边坡支护系统及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域,具体是一种边坡支护系统及其施工方法。
背景技术
工程建设项目中,经常遇到开挖出的边坡要进行永久性防护,常规建设方法是开挖到底后,自下而上砌筑挡土墙。
挡土墙施工时,需要先将墙后岩土挖除创造出挡土墙的施做空间,需要付出大量土方挖运机械台班,找较大空间存放渣土,或直接外运弃置。回填土方质量要求较高,一方面外购土源可能要破坏土地资源,另一方面,设计要求的压实度问题往往达不到要求,造成后期运行方面存在安全隐患。
经检索,名称为“临时基坑支护和永久边坡支护相结合的支护系统、方法 ”,申请号为202011160219.X的发明申请,一种临时基坑支护和永久边坡支护相结合的支护系统、方法,临时支护桩顶部设置有临时支护桩顶冠梁,临时支护桩一侧设置有永久支护结构桩,永久支护结构桩上端设置有永久支护结构桩顶冠梁,永久支护结构桩顶冠梁上端设置有永久面墙;永久盖板是设置在永久面墙上端、永久肋墙上端;永久面墙和永久支护结构桩顶冠梁左侧均 通过混凝土板连接有地下室侧墙,临时支护桩和 永久支护面墙之间沿着基坑边线每隔一定距离设置永久支护肋墙。本发明满足临时基坑支护和永久边坡支护相结合,通过地下室以上的永久面墙内的预留连接件设置植生挂网能够达到绿化环境、改善生态环境的目的。该发明申请公布的是灌注桩临时支护与外部肋+板的结构,适用于有一定的空间范围,边坡以土为主的地层。
现有相近技术还有自上而下分层永久防护逆作法,该方法采用锚杆+现浇格构梁板,对直立开挖的边坡,现有永久防护技术主要采用微型桩+锚杆+现浇格构梁板,现有防护技术采用自上而下分层进行永久防护施工(逆作法),存在着以下质量通病:
(1)自上而下分层逆作施工的现浇混凝土接茬处不密实,无法形成有效的保护层,边坡体地下水渗入格构梁板的分层接茬处,与空气共同作用腐蚀钢筋,造成钢筋力学性能降低,进而影响防护结构的安全性和耐久性。在冬期,地下水反复冻融,造成混凝土反复的膨胀收缩,同样也会影响防护结构的安全性和耐久性;
(2)随着开挖深度不断加深,逆作法格构板层数不断增多,格构板自重不断加大,格构板有下坠的隐患。同时,锚索的预应力竖向分力也会加剧格构板的下坠,主要表现在冠梁后侧出现较宽的裂缝和格构梁剪切锚头部位钢绞线的问题;
(3)每层锚杆要预应力张拉后才能开挖下一层,现浇钢筋混凝土格构梁板需要施工及养护较长时间,工期长;
(4)现浇格构梁板钢筋搭接量很大,操作工艺复杂,由于自上而下绑扎钢筋,每施做一层锚杆都要进行钢筋搭接,每层的高度一般1.5-2.5m。若采用绑扎搭接,搭接长度一般30-40倍钢筋直径,若采用焊接,也需要5倍钢筋直径(单面焊)或10倍钢筋直径(双面焊),同时规范规定,作为受力结构,统一截面的接头率不能超过50%,一方面钢筋搭接量或焊接量很大,成本较高,另一方面现场操作往往达不到规范的接头率要求,造成一定的安全隐患;
(5)逆作法分层施工混凝土格构梁板,下层浇筑时难以和上一层的混凝土结合紧密,上下层混凝土接茬处不密实,地下水会从接茬处渗出,长期渗漏,留下的浸蚀和苔藓,使得格构梁板的可靠性及美观性大大降低。
发明内容
本发明提供一种边坡支护系统及其施工方法,支护可靠性高、耐久性好,且施工工艺简单、施工效率高。
为达到解决上述技术问题的目的,本发明所提出的边坡支护系统采用以下技术方案予以实现:一种边坡支护系统,包括:
