：开挖边坡台阶6后，硬质岩陡坎地段确定锚固桩桩身折线角θ=135°，软硬岩结合地段根据软硬岩结合面倾角确定桩身折线角θ。人工开挖锚固段2。板扎锚固段主筋3，植入钢轨，板扎悬臂段主筋4，植入钢轨。浇筑锚固段2及悬臂段1，待桩身强度达到设计值的75%时，挂挡土板5并回填桩后土体，同时铺设土工格栅系统7。

实施例2

本发明所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构的施工方法，其具体步骤为：包括以下步骤：①测量放样，根据设计坐标现场确定锚固桩准确位置；②场地平整，清除锚固桩施工区的表层土，按照设计台阶的宽、高开挖边坡平台，整平锚固桩基础顶面平台，标示锚固桩的四个角点位置以便于准确施工锚固段；③锚固段开挖，核实现场岩层走向，对于硬质岩，根据硬质岩陡坎地段确定锚固桩桩身折线角θ=135°；对于软硬岩结合地段，按沿软硬岩分界面开挖，现场软硬岩分界面向边坡内侧的倾角为α°时，桩身折线角θ=90+α，根据岩体性质和风化程度选择人工开挖或者小型爆破，锚固段应分段开挖，每段开挖后及时进行支护；④吊装钢筋笼和钢轨，钢筋笼应提前在地面绑扎好，根据钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘的距离，将钢轨与锚固桩内合适的主筋绑扎，悬臂段和锚固段主筋的弯折角度应与悬臂段和锚固段相对应，以保证钢筋笼与桩身设计角度一致性；在钢筋笼悬臂段吊装到位后，测量悬臂段主筋角度，保证悬臂段主筋竖直；⑤制模并浇筑混凝土，按照桩身截面尺寸制模，混凝土标号不低于C30，悬臂段和锚固段必须一次浇筑成型，严禁形成水平施工缝，如因现场施工条件必须分段浇筑，在两次浇筑水平交界面处布短筋进行加固；⑥待桩身强度达到设计强度的75%后挂挡土板并回填墙后土体，回填土体通铺土工格栅，间距0.6m。

实施例3

本发明如图1所示的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，开挖边坡台阶6后，硬质岩陡坎地段确定锚固桩桩身折线角θ=135°，人工开挖锚固段2。折线型锚固段向山体内侧弯折，避免因锚固段外侧岩土体厚度较小时需增大桩身长度，较小了施工难度，降低了工程的直接费用和简介费用。板扎锚固段主筋，植入钢轨，板扎悬臂段主筋，植入钢轨。浇筑锚固段2及悬臂段1，待桩身强度达到设计值的75%时，挂挡土板5并回填桩后土体，同时铺设土工格栅系统7。土工格栅减小了直接作用于桩身的土压力，有利于提高支挡结构的稳定性。

某山区高速公路路基位于陡坡路堤地段，地面横坡1:0.75，该段路线长度为219m，地层为灰岩，风化程度较弱，坡表覆盖层薄，多处基岩出露。路基外侧现状地形为一高12米的陡坎，因公路线型控制，该段路基若向右侧山体改线，将影响该段前后的桥隧布置，增加工程量。若该段以桥梁或者隧道通过，工程造价高，建设周期长。设计方案以填方路基通过，路基外侧设桩板墙支挡。锚固桩采用本发明公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其具体步骤如下：

（1）测量放样。根据设计坐标现场确定锚固桩准确位置；

（2）场地平整，清除锚固桩施工区的表层土，按照设计台阶的宽、高开挖边坡平台，整平锚固桩基础顶面平台，标示锚固桩的四个角点位置以便于准确施工锚固段；悬臂段外边缘与陡坎顶部距离不小于5.0m；

（3）锚固段开挖。在锚固段开挖之前须先核实现场地层情况与设计是否一致，锚固桩桩身折线角θ=135°，根据岩体性质和风化程度选择人工开挖或者小型爆破。锚固段应分段开挖，每段开挖后及时进行支护；

（4）吊装钢筋笼和钢轨。钢筋笼应提前在地面绑扎好，根据钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘的距离，将钢轨与锚固桩内合适的主筋绑扎。锚固桩主筋的弯折角度应与悬臂段和锚固段相对应，以保证钢筋笼与桩身设计角度一致性。在钢筋笼悬臂段吊装到位后，测量悬臂段主筋角度，保证悬臂段主筋竖直；

（5）制模并浇筑混凝土。按照桩身截面尺寸制模，混凝土标号不低于C30，悬臂段和锚固段必须一次浇筑成型，严禁形成水平施工缝，如因现场施工条件必须分段浇筑，在两次浇筑水平交界面处布短筋进行加固；

（6）待桩身强度达到设计强度的75%后挂挡土板并回填墙后土体，回填土体通铺土工格栅，间距0.6m。由此完成公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构的施工。

实施例4

本发明如图2所示的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，开挖边坡台阶6后，按沿软硬岩分界面开挖，现场软硬岩分界面向边坡内侧的倾角为α°时，桩身折线角θ=90+α，人工开挖锚固段2。折线型锚固段向山体内侧弯折，避免因锚固段向下垂直延伸开挖硬质岩，较小了施工难度，降低了工程的直接费用和简介费用。板扎锚固段主筋，植入钢轨，板扎悬臂段主筋，植入钢轨。浇筑锚固段2及悬臂段1，待桩身强度达到设计值的75%时，挂挡土板5并回填桩后土体，同时铺设土工格栅系统7。土工格栅减小了直接作用于桩身的土压力，有利于提高支挡结构的稳定性。