临时支护结构,其包括混凝土面层和多个腰梁,所述腰梁位于所述混凝土面层的外侧,各所述腰梁通过多个锚固组件与所述混凝土面层及边坡锚固为一体,所述锚固组件包括锚杆、第一承压板和锚具,所述锚杆一端穿过所述腰梁及所述混凝土面层并锚固于所述边坡内,另一端穿出所述第一承压板及所述锚具形成锚杆外露段,所述第一承压板和所述锚具位于所述腰梁的外侧;
永久支护结构,其位于所述临时支护结构的外侧并与所述临时支护结构浇筑为一体,所述永久支护结构包括多个钢筋砼横梁、多个钢筋砼竖梁和多个钢筋砼面板,所述钢筋砼横梁与所述钢筋砼竖梁交叉构成格构梁,多个所述钢筋砼面板对应布设在所述格构梁的各网格内并与所述格构梁浇筑为一体构成格构梁板;
所述锚固组件位于所述钢筋砼横梁与所述钢筋砼纵梁交叉点处,且与所述格构梁整体浇筑成一体。
所述腰梁由单根槽钢沿基坑周向依次连接形成,所述槽钢的腰部外侧面与所述混凝土面层相贴合,所述槽钢的槽口背离所述混凝土面层,所述槽钢的腰部上形成有供所述锚杆穿过的第一避让孔,所述槽钢的两腿部上形成有供所述钢筋砼横梁的箍筋以及所述钢筋砼竖梁的主筋穿过的第二避让孔。
所述锚固组件还包括传力钢管和第二承压板,所述第二承压板抵靠在所述槽钢的腰部内侧面上,且所述第二承压板的四周与所述槽钢焊接,所述传力钢管一端抵靠在所述第二承压板上,另一端抵靠在所述第一承压板上,所述传力钢管内填充有砂浆,所述传力钢管的倾斜方向与所述锚杆的倾斜方向一致。
所述传力钢管的长度配置为使所述第一承压板位于所述槽钢的腿部外侧。
所述锚杆外露段伸入所述格构梁内部并与所述钢筋砼横梁的箍筋以及所述钢筋砼竖梁的箍筋绑扎固定。
所述临时支护结构还包括形成在所述边坡与所述混凝土面层之间的超前支护结构层。
本发明还提出了一种上述边坡支护系统的施工方法,包括如下步骤:
1)自上而下顺设计线逐层开挖,直至基底标高;
2)施工地梁,并自下而上逐层施工格构梁板,直至顶梁;
3)格构梁板养护,验收;
其中,步骤1)中开挖每一层时按如下步骤操作:
11)开挖至各层对应的高度时,施工各层对应的锚杆;
12)喷射形成混凝土面层并找平腰梁安装位置;
13)在各层对应的边坡上安装腰梁及对应的第一承压板和锚具,并进行锚杆预应力张拉;
步骤2)中施工每一层格构梁板时按如下步骤操作:
21)绑扎各层格构梁板对应的钢筋;
22)在钢筋外侧支设各层格构梁板对应的模板;
23)浇筑各层格构梁板混凝土,形成该层格构梁板。
若直立开挖,在步骤1)之间还包括施工超前支护结构的步骤。
在步骤11)和12)之间还具有如下步骤:在开挖层对应的边坡上施工植筋孔和泄水孔;
在步骤22)中,支设模板时,在植筋孔内植入螺纹杆,螺纹杆植入方向垂直于边坡表面,且螺纹杆的外端安装套筒,通过套筒接长拉结模板用的螺纹杆。
采用在边坡顶部安装固定锚下放挂篮作为操作平台,自下而上逐层施工格构梁板。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和积极效果:
1、传统采用施工挡土墙进行边坡支护,是一次性开挖到底后再施做挡土墙,开挖量大,占用空间大,墙体砌筑(或浇筑)完成后,墙后需要分层回填大量土方;而本发明是分层开挖,分层临时支护到基底后,再施做薄层永久钢筋混凝土格构梁板结构,防护结构占用空闲小,不需要超挖及墙后回填土,节省大量土方挖运台班,节省渣土存放空间或节省土地资源,安全可靠,绿色环保;
2、采用先自上而下逆作临时支护结构,再自下而上顺做永久格构梁板结构,与现有永久格构梁板逆作法相比,避免了大量竖向密集搭接钢筋量,无明显接缝,工艺简便,安全可靠,工期短,质量可控,表观良好、耐久性好;
3、腰梁安装前先施做混凝土面层进行找平,杜绝现场坡面不平整造成的质量问题;
本发明可以应用于分层开挖的永久性边坡支护结构中,与现有技术或相似技术相比,具有简单、安全、快速、环保、经济的优点,在开挖型边坡防护建设工程中具有重大应用价值。
附图说明
图1为本发明边坡支护系统相邻锚杆之间位置竖向剖面图;
图2为图1的A部结构放大图;
图3为本发明边坡支护系统锚杆位置竖向剖面图;
图4为图3的B部结构放大图;
图5为本发明边坡支护系统自上而下开挖第一层时对应的竖向剖面图;
图6为本发明边坡支护系统自上而下开挖至基底标高时对应的竖向剖面图;
图7为本发明边坡支护系统自下而上施工第一层格构梁板时对应的竖向剖视图;
图8为本发明边坡支护系统的临时防护结构立面图;
图9为图8的C-C向剖面图;
图10为本发明边坡支护系统的永久防护结构立面图;
图11为图10的D-D向剖面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,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作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。
参照图1至图11,本实施例一种边坡支护系统,用于边坡1的支护,包括临时支护结构100和永久支护结构200。
其中,临时支护结构100包括混凝土面层110和多个腰梁120,腰梁120位于混凝土面层110的外侧,多个腰梁120沿基坑高度方向上下间隔设置,各腰梁120通过多个锚固组件130与混凝土面层110及边坡1锚固为一体,锚固组件130包括锚杆131、第一承压板132和锚具133,锚杆131一端穿过腰梁120形成锚杆外露段131A,第一承压板132和锚具133位于腰梁120的外侧。混凝土面层110由喷射混凝土形成,混凝土强度标号不低于C20,厚度一般平均60-150mm,配置钢筋网片直径4-8mm,网格尺寸150-300mm,腰梁120部位喷平、刮平。
永久支护结构200位于临时支护结构100的外侧(即相比临时支护结构100更靠近基坑中心轴线)并与临时支护结构100浇筑为一体,永久支护结构200包括多个钢筋砼横梁210、多个钢筋砼竖梁220和多个钢筋砼面板230,钢筋砼横梁210与钢筋砼竖梁220交叉构成格构梁,多个钢筋砼面板230对应布设在格构梁的各网格内并与格构梁浇筑为一体构成格构梁板。
锚固组件130位于钢筋砼横梁210与钢筋砼纵梁220交叉点处,且与格构梁整体浇筑成一体。
进一步地,如图2、图4、图8和图9所示,本实施例中腰梁120由单根槽钢121沿基坑周向依次连接形成,槽钢121的腰部122外侧面与混凝土面层110相贴合,槽钢121的槽口背离混凝土面层110,槽钢121的腰部122上形成有供锚杆131穿过的第一避让孔123,槽钢121的两腿部124上形成有供钢筋砼横梁210的箍筋211以及钢筋砼竖梁220的主筋222穿过的第二避让孔125。腰梁120采用单根槽钢腰梁,且槽钢121以其腰部122外侧面与混凝土面层110贴合,从而使得腰梁120厚度小,便于外侧格构梁板的施工,且腰梁120可直接作为永久性横梁的一部分,工艺简单,成本低。
腰梁120施工时,采用托筋140进行支撑,托筋140一般采用螺纹钢,型号一般采用直径22-28mm,设置于锚杆131处紧贴腰梁120的下方,外露超过腰梁腿高,一般设置1-2根。