某山区高速公路路基位于陡坡路堤地段，地面横坡1:0.75，该段路线长度为186m，地层为灰岩和泥岩，泥岩上覆于灰岩之上，灰岩和泥岩的分界面倾向山体内侧，分界面走向与路线走向一致，分界面倾角为α°，因公路线型控制，该段路基若向右侧山体改线，将影响该段前后的桥隧布置，增加工程量。若该段以桥梁或者隧道通过，工程造价高，建设周期长。设计方案以填方路基通过，路基外侧设桩板墙支挡。锚固桩采用本发明公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，桩身折线角θ=90+α，其具体步骤如下：

（1）测量放样。根据设计坐标现场确定锚固桩准确位置；

（2）场地平整，清除锚固桩施工区的表层土，按照设计台阶的宽、高开挖边坡平台，整平锚固桩基础顶面平台，标示锚固桩的四个角点位置以便于准确施工锚固段；

（3）锚固段开挖。在锚固段开挖之前须先核实现场岩层走向是否与设计是否一致，按沿软硬岩分界面开挖，现场软硬岩分界面向边坡内侧的倾角为α°时，桩身折线角θ=90+α，根据岩体性质和风化程度选择人工开挖或者小型爆破。锚固段应分段开挖，每段开挖后及时进行支护；

（4）吊装钢筋笼和钢轨。钢筋笼应提前在地面绑扎好，根据钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘的距离，将钢轨与锚固桩内合适的主筋绑扎。锚固桩主筋的弯折角度应与悬臂段和锚固段相对应，以保证钢筋笼与桩身设计角度一致性。在钢筋笼悬臂段吊装到位后，测量悬臂段主筋角度，保证悬臂段主筋竖直；

（5）制模并浇筑混凝土。按照桩身截面尺寸制模，混凝土标号不低于C30，悬臂段和锚固段必须一次浇筑成型，严禁形成水平施工缝，如因现场施工条件必须分段浇筑，在两次浇筑水平交界面处布短筋进行加固；

（6）待桩身强度达到设计强度的75%后挂挡土板并回填墙后土体，回填土体通铺土工格栅，间距0.6m。由此完成公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构的施工。

Claims (9)

1.公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，包括至少2个锚固桩，锚固桩后有土工格栅系统；

锚固桩由悬臂段和锚固段组成，锚固段设置在陡坡内，悬臂段竖直设置在锚固段上；所述悬臂段内设置有悬臂段主筋；

所述锚固段内设置有锚固段主筋；

主筋由金属材料制成，用于支撑和增加悬臂段及锚固段的强度；

悬臂段和锚固段桩身呈折线型，其折线角为θ，悬臂段主筋和锚固段主筋也呈θ；

相邻两个悬臂段之间设置有挡土板，挡土板后回填土体并铺设土工格栅系统。

2.根据权利要求1所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，悬臂段和锚固段的主筋为钢筋笼中植入钢轨。

3.根据权利要求2所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，对于硬质岩，所述桩身折线角θ=135°，对于软硬岩结合地段，桩身折线角θ=90+α，α软硬岩分界面倾角。

4.根据权利要求2所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，所述锚固段和悬臂段钢轨在绑扎钢筋笼时植入，锚固段钢轨为两根，悬臂段钢轨为一根。

5.根据权利要求2所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，所述锚固段和悬臂段钢轨长度为4m，钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘不小于25cm。

6.根据权利要求2所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，所述土工格栅系统采用高密度聚氯乙烯双向土工格栅，幅宽不小于5.0m，网孔直径50～80mm。

7.根据权利要求2所述的公路路基边坡折线型锚固桩支挡结构，其特征在于，所述的悬臂段为矩形或带翼缘的矩形。

8.公路路基边坡折线型锚固桩的工法，其特征在于，包括以下步骤：①测量放样，根据设计坐标现场确定锚固桩准确位置；②场地平整，清除锚固桩施工区的表层土，按照设计台阶的宽、高开挖边坡平台，整平锚固桩基础顶面平台，标示锚固桩的四个角点位置以便于准确施工锚固段；③锚固段开挖，核实现场岩层走向，对于硬质岩，根据硬质岩陡坎地段确定锚固桩桩身折线角θ=135°；对于软硬岩结合地段，按沿软硬岩分界面开挖，现场软硬岩分界面向边坡内侧的倾角为α°时，桩身折线角θ=90+α，根据岩体性质和风化程度选择人工开挖或者小型爆破，锚固段应分段开挖，每段开挖后及时进行支护；④吊装钢筋笼和钢轨，钢筋笼应提前在地面绑扎好，根据钢轨距锚固桩内侧及两侧边缘的距离，将钢轨与锚固桩内合适的主筋绑扎，悬臂段和锚固段主筋的弯折角度应与悬臂段和锚固段相对应，以保证钢筋笼与桩身设计角度一致性；在钢筋笼悬臂段吊装到位后，测量悬臂段主筋角度，保证悬臂段主筋竖直；⑤制模并浇筑混凝土，按照桩身截面尺寸制模，混凝土标号不低于C30，悬臂段和锚固段必须一次浇筑成型，严禁形成水平施工缝，如因现场施工条件必须分段浇筑，在两次浇筑水平交界面处布短筋进行加固；⑥待桩身强度达到设计强度的75%后挂挡土板并回填墙后土体，回填土体通铺土工格栅，间距0.6m。

9.根据权利要求8所述的公路路基边坡折线型锚固桩的工法，其特征在于，所述土工格栅系统铺设及土体填筑须在锚固桩强度达到设计强度的75%以后进行施工。

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