进一步地,如图4、图9和图11所示,锚固组件130还包括传力钢管134和第二承压板135,第二承压板135抵靠在槽钢121的腰部122内侧面上,且第二承压板135的四周与槽钢121焊接,传力钢管131一端抵靠在第二承压板135上,另一端抵靠在第一承压板132上,传力钢管134内填充有砂浆,传力钢管134的倾斜方向与锚杆131的倾斜方向一致。
具体地,传力钢管134为无缝钢管,一般采用牌号20-45#钢,直径R根据锚杆束外径及槽钢型号选择,一般选择直径140-203mm,其壁厚t根据锚杆设计轴力进行验算,一般不小于5mm,传力钢管134一端切口垂直于钢管轴线,另一端为斜切口,倾角与锚杆131的倾角(相对水平面的倾角)一致。使用无缝钢管作为适应锚杆角度及传力的构件,代替传统的多块钢板焊接的铁靴,圆形钢管受力好,通过钢管切割即可使用,而现有铁靴需要切割钢板、焊接成型,工艺复杂,成本高。
进一步地,传力钢管134的长度配置为使第一承压板132位于槽钢121的腿部124外侧,以便于第一承压板132及锚具133的安装,传力钢管134的切割长度要考虑锚杆外露段131A弯折后位于外层格构梁主筋位置。
如图4和图11所示,锚杆外露段131A伸入格构梁内部并在弯折后与钢筋砼横梁210的箍筋211以及钢筋砼竖梁220的箍筋221绑扎固定,从而与格构梁板浇筑为一体,进一步提高了锚固组件130的锚固强度,且取消了传统的锚杆锚头结构位于格构梁以外还需要封锚的锚固系统。
本实施例中,当基坑直立开挖时,临时支护结构100还包括形成在边坡1与混凝土面层110之间的超前支护结构层150。具体地,一般对于稳定性差的土层采用大直径灌注桩(1200≥桩径>300mm)作为超前支护结构,可采用各种机械成孔或人工挖孔,当存在地下水时,还要采取降水措施或截水帷幕;稳定性较好的岩层采用小直径微型桩(直径≤300mm),一般采用潜孔钻、水井钻成孔下方钢管、型钢或多束钢筋等,净距一般300-1000mm。
本实施例还提出了一种上述边坡支护系统的施工方法,包括如下步骤:
1)自上而下顺设计线逐层开挖,直至基底标高;
2)施工地梁,并自下而上逐层施工格构梁板,直至顶梁;
3)格构梁板养护,验收;
其中,步骤1)中开挖每一层时按如下步骤操作:
11)开挖至该层对应的高度时,施工该层对应的锚杆;
12)喷射形成混凝土面层并找平腰梁安装位置;
13)在该层对应的边坡上安装腰梁及对应的第一承压板和锚具,并进行锚杆预应力张拉;
步骤2)中施工每一层格构梁板时按如下步骤操作:
21)绑扎该层格构梁板对应的钢筋;
22)在钢筋外侧支设该层格构梁板对应的模板;
23)浇筑该层格构梁板混凝土,形成该层格构梁板。
若直立开挖,在步骤1)之间还包括施工超前支护结构形成超前支护层150的步骤。
在步骤11)和12)之间还具有如下步骤:在开挖层对应的边坡上施工植筋孔和泄水孔;且在步骤22)中,支设模板时,在植筋孔内植入螺纹杆,螺纹杆植入方向垂直于边坡表面,且螺纹杆的外端安装套筒,通过套筒接长拉结模板用的螺纹杆。
具体地,基底标高以及开挖层数依具体设计而定,顺设计开挖线开挖每一层时,开挖标高一般至设计锚杆位置以下30-50cm,以锚杆钻机操作方便为宜;边坡开挖坡面尽量平整,当岩石边坡采用爆破开挖时,侧壁或边坡面宜采用光面爆破技术。锚杆131一般采用预应力锚杆,也可采用全粘结锚杆,当采用预应力锚杆时,杆体一般使用钢绞线,孔径一般100-180mm,当锚固段地层粘结强度较低时,可采用扩大头处理,注浆锚固,预应力锚杆的自由段设套管与浆体隔离,锚杆外露长度满足后续张拉及锚固于格构梁板的要求。锚杆131施工的同时,将拉结模板的螺纹杆植筋、腰梁托筋以及泄水孔施工完毕,植筋采用在超前支护结构内或岩土体内打孔植入的方式,采用快硬水泥或结构胶锚固,支模用的植筋杆体采用螺纹杆,间距一般1m左右(根据锚杆间排距调整),安装后端头安装相应型号的套筒,以便后续接长拉结模板用的螺纹杆;泄水孔一般设置于格构梁板的中间,孔深500mm左右,管径75-100mm,横平竖直,岩土体内的端头设过滤装置。
混凝土面层110作为临时防护,厚度一般平均60-150mm,配置钢筋网片直径4-8mm,网格尺寸150-300mm,为保证腰梁120部位的平整,要挂线按一定间距设置灰饼后进行喷射作业,喷射完毕要进行压平或刮平处理。对喷射混凝土形成的混凝土面层110要进行洒水养护,一般不少于7昼夜。当混凝土面层110强度达到张拉能够承受的荷载以后,可依次套入限位板、千斤顶、工具锚及夹片,使用油压千斤顶进行锚杆的预应力张拉并锁定。
腰梁120的每段槽钢121长度一般6m或9m,根据锚杆131现场位置,对槽钢121进行打孔,一般用气割切割打孔,安装时采取现场多人抬起穿插锚杆外露段131A进入槽钢121的第一避让孔123,放置于托筋140之上即可。
第一承压板132、第二承压板135、传力钢管134均事先切割好,打孔准备好,锚具133及夹片自厂家采购到位后。依次在锚杆孔位的槽钢121外侧安装第二承压板135、传力钢管134,注意传力钢管134斜边端朝向槽钢121,短边朝上,然后安装第一承压板132,将第一承压板132以外的锚杆体套管割除,安装锚具133及夹片固定。
安装下一段槽钢121,槽钢121水平向连接时,对焊后,采用连接钢板126焊接连接,也可采用螺栓拼接钢板连接,然后同样按上述方法安装下一段槽钢121对应的锚固组件130。连接钢板126采用热轧钢板,牌号Q235-Q345,长度一般250-400mm,宽度与槽钢腿宽相同,板厚及限位凸起厚度不小槽钢腿部厚度,一般取12-15mm。
如图2和图4所示,地梁400开挖时,可开挖地梁沟槽,当地梁400范围为坚硬基岩时,也可不开挖沟槽,将地梁400浇筑于坡底标高之上即可。
施工格构梁板时,采用自下而上顺做法施工。首先,在坡顶打设固定锚,安装挂篮700组合钢架,钢丝绳通过固定滑轮下放挂篮400,作为工人操作的操作平台,挂篮长度一般1-4米,可承载1-4人作业;然后,自坡底起,自下而上绑扎地梁钢筋及第一层格构梁板钢筋,如图7所示;在钢筋外侧支设保证混凝土浇筑成型的模板500,模板500一般采用木模或定型钢模,自植筋螺纹杆600通过套筒接长螺纹杆,拉结模板以外的横竖向钢管骨架固定模板,采用山形卡、山形母拧紧固定骨架,骨架间距一般500-1000mm。模板500与钢筋之间,按一定间距(一般500-1000mm)在钢筋上绑扎垫块300,保证规范规定的钢筋保护层的尺寸。
格构梁板的分层支模500浇筑层高1.5-3m,一般与锚杆131层高相一致为宜,浇筑时可采用泵车、料斗等方式,每浇筑30cm左右进行逐层振捣,采用插入式振捣泵。
自下而上施工时,本实施例中采用挂篮作为操作平台,绑扎第二层及以上钢筋、支模、浇筑混凝土,直至顶梁,采用自坡顶固定钢架下放挂篮进行边坡高空作业的平台,代替搭设钢管脚手架,避免了后续拆除脚手架,且占用空间大大降低,成本低。
每层浇筑混凝土终凝后2小时即进行洒水养护,一般养护7昼夜,自下而上拆除山形母、山形卡、螺纹杆,拆除钢管骨架、模板;将拆除螺纹杆留下的孔眼,采用膨胀干硬砂浆填塞,深度不少于40mm;继续洒水养护,直至达到验收条件。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。